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John Bardeen, el único hombre en ganar dos premios Nobel de física

La historia de la ciencia no siempre es justa con sus protagonistas: Mientras que algunos científicos gozan de enorme popularidad, otros son poco conocidos o incluso olvidados por la población en general. Y lo más curioso es que, paradójicamente, en muchas ocasiones estos científicos "poco conocidos" han realizado importantísimas aportaciones a la ciencia. Es el caso del físico John Bardeen, uno de los científicos más importantes del siglo XX y que, por desgracia, no goza de una fama a la altura de sus contribuciones. El periódico Chicago Tribune definió a la perfección la figura de Bardeen en la historia:

“Para los científicos Bardeen es un Einstein. Para el público en general es un … ¿John qué?”

Bardeen nació en Madison (Wisconsin) en el año 1908. Su padre era profesor de anatomía y llegó a ser el primer decano de la facultad de medicina en la universidad de Wisconsin, y su madre, que gozaba de cierta fama, se dedicaba al mundo del arte. Por tanto, se puede decir que John nació en una familia intelectual que siempre le alentó a los estudios. Además, el chico era bastante despierto y tenía pasión por la ciencia: Cuando estaba en séptimo grado, su profesor le dijo que gozaba de un gran talento para las matemáticas y que en un futuro podría conseguir un trabajo dentro de ese campo.

Terminó la educación secundaria con 15 años, pero sus profesores aseguraron que, si él hubiera querido, podría haberla abandonado varios años antes (se cree que la decisión de no abandonarla por parte de Bardeen fue la muerte de su madre, que tenía cáncer, además de que quería ampliar sus estudios todo lo posible). En la universidad pasó a formar parte de algunas de las más importantes asociaciones estudiantiles y se licenció en ingeniería. Más tarde, en el año 1936, acabaría consiguiendo un doctorado en la materia que más amaba: La física matemática.

Influenciado y apoyado por científicos tan importantes como Paul Dirac, Werner Heisenberg o Van Vleck, su carrera tenía un futuro prometedor. Y así fue.

Su carrera profesional pasó por varias etapas. En un principio, trabajó como profesor, luego trabajó para varias empresas e, incluso, le ofrecieron participar en el Proyecto Manhattan (trabajo que rechazó, a pesar del éxito que pudiera haber ganado allí). Finalmente, el lugar en el que se sintió más cómodo fue en el laboratorio Bell, donde pasaría una buena parte de su vida.

Pero dejemos a un lado su trayectoria y vayamos a lo importante: ¿Por qué Bardeen se merece un puesto más importante en la historia de la física? Vamos a verlo:

Durante el año 1947, Bardeen estaba trabajando con sus compañeros Shockley y Brattain en los ya mencionados laboratorios Bell, cuando descubrieron un invento que les cambiaría la vida: El transistor. Su trabajo no era precisamente el de descubrir el transistor, sino un proyecto de telefonía que, por unas causas u otras, acabó desembocando en este invento. Básicamente, el transistor se utiliza para controlar y regular una corriente muy grande mediante una señal muy pequeña (sus usos son innumerables: Como amplificador, como oscilador, como convertidor...).

La creación del transistor es, probablemente, el mayor invento del siglo XX, y una enorme cantidad de la tecnología que usamos a día de hoy sería imposible sin los transistores. Algunos historiadores han llegado a decir que el transistor es para el siglo XX lo que la máquina de vapor fue para la Revolución Industrial. Y si no me creéis, simplemente echad un vistazo a sus aplicaciones en nuestro día a día: Se usa en las televisiones, los ordenadores, los teléfonos móviles, los microondas, las calculadoras... Es algo fundamental en cualquier aparato actual que tenga una mínima complejidad tecnológica (sin los transistores, no podrías estar leyendo esto desde tu ordenador, por ejemplo).

De hecho, dada la importancia del descubrimiento y para asegurarse la patente, los tres científicos mantuvieron en secreto su transistor unos cuantos meses hasta que terminaron de modificarlo por completo y crearon algo completamente funcional, para evitar así que alguien se les adelantara a la hora de patentarlo.

Y todo este esfuerzo dio sus frutos: El premio Nobel de física de 1956 fue para este trío de científicos "por sus investigaciones sobre los semiconductores y el descubrimiento del efecto transistor". Hay una curiosa anécdota relacionada con Bardeen: Cuando el rey Gustavo VI Adolfo de Suecia estaba entregando los premios Nobel, le preguntó a John Bardeen por su familia. Bardeen respondió que, de los tres hijos que tenía, sólo había venido uno a la entrega de premios, porque los otros dos estaban estudiando en la Universidad de Harvard y no quería que interrumpieran los estudios por algo así. El rey se quedó atónito ante esta respuesta y le dijo a Bardeen que, si alguna vez se volvían a ver, le obligaría a traer a toda su familia para conocerlos, y John se lo prometió. ¿Se cumpliría este encuentro o se quedaría todo en una promesa incumplida? Seguid leyendo y lo descubriréis.

Tras la invención del transistor, Bardeen fue contratado por la Universidad de Illinois (cobrando alrededor de 10.000 dólares al año). Allí trabajo activamente como profesor, pero también estableció un programa de investigación en el departamento de ingeniería eléctrica y otro en el de física. Y, la verdad, estas investigaciones proporcionaron unos resultados espléndidos: Bardeen consiguió desarrollar la teoría BCS.

¿En qué consistía? Básicamente, la teoría explica el fenómeno de la superconductividad, una característica presente en algunos materiales que permite conducir la corriente eléctrica sin resistencia y pérdida de energía bajo unas determinadas temperaturas. Para explicarlo de forma fácil, pongo un ejemplo: Cuando se disminuye la temperatura de un conductor, su resistividad eléctrica también disminuye; sin embargo, ningún conductor "normal" puede llegar a tener una resistividad nula. Por el contrario, un superconductor, cuando llega a una determinada temperatura crítica, consigue una resistividad nula.

Pues bien, la teoría BCS explica de forma detallada el porqué de este fenómeno. Bardeen no realizó este descubrimiento él solo. También colaboraron en su elaboración los físicos Leon Cooper y John Robert Schrieffer. A pesar de que no logra explicar algunos aspectos (hay determinados superconductores especiales con los que esta teoría tiene problemas), fue un éxito en general.

Finalmente, en el año 1972, los tres investigadores obtuvieron su recompensa: Se les concedió el premio Nobel de física "por su desarrollo de la teoría de la superconductividad, conocida como teoría BCS". Gran parte del dinero que consiguió con este premio lo donó a organizaciones para el avance de la ciencia, convirtiéndose así en el primer y único científico en ganar dos premios Nobel de física.

Y, por cierto, ¿recordáis la anécdota del rey de Suecia y los hijos de Bardeen? Pues la respuesta es que el trato se cumplió: Bardeen llevó a todos sus hijos para que conocieran al rey (con enorme alegría por haber logrado la hazaña de viajar allí por segunda vez a recoger el premio, supongo).

Por supuesto, aunque no lo he comentado en el artículo, Bardeen ganó muchísimos más premios a lo largo de su vida además de los Nobel (la Medalla de ciencia nacional, la medalla Franklin, la medalla de honor del IEEE...).

La vida de Bardeen acabó el 30 de enero de 1991 a causa de una enfermedad cardíaca. Su vida fue una continua sucesión de logros científicos, pero eso no corrompió su personalidad: Según se dice de él, era muy modesto y nunca presumía de sus descubrimientos, celebraba comidas con sus amigos, iba de picnic con su familia y amaba el golf. Bardeen ha sido conmemorado en varias ocasiones y, de hecho, llegó a ser convertido en un sello en EEUU.

Sin embargo, a pesar de todo esto, su popularidad nunca alcanzó la de otros compañeros suyos. ¿Por qué? Quién sabe, pero lo cierto es que, sin duda alguna, merece ser más recordado. Espero haber contribuido a ello con este post.

