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sábado, 11 de febrero de 2012

La loca aventura del saber - Cap. 11: Qué tendrás en tu corazón, estrellita mía?

En los primeros capítulos de esta serie, hablamos de algunas errores famosos. Comentábamos que los dichos de dos personas importantes daban a entender, a finales del s.XIX, que ya casi no quedaba nada por descubrir.

En la historia hubo y habrá errores. Una vez, comentando con un compañero de trabajo sobre una obra de Freud, en la que teje una teoría sobre el profeta Moisés, le preguntaba cómo podía ser que una persona indudablemente capaz como Freud hubiera escrito un análisis histórico tan chapucero de la vida de Moisés. Para mí, Freud se enamoró de su teoría sobre Moisés y consciente o inconscientemente (ejem, ejem!) se deslindó de las obvias fallas históricas en su teoría. Mi compañero me contestó algo, y aunque de ésto hace ya muchos años, todavía lo recuerdo: "Todos hacemos errores, los grandes hombres, a veces, comenten grandes errores".

Nosotros, desde la comodidad que da el acceso al conocimiento de hoy, podemos reírnos quizá de ciertas tremendas metidas de pata históricas. Pero nos podemos reír, parafraseando a una frase usada por Newton, porque estamos parados sobre los hombres de gigantes, que nos legaron su conocimiento.

Auguste Comte fue un gran filósofo. En 1835, escribía que, dado que las estrellas están a distancias inalcanzables, jamás sabríamos la composición química de las mismas, por lo que tal cuestión debería ser excluida del ámbito de la investigación científica. No pasaron ni siquiera treinta años, y el astrónomo William Huggins ya publicaba sus primeras conclusiones sobre la composición química de las estrellas.

Cómo lo hizo?

El análisis espectrográfico

Todos hemos sido testigos del fenómeno de refracción de la luz. Este fenómeno se produce porque la velocidad equivalente de la luz no es igual en todos los medios.

La luz viaja más rápido en el aire que en el agua. Si un automóvil "muerde la banquina", automáticamente doblará hacia ella, ya que las ruedas del lado de la banquina girarán más lento que las que están sobre el asfalto. Del mismo modo, los rayos de luz que deben atravesar el agua lo hacen más lentamente que en el aire, y el lápiz de la figura se nos aparece quebrado.

Aquí entra en escena nuevamente don Isaac Newton, que descubrió que la luz blanca del sol se descompone, al pasar por un prisma, en los colores que la componen. De la misma manera que las gotas de lluvia, al descomponer la luz blanca, crean el arco iris.

La luz que proviene de una estrella encuentra, durante su propagación por la atmósfera de la estrella, gases compuestos por distinto tipos de átomos. Los gases no permiten que toda la luz los atraviece, en algunas frecuencias específicas la luz es absorbida, apareciendo en forma de rayas negras, y denominadas justamente, espectro de absorción. Cada elemento químico absorbe la luz de una manera determinada, su espectro de absorción, como una huella digital, permite determinar qué elementos químicos están presentes en la atmósfera de las estrellas.

La luz que proviene de una estrella tiene asociada un espectro que es la combinación de los espectros de absorción de cada uno de los elementos que la forman. Pero las líneas espectrales no aparecen en forma uniforme, algunas son muy débiles, y otras muy marcadas. Esas diferencias entre las líneas nos dan una pauta de la composición porcentual de la materia de la estrella. Las líneas marcadas corresponden a elementos de gran abundancia, las débiles, a elementos raros.

Como nota interesante, el elemento Helio fue observado por primera vez en análisis espectrales de estrellas y pasaron muchos años hasta que, a finales del s.XIX, fue identificado en la Tierra.

Ejemplo de los espectros de absorción de tres elementos químicos 

Según el análisis espectral, el 70% de la masa de la capa exterior de nuestro Sol es hidrógeno, un 27% es helio, y el resto se reparte entre oxígeno, carbono, etc. Se considera que en las regiones internas del Sol la proporción de hidrógeno es algo menor, un 66%. El 5% faltante lo "gana" el helio.

La composición química de la Tierra es completamente diferente, siendo dominantes el hierro, oxígeno, silicio y magnesio. El hidrógeno es casi inexistente en la Tierra, aún formando parte del agua, ya que el agua es una parte insignificante de la masa total de nuestro planeta.

jueves, 26 de enero de 2012

La loca aventura del saber - Cap.3: La realidad supera a Asimov



Isaac Asimov
Uno de los autores de ciencia ficción que más me gusta es Isaac Asimov. Uno de los delirios de Asimov fue la hipotética construcción de un modelo matemático que permitiera predecir el comportamiento de grandes grupos de seres humanos. A lo largo de su obra esta idea se fue desarrollando hasta llegar a un concepto crucial en sus libros: La psicohistoria.

