Cualquier partícula tiene derecho a ser considerada como onda

Navegando por la red y por los océanos de Internet, he encontrado un blog llamado Chèz Orefëa. En él, leí un post bastante ingenioso donde aparece la Declaración Universal de los Derechos Físicos.

Entre los derechos, el número nueve: "Cualquier partícula tiene derecho a ser considerada como onda". Éste, está basado en un principio de la Mecánica Cuántica. La materia puede ser descrita como un conjunto de partículas, corpúsculos o pelotitas; o como ondas. Albert Einstein fue, quien en 1905, explicó el Efecto Fotoeléctrico (La emisión de electrones por un material cuando se le ilumina con radiación electromagnética. Es decir, se ilumina una placa metálica con luz visible o ultravioleta, y se observa cómo algunos electrones saltan o se desprenden de la placa generando una corriente eléctrica. Este experimento planteaba problemas con el concepto de luz que se tenía a principios del siglo XX. En esos momentos se la consideraba una onda. Durante la realización de este experimento, sin embargo, parecía comportarse como un conjunto de partículas) basándose en esta dualidad onda-corpúsculo. Es por eso, que cuando estudiamos la luz en la escuela, nos la definen como algo formado por partículas, los fotones, que viajan en linea recta y a gran velocidad (300.000Km/s) y como onda.

¿Por qué en nuestra vida cotidiana no observamos esta dualidad? Porque la longitud de onda de las partículas es inversamente proporcional al tamaño de estas. De este modo, como los objetos que observamos en nuestro día a día son bastante grandes, sus longitudes de onda son minúsculas. Por otro lado, las ondas de longitudes aceptable se comportan como partículas infinitamente pequeñas. De momento, los físicos/as sólo han sido capaces de observar ambos tipos de comportamiento en objetos muy, muy pequeños como los fotones o los electrones.

Pero en definitiva, que sepan las partículas, que tienen todo el derecho a ser consideradas unas señoras ondas, pequeñas, minúsculas e imperceptibles, pero ondas.

Técnicamente tecnología

¿Qué es la tecnología? La palabra tecnología proviene del griego y está formada por tekne que quiere decir arte, técnica o oficio y logo, conjunto de saberes. Se define como el conjunto de habilidades que permiten construir objetos y máquinas para adaptar el medio y satisfacer nuestras necesidades. ¿Pero estamos seguros de qué la tecnología no va aún más allá de una simple construcción?

La tecnología se presentó en mi camino con nombre y apellidos hace relativamente poco. No negaré que como muchos de mi generación he crecido viendo la televisión, he calentado agua en un microondas y hace muchos años que tengo teléfono móvil. Pero cuando digo que se me presentó con apellidos, me refiero a que empecé a dar clases de tecnología como profesora de secundaria, que ya hace más de un año que redacto y publico un boletín on line relacionado con el mundo de las tecnologías de la información, el +LSI, y que incluso participo semanalmente en los podcast de tecnología del blog Mossega La Poma.

En estos años, he descubierto que la tecnología es algo más que el desarrollo de artefactos. La tecnología da respuestas teóricas y prácticas a preguntas como ¿Qué es un ordenador? Una máquina electrónica que recibe y procesa datos para convertirlos en información útil. Sin embargo, puede ir mucho más allá... La tecnología genera nuevas realidades y abre puertas antes inexistentes a nuevos ámbitos de la investigación científica y tecnológica.

Existen investigadores que, como Mel Slater, crean realidades virtuales por ordenador y estudian la reacción humana real a estímulos máquina virtuales. Mel está interesado en saber qué es lo que hace que las personas conectemos con un mundo irreal, el mundo virtual. Para llevar a cabo este objetivo trabaja con grupos de científicos mixtos compuestos por ingenieros informáticos, psicólogos y neuro-científicos. Hace no mucho, el equipo de este talentoso científico organizó una Noche de Ciencia en Razzmatazz, donde cualquiera podía disfrutar de una velada un tanto distinta. Participando en juegos de percepción y aprendiendo sobre el ADN.