NOTA: Este artículo es mi participación para la XIV edición del Carnaval de la Física, que en esta ocasión organiza eulez en su blog.


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¿Es posible desmontar la ufología utilizando sólo la física?


---NOTA: A pesar de que publico esta entrada el 28 de diciembre, os aseguro que no es una inocentada, yo no tengo tanta imaginación ;-) Es un artículo de verdad---

Alrededor del 20% de la población española cree que los alienígenas, montados en sus sofisticados platillos volantes, visitan la Tierra. Como supongo que todos sabréis ya, la ufología sólo es una pseudociencia más y no podemos tomarla en serio. No existe ninguna base científica que la sostenga.

Pero... ¿podríamos usar las armas de la física para desmontar a los ufólogos? ¿Existen herramientas para demostrar de verdad que los OVNIS no van por ahí haciendo turismo por nuestro planeta? Lo cierto es que sí (en su cierta medida), como veremos en el artículo de hoy.

Antes de nada, es necesario dejar claro qué es lo que se conoce como "platillo volante". El término surgió allá por el año 1948 en el Monte Rainier (estado de Washington). Un día, el 24 de junio, el piloto Kenneth Arnold sufrió un suceso aterrador mientras volaba: Nueve artefactos voladores surgieron de la nada frente a él. Aterrado, cuando finalizó su vuelo declaró ante la prensa todo lo que recordaba sobre esas máquinas: Dijo que revoloteaban en el cielo como si fuera un barco en medio de una tormenta en alta mar, y puso como ejemplo de su movimiento el de "un platillo lanzado a través del agua" (una metáfora que, como veremos ahora, sería malinterpretada por la prensa).

Los periodistas y el sensacionalismo hicieron el resto: Se malinterpretaron las declaraciones de Kenneth y se empezó a decir que los artefactos eran naves con forma platillos volantes. Desde entonces, cientos de casos similares son registrados por gentes de diversos lugares del mundo. Según aseguró Kenneth, los platillos volantes se encontraban a 3000 metros de altura y alcanzaban una velocidad de 2000 kilómetros por hora.

Pero dejemos a un lado las declaraciones de Kenneth y vayamos a lo que nos interesa de verdad: ¿Qué tiene la física que decir al respecto?

Las paradojas surgen automáticamente: Uno de los testimonios más repetidos por los testigos del fenómeno OVNI y por las películas de extraterrestres es que los platillos volantes no emiten ningún ruido (o, como mucho, un pequeño silbido o siseo discreto). Esto es, sin ninguna duda, una clara contradicción contra lo que mencionábamos al principio: Que los platillos volantes pueden volar a más de 2000 kilómetros por hora. ¿Por qué? Por la sencilla razón de que superan la velocidad del sonido (la cual es 1224 kilómetros por hora). Y, cuando un objeto rompe la barrera del sonido, produce una enorme explosión sónica, como ocurre con ciertos aviones:



Poco silencio se puede observar allí. Por muy avanzada que sea su tecnología, los extraterrestres no podrían escapar a esta ley física, y su vuelo debería ser tan ruidoso como el de cualquier cuerpo que alcance esas velocidades (y más teniendo en cuenta que algunos testigos afirman que los platillos volantes vuelan muy bajo).

Otro de los típicos clichés que se les atribuye a los platillos volantes es que giran sobre el propio eje del disco, como se puede ver en el inicio de la película "Mars Attack!" (ver vídeo). Este efecto causaría de forma irremediable una enorme fuerza centrífuga en la nave. Esto significa que sus pasajeros extraterrestres serían desplazados hacia los laterales de la nave y se quedarían allí, como si estuvieran "pegados", debido a la fuerza que se ejercería sobre ellos.

Sin embargo, en las películas de ciencia ficción, los extraterrestres salen por el centro de la nave, aún cuando esta está girando, sin que pase nada. Claramente, es una contradicción más en contra de los platillos volantes.

Otro fenómeno que los testigos afirman siempre ver es que los platillos volantes realizan giros repentinos a enormes velocidades, revolotean sin parar. Lo cierto es que estos movimientos conllevarían nada más y nada menos que la muerte de sus ocupantes. Veamos el por qué.

La fuerza de gravedad en la Tierra ronda una aceleración de 10 metros por segundo cada segundo. A esta fuerza la conocemos como "g". Si aumentamos esta velocidad de aceleración, aumentaremos el número de "g's" que tengamos (por ejemplo, 20 metros por segundo cada segundo serían 2g's, 30 serían 3g's, 40 serían 4g's...). Y como consecuencia, el peso del cuerpo que esté siendo sometido a esas velocidades aumentará por culpa del número de g's (si la gravedad de nuestro planeta es sólo 1 g, imaginad la fuerza que se ejercería sobre nosotros al multiplicar esa fuerza por varias g's).

Y, como explica el físico Sergio L. Palacios en su libro "La guerra de dos mundos", el número de g's que alcanzaría un platillo volante al hacer esos movimientos tan extraños sería enorme:
"Un platillo volante desplazándose a 1080 km/h y que girase repentinamente hacia un lado en ángulo recto a la misma velocidad en una décima de segundo sufriría una aceleración de 300 g’s."
Teniendo en cuenta que el límite de tolerancia de un ser humano ronda los 10 g's, se hace bastante difícil imaginar que los alienígenas puedan alcanzar ese número de g's sin sufrir ningún daño.

Por supuesto, si los alienígenas son capaces de controlar la antigravedad, esta fuerza podría evitarse. Pero, por desgracia, por ahora no tenemos muchas pruebas de que pueda manejarse de esta forma la gravedad y no podemos tomarla como cierta hasta que se demuestre. ¿Es posible que los platillos volantes la controlen? Sí ¿Debemos tenerlo en cuenta en este artículo? Pues, teniendo en cuenta que aquí estamos hablando de la física que conocemos, no es muy acertado introducir una física que ni siquiera sabemos que existe.

Ahora bien, si la física tiene la solución para afirmar que no hay platillos volantes, ¿tiene también la respuesta de por qué se observan tantos avistamientos? Porque, sin ninguna duda, el número de avistamientos de OVNIS no es para nada despreciable: En el año 1952, la Fuerza Aérea de los EEUU llevó a cabo un estudio sobre los platillos volantes y registró casi de 13.000 avistamientos.

Lo cierto es que la mayor parte de estos avistamientos tienen una sencilla explicación, mucho más lógica que pensar en extraterrestres. Además de las evidentes equivocaciones que podemos sufrir al ver meteoritos, aviones o demás objetos volantes, también hay razones físicas naturales que pueden llevarnos a "ver" platillos volantes. Como explica el famoso científico Michio Kaku en su libro "Física de lo imposible", podemos encontrar cuatro fenómenos naturales que explicarían estos avistamientos:

1- La luminosidad de Venus, que es el segundo objeto más brillante en el cielo nocturno después de la Luna. Y es que, una gran parte de los avistamientos se realizan cuando el individuo está conduciendo o viajando en cualquier tipo de transporte. El planeta parece "seguirnos", como si estuviera espiándonos. Esta sensación se produce a causa de la lejanía de Venus: Dado que no podemos compararlo con su entorno, el efecto producido es el de ser presa de una persecución por su parte.

2- Gases empantanados. Cuando pasamos cerca de una zona pantanosa, los gases desprendidos pueden ser ligeramente incandescentes, con el consecuente fenómeno visual que puede ocasionar.

3- Anomalías atmosféricas. La atmósfera terrestre puede producir tormentas eléctricas o distintos fenómenos atmosféricos que pueden ser fácilmente confundibles con un platillo volante.

4- Ecos de radar. Este suceso se da cuando se está intentado localizar OVNIS mediante una pantalla de radar. Un eco aislado, que puede proceder de cualquier de cualquier aparato o máquina, puede ser interceptado por los investigadores y ser confundido con una nave alienígena.