En sus novelas más tempranas, uno puede ir enterándose sobre los avances de Asimov en sus estudios universitarios, reflejados en los temas de sus obras. En una de sus obras "psicohistóricas" tempranas, un científico usa un modelo que utiliza números imaginarios como soluciones para las ecuaciones de comportamiento.

Cuando un periodista formula hipótesis sobre la interpretación de tal solución, el cientifico se ríe. Le dice, más o menos, que una solución matemática no se puede extrapolar a la realidad y darle interpretación.

Bueno, pero resulta que con Einstein eso fue EXACTAMENTE lo que pasó. Lorentz introdujo un factor de "dilación temporal" para que "le den las cuentas". Einstein tuvo el descaro (y tuvo razón) de decir que ese factor era absolutamente real.

Según Einstein en su Teoría de la Relatividad, el tiempo, la masa, y otros parámetros que creíamos constantes, se ven afectados por la velocidad de movimiento. Dicho sea de paso, no son teorías en el aire. Tienen aplicaciones prácticas. De todos los días.

Quien más, quien menos, ya todos conocemos, y utilizamos, a los dispositivos GPS. Los GPS se basan en relojes sumamente exactos ubicados en órbita geoestacionaria. Esos relojes incluyen un factor de correción relativista, si no, no funcionarían.

En aplicaciones un poco menos "populares", como los aceleradores de partículas, los efectos de la Relatividad son bien palpables. La masa de las partículas aceleradas hasta que alcanzan tremendas velocidades, aumenta de forma considerable y si eso no se tuviera en cuenta, ningún acelerador de partículas funcionaría. Lo raro, o una de las muchas cosas raras, es que la partícula se ve a sí misma del mismo tamaño todo el tiempo. Somos nosotros los que la vemos más "gorda", porque para nosotros ella viaja relativamente rápido. Señora, o señorita, la próxima vez que le digan que se la ve más gorda, Ud. podrá argumentar que eso pasa porque Ud. camina rápido.

Según lo que sabemos (o que creemos), nada puede alcanzar, ni mucho menos sobrepasar, la velocidad de la luz. Para alcanzar la velocidad de la luz, un objeto debería tener masa infinita. Lo que es imposible.

Por eso se dice que las partículas elementales que forman la luz, no tienen masa. Es la única manera de que se puedan mover a la velocidad de la luz.

Hay otro caso famoso sobre la interpretación al pie de la letra de una solución matemática. La realidad supera a Asimov...

Lo cuento en otro aporte.

Noticias de la ciencia: Multa por exceso de velocidad... a los neutrinos




Si Einstein viviera, podría subirse a una motoneta lumínica y extenderle una multa a los neutrinos, que han tenido al parecer la caradurez de moverse a velocidades mayores que las de la luz.

Así se desprende de experimentos repetidos en los últimos tres años, en los que neutrinos generados en el CERN(Suiza) son detectados en Gran Sasso(Italia). La distancia entre el emisor y el detector, de 732km., ha sido medida con ayuda de GPS, con una precisión de 20cm. La sincronización entre emisión y detección es también realizada con la ayuda de GPS.
La "violación de tránsito" de los neutrinos no es tan grave, según las medidas están excediendo la velocidad de la luz en sólo un 2%. Ningún policía podría extender una multa ante un error así en nuestras autopistas. Pero en el mundo de la física, aún un error tan pequeño, de ser confirmado, tendría consecuencias revolucionarias.

El error, pequeño, insinuaría una falla en la medida. Algunos dicen que la incógnita ya ha sido develada, y que el error ha sido causado por no tomar en cuenta diversos factores relativísticos. En tiempos absolutos el error medido entre el tiempo esperado, si los neutrinos se movieran a la velocidad de la luz, y el tiempo medido, es de 60 nanosegundos. Un nanosegundo es la mil millonésima parte de un segundo. Un tiempo que es imposible de imaginar a nuestras escalas humanas, pero que está haciendo temblar a los basamentos de la física moderna.

El tiempo dirá si un nuevo científico deberá corregir a Einstein, así como Einstein corrigió a Newton. O si, como en ocasiones anteriores, el entredicho se resuelve en favor de Einstein y la teoría de la relatividad sigue en pie.
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