Durante, este tiempo, también he conocido un concepto nuevo de innovar: Todo para el pueblo y con el pueblo. Esteve Almirall, entre otros, es uno de los precursores españoles de una nueva manera de enfocar la innovación. Plantean involucrar al usuario en el proceso de investigación y producción, animan a la sociedad catalana a convertirse en una sociedad innovadora y apuestan por un nuevo modelo económico. Toda esta revolución la han llamado Living Labs.

Sí, es cierto que cada vez más, la tecnología está presente en nuestras acciones cotidianas. Una de las actividades que nos definen como a seres humanos es la capacidad de aprender. Y también he conocido personas que como Marc Alier, que se atreven a combinar tecnología y aprendizaje. Marc nos plantea cuestiones como: ¿Cómo aprender a través de la web? ¿Son los blogs una posible fuente de conocimiento? Y yo sé que a mí, me gustaría que La Mandarina de Newton diera pie a la reflexión, el entretenimiento, el debate, e incluso tal vez el aprendizaje...

También he seguido de cerca a Christian Blum, que a quienes estudia y de quienes aprende para modelar sus algoritmos, es de las hormigas. Para él, la Naturaleza es una rica fuente de inspiración para la informática.

Hormigas, aprendizaje, sociedad, percepciones, agentes inteligentes, Assembers 1620, Circuitos asíncronos, modelos de parametrizaje del entorno, medio ambiente... todo eso y mucho más puede ser técnicamente tecnología. Pensar cómo desarrollarlo, cómo implementarlo, qué cambios produce en la humanidad y trasladar las disquisiciones al plano virtual también puede ser tecnología... Técnicamente, la tecnología podría ser, tan sólo, un nuevo punto de vista, el tecnológico; pero eso lo dejo abierto al debate. Estoy segura de que hay tecnólogos con opiniones variadas y contrastadas que pueden ayudarme a entender mejor mi pregunta inicial ¿Qué es la tecnología?

Experimentos Galileanos en el siglo XXI

En estas fechas de reencuentros y reuniones, asistí a una cena con retos científicos como acompañamiento para los postres. Uno de los amfitriones, cogió una bola de acero y una pluma blanca y delicada. Nos miró a todos y nos preguntó, si lanzo ambos objetos a la vez, cual creéis que caerá primero.

La caída de los cuerpos ha sido objeto de observación y estudio a lo largo de los siglos. Así que, en esos instantes, yo me sentí trasladada hacia principios del siglo XVII, en la época del Renacimiento. Me vino a la mente el astrónomo, filósofo, matemático y físico: Galileo Galilei.

El científico intaliano Galileo Galilei había cuestionado, la entonces aceptada idea aristotélica que concluía, que los cuerpos más pesados caían más rápido que los más ligeros. Existe una leyenda que cuenta que Galileo, con la ayuda de algunos asistentes, subió a lo alto de la Torre de Pisa y dejó caer simultáneamente dos grandes esferas, una de madera y otra de plomo. Las esferas llegaron al suelo a la vez. Según las ideas de Aristóteles, la esfera de plomo debería haber llegado al suelo mucho antes que la esfera de madera, ya que el plomo es un material más pesado que la madera. Gracias a este experimento, Galileo llegó a la conclusión de que en ausencia de aire todos los cuerpos son igualmente acelerados hacia el suelo.

Volviendo al experimento de la cena... Los asistentes empezamos a lanzar nuestras hipótesis, y llegamos a la respuesta unánime de que si nuestro amfitrión no nos hacía trucos de magia, caería primero la bola de acero. Y así fue.