Por tanto, y quitando los numerosos fraudes y casos en los que los testigos simplemente están fingiendo para hacerse famosos, podemos decir que la física da una solución más que aceptable a los avistamientos de platillos volantes.

Está claro que no podemos asegurar que no existen extraterrestres con una tecnología inimaginable, pero algunos de los puntos que comento en esta entrada son argumentos suficientes para demostrar que muchos de los "avistamientos" son errores de los testigos que, influidos por la prensa y las películas, pueden tomar cualquier fenómeno como si fuera un platillo volante.

-- Actualización: Me gustaría añadir un punto muy interesante que comenta nuestro amigo Alejandro en los comentarios: Si intentamos complicar la cosa y suponemos que los platillos volantes tienen un sistema de antigravedad debido a su avanzada física (punto que ya he comentado en la entrada, aunque también se habla de ello en los comentarios), ¿por qué no tienen por ejemplo un sistema de invisibilidad para protegerse de los avistamientos? Por eso, sigo manteniendo la opinión de que no debemos mezclar física "desconocida para nosotros" como la antigravedad en un artículo en el que se habla de física conocida. Gracias por la aportación, Alejandro.

Fuentes

· La guerra de dos mundos: El cine de la ciencia ficción contra las leyes de la física - Sergio L. Palacios - ISBN: 978-84-96924-32-1

· Física de lo imposible - Michio Kaku - ISBN: 978-84-9908-506-7

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Heisenberg, Bohr, el proyecto uranio y la operación Epsilon

Durante la Segunda Guerra Mundial, el desarrollo de las armas nucleares fue uno de los principales objetivos por ambos bandos. Es mundialmente conocido el Proyecto Manhattan, desarrollado por Estados Unidos para crear la bomba atómica. Importantes físicos de todo el mundo participaron en él, entre los que se encuentran algunos tan famosos como Fermi, John von Neumann, Oppenheimer o Feynman. Muchos de ellos tenían parientes judíos y no tuvieron otra opción que alejarse de los alemanes, teniendo como opción más segura instalarse en Estados Unidos y colaborar en este proyecto. Pero, ¿a qué se dedicaron los nazis? ¿tuvieron ellos también un proyecto nuclear?

Lo cierto es que sí, ellos también intentaron crear armas atómicas para superar tecnológicamente a Estados Unidos. Sin embargo, la Alemania nazi no llegó a desarrollarlas a tiempo y los estadounidenses se adelantaron con las famosas Fat man y Little boy. La lucha por conseguir las armas atómicas antes que el bando enemigo fue una de las obsesiones de ambos países durante la guerra, y estaba claro que, por parte de un bando u otro, las armas nucleares se acabarían desarrollando. De hecho, ese fue siempre uno de los mayores argumentos de los científicos que trabajaban en el proyecto Manhattan, ya que si los nazis ganaban podrían haber dominado al mundo entero. En palabras de Albert Einstein:

"Nosotros ayudamos a construir la nueva arma para impedir que los enemigos de la humanidad lo hicieran antes, puesto que dada la mentalidad de los nazis habrían consumado la destrucción y la esclavitud del resto del mundo"

Sea como sea, los alemanes se quedaron atrás. Su propuesta nuclear, el "Proyecto Uranio", no consiguió resultados lo suficientemente pronto. Y no fue precisamente por falta de científicos: Entre sus filas estaban Werner Heisenberg, Otto Hahn o Max von Laue. Quizás fue sólo cuestión de suerte, o quizás los físicos que trabajaban para los alemanes tuvieron algo que ver: Conocían el gran peligro que sería poner en manos de los nazis un arma de este calibre, y podrían haber sido los responsables de la victoria estadounidense. Es algo que probablemente no se podrá saber nunca con seguridad, pero no son pocas las pistas que afirman que los científicos intentaron retrasar a propósito el desarrollo de las bombas atómicas alemanas.

Todo empezó en 1938, cuando el físico Werner Heisenberg (conocido principalmente por sus avances en la física cuántica) acepta dirigir el proyecto nuclear nazi. Se encargó del desarrollo de un reactor nuclear junto a Otto Hahn, ya que el Proyecto Uranio tenía dos objetivos: El desarrollo de la energía nuclear para objetivos civiles y el uso de ésta para fines militares.

Mientras transcurrían estas investigaciones, en septiembre de 1941, Heisenberg hizo una visita al gran físico Niels Bohr. Bohr vivía en Copenhague bajo un importante peligro: Su madre era judía. Visitándolo, Heisenberg corría un grave peligro y podía ser denunciado por traición. Sin embargo, se arriesgó y viajó hasta la casa de Bohr para mantener una conversación con él. Ahora bien, ¿de qué hablaron en esa conversación? No tenemos demasiados datos, pero evidentemente hablaron sobre el proyecto de energía nuclear alemán. Heisenberg le habló de todas sus investigaciones e incluso le dibujó el reactor en el que estaba trabajando. No tenemos muchos detalles más, ya que esa conversación era algo prohibido y completamente ilegal para Heisenberg, estaba arriesgando su vida.

Hay quien propone que Heisenberg quería convencer a Bohr para trabajar en el proyecto alemán, pero esa es una idea más bien ridícula: Pensar que los nazis le iban a otorgar a un hijo de una judía el desarrollo de su tecnología nuclear es bastante ilógico. La idea más acertada es que ambos físicos hicieron un pacto para que el desarrollo de las bombas atómicas se detuviera todo lo posible y que, con suerte, la guerra se acabara antes que las investigaciones sobre la energía nuclear.

¿Estaba Heisenberg de verdad fallando a propósito en sus investigaciones para los nazis? Por desgracia, no hubo ningún testigo de la conversación entre ambos físicos, y parece que ninguno de los dos estaba dispuesto a revelar su conversación. Sin embargo, Heisenberg y otros físicos que trabajaron para los alemanes, como Max von Laue, afirmaron posteriormente que los motivos morales les obligaron a no construir con toda la rapidez posible la bomba atómica. Estas afirmaciones han recibido duras críticas por otros científicos que trabajaron en el Proyecto Manhatan, quienes aseguraban que los físicos alemanes estaban intentando desarrollar la bomba con toda la rapidez posible (es muy probable que estas críticas fueran lanzadas desde el sentimiento de culpabilidad de los estadounidenses por haber sido los responsables de las primeras bombas atómicas y de la destrucción que crearon).

Quizás os estéis preguntando porqué aceptó Heisenberg la responsabilidad de ser el responsable del Proyecto Uranio si en realidad no tenía ninguna intención de colaborar. La respuesta parece ser su interés por conocer el mundo atómico: El presupuesto y los medios que le proporcionaron los alemanes eran todo un incentivo para sus investigaciones y le permitían avanzar enormemente. Además, según esta teoría, así evitaría que otro físico más comprometido con los ideales nazis desarrollara la bomba con rapidez.

Esta última misión parece estar apoyada por una carta recibida por los estadounidenses en mitad de la guerra. Estaba escrita por el físico alemán Fritz Houtermans, y en ella afirmaba que "Heisenberg trata de retrasar el progreso del proyecto lo máximo posible, temiendo las catastróficas consecuencias del éxito". Este detalle es algo demasiado aislado como para poder afirmar con rotundidad que Heisenberg estaba boicoteando el proceso, pero sin duda es algo a tener en cuenta.

Lo que sí sabemos es que Heisenberg y su equipo erraron con la cantidad de uranio necesario y la masa crítica que se necesitan para realizar una fisión nuclear. Estos fallos en los cálculos son uno de los principales indicios de manipulación por parte de los físicos para evitar una guerra nuclear, ya que, una vez acabada la guerra, los estadounidense hicieron un experimento revelador: La operación Epsilon.

Cuando el fin de la Segunda Guerra Mundial estaba ya cerca, los estadounidenses capturaron a los científicos que estaban trabajando para los alemanes. Entonces, los encerraron a todos juntos en una casa llena de micrófonos espías para poder saber hasta dónde habían llegado las investigaciones alemanas. Mientras permanecían en aquella casa, la bomba atómica de Hiroshima explotó. Ellos se enteraron mediante la radio y, a la noche siguiente de haberlo escuchado, Heisenberg les presentó a sus compañeros un estudio detallado de la cantidad de uranio que debían de tener las bombas atómicas, su diseño y su masa crítica. Sorprendentemente, Heisenberg se acercó bastante (aunque no con total exactitud) a la realidad, lo cual hace pensar que en su trabajo como físico nazi no hizo todo lo posible por desarrollar la bomba atómica. En sólo dos días, a partir de un informe de radio, Heisenberg se había acercado más a la verdadera solución que en todo el tiempo que había estado trabajando con los nazis.

Además de ese detalle, no se obtuvo ninguna respuesta más de esas grabaciones. Si bien es cierto que algunos físicos mostraron su alegría de que EE.UU venciera a Alemania en la carrera nuclear, otros lo lamentaron bastante, por lo que no hay resultados determinantes.

Puede ser que Heisenberg se equivocara estrepitosamente en sus matemáticas y retrasara el desarrollo alemán, pero siempre existirá la duda. ¿Fue un fallo o una estrategia para evitar el terrible horror que surgiría si los alemanes ganaban la guerra? Quizás nunca lo sabremos con seguridad, pero Heisenberg siempre será reconocido como el responsable de que la bomba atómica nazi fuera sólo un proyecto inacabado.

NOTA: Esta entrada es mi aportación al Carnaval de Física (XI Edición), que en esta ocasión organiza el blog "El Neutrino".




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Descubriendo a Brian Cox

Hace unos meses, buscando algún interesante documental de ciencia, me topé con un joven inglés llamado Brian Cox. Este físico de partículas trabaja en el experimento ATLAS, es decir, en el LHC (el gran colisionador de hadrones). Pero, además de sus investigaciones en las instalaciones del CERN, es también un magnífico divulgador y presentador de varios documentales.

Sus documentales tienen una calidad indiscutible, pero, si por algo destacan, es por la gran personalidad de Brian. Su imagen se aleja completamente del estereotipado científico serio y aburrido, es todo lo contrario: Entusiasmado, enamorado de su trabajo y, sobre todo, capaz de contagiar su afán por la ciencia.

De hecho, quizás esa enérgica personalidad le venga desde su juventud, cuando formó parte de un grupo de hard-rock llamado Dare. Este grupo tuvo cierto éxito (de hecho, fue creada por un ex-miembro del famoso grupo "Thin Lizzy") y Cox formó parte de la plantilla original, tocando el teclado. Para ser más concretos, participó en la creación del primer disco de la banda, "Out of the Silence" (escuchar en Spotify).

Pero la carrera del todavía joven Brian se desvió enseguida hacia la ciencia. Como diría en una de sus entrevistas posteriores, la música era uno de sus mayores hobbies, pero la física era su verdadera pasión. Sea como sea, lo importante es que parece haber heredado algo de su etapa rockera, mantiene una personalidad rebelde y aventurera.

Disfruta de la ciencia como si fuera un niño, pero la divulga como todo un físico. Ahí está la clave que me ha enganchado a sus documentales, llenos de fascinación y amor por la astronomía y la física.

Como dije al principio, además de sus documentales también hace grandes charlas y mini-conferencias. En la siguiente charla TED, Brian Cox nos ofrece unas inspiradoras razones de porqué es necesario que se invierta presupuesto en el desarrollo científico. Tanto por el propio afán humano por conocer como por las implicaciones comerciales y económicas que se obtienen a largo y corto plazo, invertir en ciencia en siempre algo indispensable para cualquier gobierno.

Es un vídeo que no tiene pérdida, son sólo 15 minutos y os aseguro de que no os arrepentiréis de haberlo visto. Es inspirador (podéis activar los subtítulos en español en "view subtitles" y "Spanish"):





Como habréis visto en el vídeo anterior, uno de los héroes y ejemplos a seguir de Brian es Carl Sagan, probablemente el mejor divulgador científico. Y, en cierto modo, esta admiración se puede observar en sus documentales, en los que trata con el mismo entusiasmo que Sagan la astrofísica y la posibilidad de que exista vida extraterrestre.

Evidentemente, su trabajo como físico de partículas ha influenciado fuertemente en el tipo de temas sobre los que habla. Por ejemplo, en otra charla TED, grabada antes de la construcción del LHC, Brian explicaba con todo lujo de detalles qué estaban buscando con este gigante de la ingeniería.

Por aquél entonces estaban surgiendo críticas hacia el gasto del gran colisionador de hadrones e incluso había quién ponía en duda la seguridad de los experimentos. A continuación dejo la respuesta de Brian para todos aquellos que ponían en duda la utilidad de esta construcción. Y al igual que antes, tenéis la posibilidad de activar los subtítulos en español.





Sin embargo, donde más destaca Brian no es en las pequeñas charlas, sino en sus magníficos documentales. El primer documental suyo que vi fue "¿Qué pasa con la gravedad?". Es un detallado y riguroso viaje de una hora de duración en la que hace un repaso a toda la historia de la gravedad, desde las teorías de Galileo y Newton hasta las más avanzadas y novedosas interpretaciones científicas.

El documental, a pesar de tratar temas complejos, no entra nunca en complejos tecnicismos e incluso aplica ejemplos sencillos y cotidianos como el GPS para que se haga más fácil de comprender. Todo ello acompañado de numerosas simulaciones y visitas a distintas instalaciones científicas. Es magnífico para adentrarnos en el fascinante mundo de la gravedad y conseguir una visión global y general de todas las teorías que se han ido desarrollando.

Pero, sin ninguna duda, su mejor obra es la serie-documental "Wonders of the Solar System" (Maravillas del Sistema Solar).

Wonders of the Solar System

"Es fascinante para mí, como físico, ver cómo las mismas leyes simples y básicas de la naturaleza pueden actuar en formas tan radicalmente diferentes, y producir asombrosamente tales, variados, bellos, violentos e inertes mundos ahí fuera, en todo el Sistema Solar" - Brian Cox

Esta magnífica serie-documental consta de cinco episodios de una hora cada uno, en los que habla de temas muy variados y expone las que, para él, son las más bellas maravillas del sistema solar. Un detalle que sobresale especialmente de este documental son las detalladas imágenes que nos ofrece y la alta calidad con la que está grabado. Brian viaja por todo el mundo, desde los más abrasadores desiertos hasta las más enormes y verdosas junglas, pasando por glaciares, cuevas, volcanes y todas las maravillas que podamos encontrar en nuestro planeta. Como complemento, para visualizar lo que ocurre más allá de nuestro planeta recurre a unas también magníficas animaciones en 3D, entre las que se encuentran representaciones de Marte, Titán o los anillos de Júpiter.

En el primer episodio habla del Sol, el astro que permite que exista la vida en la Tierra. Revisa su formación, su historia, sus características, su influencia sobre la Tierra... El astro más importante para la vida de nuestro planeta analizado con la máxima rigurosidad.

En el segundo intenta dar a conocer el proceso de formación de nuestro sistema Solar, de cómo una gran masa de hidrógeno se convirtió en la ordenada maravilla que vemos hoy, haciendo incapié en los delicados anillos de Saturno, la estructura más bella de todo nuestro sistema solar.

El tercer episodio habla sobre la atmósfera terrestre, de su idónea situación y de la fuerza gravitatoria y gases que se han combinado para permitir la vida en la Tierra. Pero no se queda ahí: También revisa las atmósferas de otros planetas, poniendo especial atención en Titán, una luna de Júpiter con una atmósfera muy especial.