Sin embargo, una vez hecho el experimento, nos pidió unos segundos más de atención. Colocó la pluma en un envase de plástico idéntico al que utilizó para introducir la bola. De nuevo, repitió el experimento de la caída de cuerpos. Esta vez, pluma y bola cayeron a la vez. ¿Qué había pasado? ¿Cual era la diferencia que conseguía que ahora ambos cuerpos cayeran a la vez? Al introducir los objetos en cajas iguales, la resistencia al aire quedaba homogeneizada. Ambos objetos habían sufrido igual fuerza ascendente debido al rozamiento con el aire. De ese modo, al poder prescindir de la componente del aire, sólo observábamos la atracción producida por el planeta Tierra, la aceleración de la gravedad, y esta, es igual para todos los cuerpos.

Un experimento similar fue llevado a cabo por el científico Robert Boyle en 1642. Boyle dejó caer una bala de plomo y una pluma dentro de un recipiente de vidrio al cual se le había extraído el aire. Con este experimento, Boyle demostró que la única fuerza que reduce la velocidad de los cuerpos en su caída es la resistencia del aire. Más adelante, en 1971, la misión Apolo XV también verificó las ideas propuestas por Galileo. Cuando el astronauta David Scott tripulante del Apolo XV, llegó a la Luna, que carece de atmósfera y por tanto de aire, dejó caer desde la misma altura y al mismo tiempo un martillo y una pluma. Tanto él, como los televidentes que seguían tal hazaña, pudieron observar satisfechos como ambos objetos tocaban suelo lunar al mismo tiempo.

Este es un experimento sencillo que podéis hacer en casa, en el aula, en familia, con amigos, con alumnos... y repasar así la física de secundaria. También podéis plantear la experiencia de forma inversa: Coged dos folios de papel iguales y los lanzáis al suelo desde la misma altura. Ambos llegan al suelo a la vez. Ahora arrugáis una de las hojas creando una pelota de papel más o menos esférica. Repetid la experiencia. ¿Qué sucede? Sí, la hoja en forma de bola cae más rápidamente. Esto es debido a que al disminuir su superfície exterior también habéis reducido su rozamiento con el aire y por eso cae más deprisa.

Y si aún tenéis más ganas de experimentar, echar un vistazo a los experimentos sobre la caída de los cuerpos, o visitad la sala permanente de CosmoCaixa Barcelona, donde encontraréis unos tubos de vacío y unos vídeos que os muestran diferentes versiones de estos experimentos galileanos.

Cuerdas que unen lo pequeño y lo astronómico

¡Empezamos un nuevo año! Y lo hacemos con ilusión, sorpresas, optimismo y ciencia. Uno de mis regalos navideños fue la charla que mantuve con uno de mis buenos amigos, Toni Ramirez.

Toni fue compañero mío de clases y batallas desde el Instituto hasta la última asignatura de la carrera de Física. Hace un par de años se doctoró en Teoría de Cuerdas... Van a ser, éstas, las protagonistas de este primer post del año. Intentaré hacer un breve resumen de los conceptos de los cuales hablamos aquella mañana y de algunas ideas que he encontrado novegando por la red.

¿Como nace la teoría de cuerdas? La Física del siglo XX se dividía entre el estudio de lo muy pequeño, por parte de la Mecánica Cuántica, y el análisis de los objetos a escala astronómica hecho por la Relatividad. Esto planteaba un problema cuando alguién pretendía entender a fondo un ejemplo que consistiera en una singularidad, como por ejemplo el Big Bang. Según la Teoría del Big Bang, durante los primeros instantes del Universo, una gran cantidad de masa (escala astronómica) se encontraba concentrada en un punto (escala infinitamente pequeña, microscópica). En casos como este ¿Qué teoría debería utilizarse? La Teoría de Cuerdas intenta proponer una unificación de ambas, de la Mecánica Cuántica y de la Relatividad, para que situaciones como esta no supongan un dilema. Gracias a esta teoría podríamos hablar con una misma ley de lo grande y de lo pequeño.