En el cuarto revisa en las fuerzas destructoras del universo, que, al mismo tiempo, son las fuerzas creadoras del relieve de nuestros planetas. Veremos erupciones volcánicas, meteoritos... En esta ocasión se presta especial atención a otra luna de Júpiter, Io, la cual tiene una gran actividad volcánica y es uno de los lugares más activo del sistema solar en cuanto a volcanes se refiere.

El quinto, que, personalmente, es mi favorito, está dedicado a la búsqueda de vida extraterrestre y, especialmente, a la búsqueda del elemento que la hace más posible: El agua. Repasa temas tan interesantes como la certeza de que en un pasado existió agua en Marte, o las recientes investigaciones que se están llevando a cabo en la helada pero llena de agua Europa. Es especialmente interesante en este capítulo la reflexión que hace sobre la vida en el Universo y la gran sorpresa científica que sería encontrar alguna forma de vida, aunque fuera una simple bacteria escondida bajo la cálida superficie de Marte.

Gracias al abrumador éxito conseguido con esta serie, Brian está preparando otra serie-documental que romperá la barrera del Sistema Solar para salir a explorar nuevas galaxias: "Wonders of the Universe (Maravillas del Universo)".

Pero sobre todo, y vuelvo a insistir en ello, lo mejor de Brian Cox es su carismática personalidad, su sentido del humor, su amor por la ciencia y, también, su faceta "rockera" que combina rigurosidad científica y diversión:

"Quien piense que el LHC destruirá la Tierra es gilipollas"


Y no os olvidéis de seguir a Brian en Twitter (@ProfBrianCox), tiene una cuenta muy activa y todos los días deja alguna opinión o enlace interesantes.

Fuentes

Brian Cox - Wikipedia (English)
Brian Cox - Apolloschildren
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Tsar, la mayor bomba lanzada por el hombre

Son mundialmente conocidas las bombas de Hiroshima y Nagasaki, posiblemente las mayores demostraciones de lo que el poderío de las bombas atómicas pueden llegar a hacer. Sin embargo, muchas otras armas nucleares han sido usadas a lo largo de la historia. No con fines bélicos, pero sí a modo de prueba, el mundo ha presenciado ya la explosión de muchísimas armas nucleares. Hoy veremos una de esas pruebas, una bomba que fue capaz de dejar en ridículo a las detonadas en los territorios japoneses. La mayor explosión causada por el hombre: La bomba del Zar (o Tsar, como también se le conoce)

Esta bomba fue construida por la Unión Soviética, con el único objetivo de demostrar su enorme poderío militar frente a Estados Unidos en la Guerra Fría. Y sin duda lo logró: Hasta ahora, ninguna otra bomba ha igualado o superado el poder de la Tsar. Goza de una potencia que ronda los 50 megatones, aunque la mayoría de las fuentes históricas aseguran que llegó a los 57 megatones. Para entenderlo de forma más clara, esta explosión equivale a la de 57 millones de toneladas de TNT.

Pero eso no es todo. Según se cree, el diseño inicial de la bomba permitía una explosión de 100 megatones, que posteriormente se redujo casi a la mitad por distintos motivos (principalmente ecológicos, ya que esto suponía un golpe muy duro para el medio en el que se detonaba).

La bomba, que pesaba unas 27 toneladas y medía unos 8 metros de largo por 2 de ancho, fue desarrollada por un grupo de físicos soviéticos encabezados por Ígor Kurchátov (quien, paradójicamente, más tarde acabaría luchando contra el uso de la energía nuclear con fines bélicos)

Como podemos ver en la imagen de la izquierda, la bomba fue capaz de superar a todas las anteriormente detonadas. El pequeño punto rosa que hay en medio es la famosa Fat Man, la bomba detonada en Nagasaki. El círculo naranja representa a la mayor bomba lanzada por Estados Unidos, la Castle Bravo. Sin embargo, pierden todo su poder frente a la Tsar, representada en este caso con el círculo rojo (o lo que es lo mismo, toda la esfera)

Tras una larga época desarrollándola, la bomba del Zar fue detonada el 30 de octubre de 1961 en el archipiélago de Nueva Zembla, en el Océano Ártico. El encargado de llevar esta peligrosísima arma fue el piloto Andrei E. Durnotvsev, que se elevó a unos 10.500 metros de altura con su bombardero Tupolev Tu-95. A las 11 y media de ese día, se lanzó la bomba. Tres minutos después, a unos 4000 metros de altura, se consiguió la mayor explosión lograda por el hombre.

Las medidas de protección en este experimento fueron bastante cuidadas. Al piloto lo protegieron con todos los medios posibles: Lo equiparon con unas gafas especiales, le dieron tiempo suficiente como para colocar su avión a una distancia segura y, además, repintaron toda la nave con una pintura especial reflectante para que la onda térmica no le afectase. Pero ante todo se tuvo bastante cuidado en reducir todo lo posible las consecuencias ecológicas (dentro de lo que cabe esperar en unas pruebas de este tipo, el experimento fue más "limpio" de lo normal): Se modificó técnicamente la bomba para que la mayor parte de la energía producida proviniera de un proceso de fusión en vez de uno de fisión y se consiguió que no hubiera ninguna lluvia radiactiva posterior.

Si en vez de esta versión "suavizada" se hubiese usado la versión contaminante y potente que se habría liberado en una guerra, miles de kilómetros habrían quedado mutilados por una continua contaminación nuclear. La lluvia nuclear habría azotado a toda Europa Oriental, desde Rusia hasta Hungría o Polonia. Según se cree, esta explosión habría supuesto el 25% de toda la radiactividad emitida en el mundo desde las primeras bombas atómicas. Fue una suerte que los encargados del proyecto decidieran hacerla menos contaminante.

¿Pero cómo fue la explosión? ¿Qué se sintió cuando este artefacto explotó?

Bueno, en primer lugar, la zona más cercana a la bomba aumentó su temperatura en millones de grados. El cegador destello que desprendió tuvo tal intensidad que pudo verse a 1000 km de distancia y la onda de choque pudo romper cristales a más de 900km de la explosión. De hecho, esta onda de choque tuvo la suficiente fuerza como para girar alrededor de la Tierra tres veces (no es ninguna aproximación, sino que unas máquinas distribuidas alrededor de todo el planeta se dedicaron a seguir la onda de choque y comprobar su trayectoria).

La característica nube con forma de hongo llegó a alcanzar una altura de 64.000 metros y la onda térmica llegó a "abrasar" totalmente a todo lo que estuviera en un radio de 100 km respecto a la explosión (cualquier persona en ese radio moriría quemada automáticamente). Con esta bomba, los soviéticos habían dejado claro su poder.

Y es que en realidad ese era su objetivo. Estudios posteriores demuestran que un arma de este tipo sería poco eficaz en una guerra real. Por ejemplo, el enorme tamaño y peso del arma no permitirían su inclusión en un misil balístico internacional. La única medida de transportarla sería usando un bombardero, el cual iría demasiado lento por culpa del lastre y supondría un blanco fácil para el enemigo. Además, como en una guerra se usaría la versión potente de esta arma, el bombardero no habría podido escapar de la explosión. Sería una misión suicida.

Además, entre las desventajas de usarla en combate, encontramos un gran gasto inútil de energía, ya que gran parte de ésta se escaparía hacia el espacio y se malgastaría inútilmente. A pesar de todo ello, esta bomba fue una demostración de lo que el hombre puede hacer y nos mostró el punto al que puede llegar la energía nuclear usada con malos fines.



Fuentes

Bomba del Zar - Wikipedia
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¿Matan las arenas movedizas? Separando el mito de la realidad

Un tema muy recurrente en las películas de aventuras son las arenas movedizas. Cuando menos lo esperan, los "malos" de la película están siendo absorbidos por este asesino silencioso y en cuestión de unos minutos ya están enterrados bajo tierra.

¿Qué hay de verdad en todo esto?

Lo cierto es que no hace falta preocuparse mucho. Caerse en unas arenas movedizas y quedar sepultado mientras te ahoga la arena es más bien un mito de las películas. Pero antes de entrar en el tema del artículo es necesario preguntarse: ¿Qué son las arenas movedizas?

Básicamente, son una mezcla de arena, arcilla, agua salada y aire. Éstas actúan como un fluido no-newtoniano. Esto quiere decir que, cuando no hay nada que ejerza presión sobre ellas, se comportan como un material sólido; sin embargo, cuando cualquier presión se ejerce sobre ellas, pasan a desmoronarse y a convertirse en una especie de líquido.

Entre el 30% y el 70% de las arenas movedizas está formado por agua y aire, por lo que los granos de arena tienen una mayor distancia entre sí. Evidentemente, con esa composición, cualquier peso o fuerza es capaz de vencer al rozamiento que mantiene a las partículas en su posición. De esta forma, la arena movediza es incapaz de soportar un peso que sí sostendría la arena seca y, junto con la acción del agua como lubricante, el cuerpo que está ejerciendo la fuerza se hunde en ellas.

Falacias y verdades

La primera razón lógica por la que no hace falta tener miedo de una muerte así es que el ser humano es menos denso que las arenas movedizas. Por tanto, en situaciones normales, tenderemos a flotar sobre ellas cuando lleguemos a cierto punto de profundidad (más o menos cuando las arenas nos lleguen a la cintura o el pecho nos pondremos a, literalmente, flotar sobre ellas). Por poner un ejemplo, es bastante más difícil flotar en el agua que en las arenas movedizas (es fácil de razonar, si flotamos en el agua porque tenemos una densidad menor que ella, flotaremos mucho mejor en una mezcla de agua y arena, ya que el sólido le da todavía más densidad a la mezcla).

La segunda razón es que, a pesar de lo que se cree, la profundidad de unas arenas movedizas no suele superar nunca el metro de profundidad. Exceptuando algunos casos aislados de mayores dimensiones, lo más normal es que un adulto se pueda sumergir en ellas como máximo hasta el pecho.

Entonces, ¿esto quiere decir que es imposible morir en unas arenas movedizas? Por supuesto que no. Evidentemente se han registrado muertes, pero no por las causas que podemos ver en el cine. Lo más normal en una muerte de este tipo es que, si alguien se queda bloqueado y no puede salir de ellas, acabará sufriendo una insolación (a causa del Sol en un día caluroso) o hipotermia (las arenas movedizas pueden llegar a estar bastante frías).

Además de esas dos causas también existen otras más variadas. Por ejemplo, si caemos en unas arenas movedizas cercanas a una costa, hay posibilidades de que la marea llegue hasta nosotros y suframos una muerte por ahogamiento a causa del agua marina. Aunque este tipo de muerte parezca ser el más fantasioso, es uno de los más comunes, ya que las arenas movedizas se suelen localizar siempre en zonas de costa o cerca de lagos y ríos.

En caso de permanecer bloqueado en ellas durante mucho tiempo, también se puede morir de hambre o sed. Pero, pase lo que pase, lo más extraño es morir enterrado bajo la arena (a no ser que te pongas nervioso y metas la cabeza dentro o hagas alguna locura de ese tipo).

Dicho esto, queda bastante claro que la muerte se produce al quedarse "atascado" en ellas y pasar horas y horas allí. Pero tampoco hace falta preocuparse: Las muertes no son algo común, en la mayoría de los casos se evitan con facilidad.

El clásico truco de "¡no hagas movimientos bruscos!" resulta ser la única forma de salir fácilmente. Como dijimos al principio, la presión ejercida por el cuerpo es la responsable de que las arenas se comporten como un líquido, por lo que si luchamos contra ellas y ejercemos aún más presión, lo único que conseguiremos es hundirnos más en unas arenas cada vez menos viscosas y más líquidas.

Y además de empeorar la situación, movernos no resultará nada fácil: Para mover un pie sumergido en las arenas movedizas a la velocidad de 1cm por segundo es necesario ejercer una fuerza de más de una tonelada (lo necesario para levantar un coche mediano, por ejemplo).

Como se suele decir, para salir de aquí "más vale maña que fuerza". Básicamente lo que habría que hacer es distribuir el peso corporal de forma que la presión ejercida sea cada vez menor. Es decir, el objetivo sería recostarse sobre la espalda y "tumbarse" sobre las arenas movedizas (literalmente, "flotando" en ellas) hasta sacar las piernas. Cuando las piernas estén fuera, lo demás es bastante más fácil, ya que basta con escapar arrastrándose por el suelo.

Recordadlo la próxima vez que queráis imitar a Indiana Jones ;)

Fuentes

Arenas movedizas - Wikipedia
Cómo salir de arenas movedizas - WikiHow
Documental recomendado: Cazadores de mitos: Arenas movedizas
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El sincrotrón Alba: Qué es, cómo funciona y para qué sirve

El sincrotrón Alba, situado en Cerdanyola del Vallès (Barcelona), es una de las mayores infraestructuras científicas españolas que se hayan construido hasta ahora. Con unas instalaciones de 22870 metros cuadrados y un edificio principal que ronda los 200 metros de diámetro, se erige como uno de los mejores del mundo, convirtiéndose en todo un empujón para la ciencia española. La creación de este sincrotrón ha costado nada menos que 200 millones de euros... ¿están bien invertidos? Para responder a la pregunta, no hay nada mejor que entender esta construcción y conocer su funcionamiento.

Pero empecemos por el principio. ¿Qué es eso de "sincrotón"?

Básicamente, un sincrotrón es un anillo enorme en el que giran electrones a una velocidad muy cercana a la de la luz, los cuales producen una luz muy especial. Esta luz tan especial tiene unas ondas muy intensas y con características especiales, por lo que permiten ver estructuras invisibles con luz normal.

Esto puede sonar algo raro, pero en realidad su funcionamiento es realmente sencillo. Primero, una especie de cañón "dispara" un haz de electrones que se aceleran en un acelerador lineal mediante la energía magnética (esta energía tiene un poder 20000 veces mayor que el del campo magnético de la Tierra) y energía eléctrica. Cuando acaba este proceso, los electrones alcanzan una velocidad del 99'999% de la velocidad de la luz. Una vez que están acelerados, salen de ese acelerador lineal y se introducen en un anillo gigantesco que sirve como almacén, donde están girando en el vacío con una energía constante durante horas.

Mientras los electrones están girando en ese enorme anillo, una serie de imanes controlan su estado y les permiten producir una luz muy potente. ¿Pero cómo se coge la luz emitida para aprovecharla? Sencillamente, hay una serie de conductos situados de forma tangente al círculo por donde se "escapa" la luz. Como los electrones van girando en forma de paquetes, cada vez que pasan cerca de estos conductos un destello entra en ellos.



En la imagen que hay sobre estas líneas podéis ver las partes anteriormente mencionadas. Vamos a resumir de nuevo la explicación pero mirando al dibujo: La línea recta que hay dentro del gran círculo es el cañón de electrones, ahí es donde empieza todo. Allí, junto con el círculo pequeño al que está conectado ese cañón, es donde se aceleran los electrones. El gran círculo que ocupa la mayoría de la imagen es el almacén al que van a parar los electrones en movimiento, y esas líneas tangentes al círculo que hay rodeando todo el circuito son los conductos por donde salen los destellos de luz producidos por los electrones.

Si tenemos claro este funcionamiento, prácticamente ya habremos entendido cómo funciona un sincrotrón. Pero queda saber un último paso, ¿qué se hace con la luz extraída?