Más ejemplos de singularidades nos aparecen cuando intentamos entender las interacciones entre un electrón y un positrón (la antipartícula del electrón de igual propiedades al electrón, pero carga eléctrica positiva). Si observamos ambos casos, nos damos cuenta, de que el problema aparece cuando consideramos puntos, zonas del espacio de dimensión cero. En el Big Bang se plantea que toda la masa del Universo se concentraba en un punto, y la interacción electrón-positrón también sucede en un punto. Por eso, un posible intento de solución sería no considerar un punto sino una región del espacio. Podemos decir, que según la Teoría de Cuerdas la interacción entre electrón-positrón sucede en una región del espacio en forma de cuerda. Esta región elemental tiene dimensión 1. De este modo, desaparecen los problemas de infinito. Esta solución se planteó, en un principio, como una estrategia puramente matemática pero los físicos acabaron haciendo un paso más atrevido, empezaron a considerar la posibilidad de que estas cuerdas de dimensión 1 fueran objetos reales. Uno de los puntos a su favor lo encontraron en que el problema de las singularidades sólo se resolvía al considerar un ente de dimensión 1, en cambio si se consideraban objetos de más dimensiones volvían a aparecer complicaciones.

Si nos imaginamos estas cuerdas como algo real, no es difícil hacer analogías con las cuerdas que hemos visto a lo largo de nuestra vida... Des de el patio de la escuela hasta en un concierto de violines. ¡Las cuerdas vibran! De este modo los físicos empezaron a estudiar los modos de vibración y empezaron a hacer desarrollos matemáticos. Se definieron propiedades típicas de las cuerdas como por ejemplo la tensión (la fuerza de la cuerda), entre otras. A partir de estos modos de vibración y estas propiedades se fueron definiendo las partículas. Si una cuerda oscila de cierta manera, entonces, macroscópicamente vemos un electrón; pero si oscila de otra manera, entonces otra partícula. De acuerdo con esta teoría aparecen partículas todavía no observadas, como el gravitón, éste sería el responsable de la interacción gravitatoria. Experimentos como los que se realizan en el Centro Europeo para la Investigación Nuclear, el CERN, tienen una importancia increíble. En sus aceleradores de partículas podría llegar a descubrirse el empíricamente desconocido gravitón.

Trabajando siguiendo el modelo de la Teoría de Cuerdas, el Universo no parece tener 3 ó 4 dimensiones como apuntaban los científicos del siglo pasado. En un principio parecía que eran 26 las dimensiones de nuestro entorno; sin embargo, empezaron a aparecer diferentes subteorías de cuerdas que parecían oscurecer estos estudios. En 1995, Edward Witten conjeturó que las cinco teorías de cuerdas diferentes que habían surgido, eran casos límite de una desconocida teoría de 11 dimensiones llamada Teoría-M. Actualmente, se considera que Edward estaba en lo cierto. Sin embargo, os preguntaréis... ¿Y por qué no vemos 8 de esas 11 dimensiones? La respuesta a esta pregunta podría ser porque éstas están curvadas. Si nosotros vemos un cable de la luz a distancia sólo vemos una dimensión, la longitud, pero, en realidad, tiene más dimensiones que al estar curvadas (mirar la base de un hilo cuerda, su sección, es circular) son de difícil percepción.

La teoría de cuerdas es la candidata más prometedora para tener una Teoría Unificada o Teoría del todo, es decir, una teoría capaz de describir todos los fenómenos que ocurren en la naturaleza debido a las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética y las fuerzas de interacción nuclear fuerte y débil. Aún así, es una teoría no acabada porque no ha podido ser comprobada. Todavía no se ha conseguido ninguna predicción que haya podido ser falseada... Así que de momento, todavía existe mucho campo por investigar y muchos más doctorados, como el de mi amigo, que promocionar... ¡¡Por la ciencia!!

Para aquellos que tengas ganas de oir otra voz (y otro idioma, ya que el vídeo está en inglés), explicando estos mismos conceptos, propongo echar una ojeada a:

Espero que lo disfrutéis. ¡Feliz 2009!