Lo primero es entender las propiedades de esa luz: Es muy intensa, de hecho sus ondas son casi un billón de veces más intensas que las de la luz normal, que permite ver desde los rayos X hasta los infrarrojos. Pero además, la longitud de onda de esa luz es más pequeña que la luz normal. Este punto es de gran importancia, ya que gracias a esa longitud tan pequeña, se pueden estudiar procesos imposibles de ver con luz normal (la cual tiene una longitud de onda mucho mayor). Esta radiación emitida, también llamada luz de sincrotrón, llega entonces a las estaciones de trabajo.

A vuestra izquierda podéis ver una estación de trabajo típica de un sincrotrón. La luz de sincrotrón llega hasta allí, y atraviesa las muestras que los científicos quieren estudiar. Mientras el objeto estudiado es atravesado por la luz, un detector especial se encarga de recoger todo lo que ocurre. Como recordaréis, los electrones viajan en forma de paquetes que emiten destellos en forma de un flash cada vez que pasan por uno de estos conductos tangentes al circuito; pero como viajan a una velocidad tan cercana a la luz, obtenemos una especie de fotograma del proceso. Finalmente, los científicos analizan los datos obtenidos y los estudian. Así acaba el viaje de nuestro sincrotrón.

Y ahora que ya conocemos todo lo básico sobre el sincrotrón Alba, por fin podemos valorar para qué nos sirve. Sus usos se extienden por multitud de campos diferentes, y supone una herramienta de trabajo insustituible para ciertas investigaciones. Por poner algunos ejemplos, podemos destacar los siguientes:

- Investigación química: El análisis de los elementos químicos permite la diversificación y mejora de los procesos químicos en muchos ámbitos, como por ejemplo en su propio estudio o en la producción de materiales como adhesivos, lubricantes, objetos impermeables... El estudio de los procesos químicos que suceden en estructuras invisibles para la luz normal puede aportar nuevos conocimientos en este campo.

- Investigación de materiales científicos: Los rayos sincrotrón permiten un estudio en 3D de moléculas y proteínas que no podrían haber sido estudiadas con luz normal. A la hora de estudiar en profundidad este tipo de estructuras tan pequeñas, así como de los procesos que ocurren en ellas, el sincrotrón es imprescindible.

- Magnetismo: De nuevo, la luz de sincrotrón es una gran ayuda para estudiar todo lo relacionado con el magnetismo, como el estudio del dicroísmo en rayos X. También se aplica en el estudio de las microestructuras magnéticas.

- Investigación sobre la vida: ¿Cómo infecta un virus a una célula? ¿Y cómo convierte la energía química en movimiento un músculo? Todo ello y muchas cosas más se estudian bajo la luz del sincrotrón. Proteínas, enzimas, hormonas, macromoléculas, virus... son estudiados en el sincrotrón Alba.

- Estudio macromolecular: Esta área de estudio es útil tanto para la investigación científica como para la industria. Desde que se finalizó el proyecto del genoma humano, es posible estudiar las estructuras de proteínas y moléculas que están relacionadas con cierta tarea vital. Es uno de los campos en los que se está trabajando con más intensidad.

- Industria: Incluso la industria tiene cabida en el sincrotrón Alba. Antiguamente, procesos de producción de cerámica o polímeros dependían de la habilidad del experto que los hacía. Ahora, en el sincrotrón se estudia al detalle cualquier proceso industrial para optimizarlo. También se estudian materiales relacionados con la informática e incluso con la medicina, ya que pueden surgir nuevos fármacos a partir de estas investigaciones.




PD: Esta entrada va a ser mi segunda aportación a la IX edición del Carnaval de Física, una iniciativa para divulgar la física que en esta ocasión estará organizada por César, en su blog Experientia Docet (mi primera aportación la podéis ver aquí).

Fuentes
¿Qué es un sincrotrón? - Cells.es
El mundo microscópico bajo una nueva luz - Revista Redes nº4
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El efecto Doppler y el origen del universo

¿Cómo pueden estar relacionados un efecto tan sencillo como el de Doppler con una teoría tan importante como el origen del universo? Pues, aunque parezca mentira, ese efecto fue determinante para formular la teoría del Big Bang. El efecto Doppler fue algo de vital importancia en este tipo de descubrimientos relacionados con la expansión del universo y su continuo movimiento.

Muy a menudo, teorías como la del Big Bang necesitan el apoyo de otras, como la del efecto Doppler, para confirmarse y apoyarse en bases científicas. Hoy contaremos esa historia, y explicaremos la importancia de ese descubrimiento.

Pero antes de nada, ¿qué es ese efecto Doppler del que tanto hablamos? Empecemos por el principio.

El efecto Doppler

El 29 de noviembre de 1803 nacía en el seno de una familia de albañiles un chico llamado Christian Andreas Doppler. Su familia no vivía mal, gracias al trabajo de sus padres como albañiles tenían una lujosa casa y el pequeño Christian tenía un puesto asegurado como futuro albañil. Pero Christian siempre había tenido diversos problemas de salud y enseguida se dieron cuenta de que no iba a poder continuar la tradición familiar. Así que empezó a estudiar física y matemáticas en la universidad, materias que pronto convertiría en su pasión y trabajo.

Pero si por algo recordamos a este famoso físico es por su mayor descubrimiento, el efecto Doppler. En realidad es algo muy sencillo y fácil de explicar. Pongamos el ejemplo de una ambulancia que se mueve a través de una carretera. Nosotros estamos parados y vemos cómo se acerca, pasa por delante de nosotros, y después se aleja. ¿Qué oímos?

Según se va a acercando a nosotros, la sirena será cada vez más aguda, mientras que cuando empieza a alejarse pasa a producir un sonido cada vez más grave. Esto es el efecto Doppler. Cuando la fuente del sonido (en este caso la ambulancia) se mueve respecto al receptor (en el ejemplo, nosotros mismos), se producirá un cambio de frecuencias en las ondas sonoras.


En la imagen que veis sobre estas líneas, el receptor es el micrófono y las fuentes son las sirenas de los coches de policía. Cuando el coche naranja se acerca hacia el micrófono, la frecuencia sonora que queda grabada es más grande de lo normal, es como si las ondas sonoras vinieran "comprimidas". Según se va alejando, la frecuencia disminuye y al micrófono le llegan unas ondas sonoras más "alargadas" que la original. Es decir, un coche en movimiento produciría un frente de ondas comprimidas por delante y un frente de ondas expandidas por detrás.

Como el oído humano trata a las altas frecuencias como sonidos agudos y a las bajas frecuencias como sonidos graves, llegamos a la solución de porqué se produce un sonido agudo y después uno grave. Por supuesto, para que se produzca este efecto, el coche debe de ir a una velocidad considerable. Si se encuentra parado, no se nota ninguna variación en la frecuencia sonora, es necesario aumentar la velocidad.

Pero el efecto Doppler no se queda ahí. Por ejemplo, podemos aplicarlo a la luz, ya que también se comporta como onda. El problema es que se necesitan velocidades mucho mayores que las que puede alcanzar un coche, en la vida cotidiana no podemos ver ese tipo de variaciones con facilidad.


Si nos fijamos en el dibujo superior, podemos sacar en claro que cuando una fuente de luz (pongamos como ejemplo una estrella) se aleja a grandes velocidades de un receptor (en este caso, el hombre que la mira fijamente), la luz se desplaza en ondas más largas. Si la fuente de luz se está acercando en vez de alejarse, la luz se desplaza en ondas más cortas. Como habréis comprobado, es algo similar a lo que ocurría con el sonido.

Pero, ¿cuál es la consecuencia de que la luz se desplace en ondas cortas o largas? Sencillamente, varía el color del espectro luminoso. Si la luz se desplaza en forma de ondas cortas, se produce un corrimiento al azul; y si se desplaza en forma de ondas largas, se produce un corrimiento al rojo.

Como observamos en la ilustrativa imagen de la izquierda, un objeto que se aleja va provocando un corrimiento al rojo dentro del espectro luminoso. Si se estuviera produciendo un corrimiento al azul, en vez de acercarse a la parte superior roja, se acercarían a la parte inferior azul.

Como vemos, el efecto Doppler también está presente en la luz. A modo de resumen, cuando el objeto se aleja a la suficiente velocidad, toma un aspecto rojizo, y cuando se acerca toma un aspecto azulado.

Pero os estaréis preguntando qué tiene que ver todo esto con el origen del universo que hemos mencionado al principio. Pues tiene mucho que ver, y es uno de los puntos fundamentales para el descubrimiento del Big Bang.

Sólo tenemos que fotografiar galaxias lejanas con el telescopio, como hizo Edwin Hubble y su colaborador Milton Humason, para hallar la respuesta.


Ley de Hubble y la relación con el Big Bang

Cuando estos dos astrónomos empezaron su ardua tarea, descubrieron datos impresionantes. Hallaron corrimientos al rojo en casi todas las galaxias, prueba irrefutable de que el universo debía estar expandiéndose. Y lo que es más importante aún, cuanto más lejos estaban las galaxias, mayor corrimiento al rojo tenían. Mientras que las galaxias vecinas muestran un corrimiento al rojo muy pequeño, en las más lejanas se producía lo contrario.

Como explicamos antes, cuando algo tenía un corrimiento rojo, se estaba alejando. Por tanto, las galaxias estudiadas por este dúo de astrónomos estaban alejándose.

Esta teoría daba validez al Big Bang y ayudaba a establecer las bases de la expansión del universo. Estudiando la diferente intensidad de corrimiento al rojo de las galaxias que estudiaba, Hubble consiguió medir la distancia y velocidad que tenía cada una, y llegó a la conclusión de que cuanto más lejana era una galaxia, se alejaba a mayor velocidad.

Estas teorías son conocidas como "Ley de Hubble", y a partir de ellas se puede deducir que las galaxias se alejan unas de otras a una velocidad proporcional a su distancia. Como ya dijimos, es un punto fundamental para entender la expansión del universo, y demuestra que esta expansión que todavía podemos ver son los "restos" de esa gran explosión que conocemos como Big Bang.

Pero la ley de Hubble sirvió para muchas cosas más, como para hacer las primeras aproximaciones científicas sobre la edad del universo, es decir, el período de tiempo que ha transcurrido desde el Big Bang hasta el día de hoy. Actualmente, los científicos piensan que esta cifra ronda los 13.700.000.000 de años.

PD: Esta entrada va a ser mi primera aportación a la IX edición del Carnaval de Física, una iniciativa para divulgar la física que en esta ocasión estará organizada por César, en su blog Experientia Docet.

Fuentes y más información

Efecto Doppler - Wikipedia
Ley de Hubble - Wikipedia
Teoría del Big Bang - Wikipedia
Corrimiento al rojo - Wikipedia
Christian Andreas Doppler - Wikipedia
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"La Jaula de Faraday", o de porqué a los aviones no les afectan los rayos


¿Nunca os habéis preguntado por qué los aviones nunca se estrellan por culpa de un rayo? Si os fijáis, nunca encontraréis noticias de ese tipo. ¿O por qué el hombre que veis a vuestra derecha no está ya electrocutado? Todo esto es debido a que en ellos se produce el curioso efecto de "La Jaula de Faraday". Vamos a verlo más detenidamente:

Cuando un recinto cerrado está recubierto de metal (o en su defecto, de unas mallas metálicas que lo rodeen) el interior del recinto no recibe influencias de campos eléctricos externos, ya que su campo eléctrico es nulo. Diciéndolo de una forma más clara, cuando a un recinto recubierto de metal se le aplica electricidad, el interior no la recibe, sino que ésta se transmite sólo por el exterior. Si una persona se mete en una jaula como la de arriba, no sufrirá ningún daño al recibir esos rayos.

Este fenómeno fue descubierto por Michael Faraday, y a día de hoy tiene muchísimas aplicaciones en aparatos electrónicos complejos (sobre todo en la informática), electrodomésticos o aviones. Sin duda, uno de los ejemplos más impresionantes de la Jaula de Faraday se dan cuando un rayo cae en un avión. Es algo sorprendente. Observad:



Como vemos, el avión es una simple Jaula de Faraday a gran escala, un recinto recubierto de metal al que el rayo atraviesa (si nos fijamos bien, podemos ver que el rayo entra por una punta y sale por otra) pero sin afectar al interior, es decir, a los pasajeros y la maquinaria. La buena aplicación de este sencillo efecto salva miles de vidas. Increíble que algo tan sencillo nos sea tan útil.

Pero sigamos con más ejemplos. Como dije al principio, ni siquiera es necesaria una capa metálica, con unas simples mallas metálicas bien apretadas y conectadas se produce este mismo efecto. En el laboratorio se llevan a cabo múltiples experimentos de este tipo. Observemos un ejemplo con otro vídeo:



Como veis, el hombre sale intacto de la jaula, ya que los rayos entraron por la parte superior y, tras recorrer la jaula por el exterior, salieron por la parte inferior. Un ejemplo igual de interesante que el anterior, sin duda.

Pero ahora un ejemplo más práctico. Imaginaos que un día vais con vuestro coche y empieza una tormente. ¿Qué podéis hacer? Pues, gracias a la ciencia, ya lo sabéis. Quedaos en vuestra querida Jaula de Faraday que es vuestro coche y no sufriréis ningún daño, como vemos en el siguiente ejemplo:



Impresionante ¿verdad? Ahora bien, este ejemplo es más "peligroso", ya que las ruedas sirven como aislante con el suelo. Debido a ello, el coche retendrá algo de electricidad, la cual deberá ser liberada antes de bajarse del coche (a menos que os guste recibir un buen calambrazo al bajar, lo cual dudo mucho...).

De cualquier forma, una gran opción si os enfrentáis de repente a un día de tormenta es el coche.

Pasemos ahora a otra ejemplo menos "eléctrico". Como alguno ya habrá supuesto, con la radio ocurrirá un ejemplo similar. Al fin y al cabo, las ondas de radio son ondas electromagnéticas, las cuales son incapaces de llegar al interior de la Jaula de Faraday en la que hemos puesto nuestra radio. Vamos a verlo (no hace falta que os recuerde que debéis subir el volumen del ordenador):



En el vídeo se observa perfectamente, en cuanto ponemos la capa metálica el sonido desaparece y se corta la emisión. Por supuesto, si esa caja fuera de madera, cartón o de cualquier otro material no-metálico la emisión continuaría perfectamente. Para lograr el efecto de hoy es imprescindible el uso de metales para crear la jaula.

Lógicamente, con un teléfono móvil se produce el mismo efecto que con la radio, al basarse también en las ondas electromagnéticas. En el siguiente vídeo podréis apreciar cómo se corta la llamada al ser envuelto en papel de aluminio:



En el vídeo (bastante explicativo) se observa claramente cómo el móvil corta la llamada al envolverse en un metal, formando una Jaula de Faraday, efecto que no ocurre si se envuelve en un plástico. Las ondas electromagnéticas, a pesar de encontrarse muy cerca, son incapaces de infiltrarse en la jaula y llegar a establecer una conexión entre ambos móviles.


Y con ese último ejemplo acaba el artículo de hoy. Sin duda, hemos comprobado una vez más que la ciencia está más cerca de nosotros de lo que parece. A pesar de las grandes teorías científicas y de lo complicadas que pueden llegar a ser, vemos que sus aplicaciones son cosas comunes, que vemos todos los días. Además, estos pequeños ejemplos son los que ayudan a entender realmente las teorías científicas (¿O acaso esto no se entiende mejor con unos cuantos vídeos?), ya que la ciencia se basa tanto en la teoría como en la práctica.

Fuente

- Jaula de Faraday - Wikipedia
- Michael Faraday - Wikipedia
- Youtube (de donde provienen todos los vídeos de este artículo)
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