Tumbas de grandes físicos

A raíz de un enlace que me enseñaron hace unos días, comento aquí algo que nos dejaron grandes físicos del pasado: sus epitafios, que en muchos casos muestran lo que fue o hizo su dueño en vida.

Ludwig Boltzmann

Este austríaco al que debemos numerosas contribuciones a la física estadística y termodinámica, nos recuerda en su tumba una de las ecuaciones más importantes que descubrió:

donde S es la entropía de un sistema dado, k es la constante de Boltzmann y W es el número de posibles estados por los que puede atravesar el sistema dado.

Boltzmann fue el primero en ver la relación que existía entre el “orden” o “grados de libertad” de un sistema con la entropía que tenía dicho sistema, lo cual se traduce en que un sistema que puede encontrarse en un mayor número de estados, necesariamente tiene que tener una mayor entropía, y ambas magnitudes están relacionadas por la constante que lleva el nombre de su descubridor.

Isaac Newton

Uno de los más grandes físicos que hemos tenido a lo largo de la historia también era uno de los más arrogantes y menos humildes que había, lo cual no se desvaneció a la hora de diseñar su epitafio, el cual reza aproximadamente como

Aquí descansa
Sir ISAAC NEWTON, Caballero
que con fuerza mental casi divina
demostró el primero,
con su resplandeciente matemática,
los movimientos y figuras de los planetas,
los senderos de los cometas y el flujo y reflujo del Océano.
Investigó cuidadosamente
las diferentes refrangibilidades de los rayos de luz
y las propiedades de los colores originados por aquellos.
Intérprete, laborioso, sagaz y fiel
de la Naturaleza, Antigüedad, y de la Santa Escritura
defendió en su Filosofía la Majestad del Todopoderoso
y manifestó en su conducta la sencillez del Evangelio.
Dad las gracias, mortales,
al que ha existido así, y tan grandemente como adorno de la raza humana.
Nació el 25 de diciembre de 1642; falleció el 20 de marzo de 1727.

Paul Dirac

Pasando a un físico más actual, del siglo XX y uno de los que contribuyó de forma notable al desarrollo de la mecánica cuántica, tiene un epitafio mucho más simple, aunque donde deja bien claro su condición de físico y una de las ecuaciones más importantes de la mecánica cuántica, descubierta por él.

Esta es la expresión relativista de la ecuación de Schrödinger para una partícula cuántica, expresión que después se observó solo era válida para partículas de spin semientero, como el electrón (s = 1/2).

Galileo Galilei

Durante su condena por la Iglesia por defender el heliocentrismo (que el Sol está en el centro del Universo en lugar de la Tierra) con sus observaciones con el telescopio, a Galileo se atribuye la famosa cita “Eppur si muove” (y sin embargo se mueve) como alusión a que a pesar de lo que dijera la Inquisición, la Tierra se movía en torno al Sol y no estaba “fija”.

Y esta es la frase que reza en su tumba, donde además podemos ver una representación del modelo heliocéntrico con el Sol en el centro y todos los planetas orbitando en torno a él.

Diofanto

Uno de los mayores algebristas griegos (nacido en torno a los años 200 – 214), el autor de Arithmetica y el que se considera como el padre del álgebra, no perdió su humor al diseñar su epitafio, de donde se obtiene uno de los pocos datos que se tiene de su vida: su edad. En él, podemos leer (traducción no rigurosa):

“Transeúnte, aquí yacen los restos de Diofanto. Los números pueden mostrar, ¡oh maravilla! la duración de su vida, cuya sexta parte fuera niño. Añadiendo un doceavo, las mejillas tuvieron la primera barba.Le encendió el fuego nupcial después de un séptimo,y en el quinto año después de la boda le concedió un hijo. Pero ¡ay!, niño tardío y desgraciado, en la mitad de la medida de la vida de su padre, lo arrebató la helada tumba. Después de consolar su pena en cuatro años con esta ciencia del cálculo, llegó al término de su vida.”

De donde podemos deducir que

y por tanto, vivió hasta los 84 años.

Visto inicialmente en Soplando al Cierzo, donde tenéis alguna tumba más.

Sixty symbols

El periodista científico Brady Haran está montando esta web, Sixty symbols, en la que explica una serie de constantes físicas, conceptos o planetas y ciertos experimentos (como el gato de Schrödinger o el pájaro bebedor), todos ellos representados por su símbolo asociado que se suele emplear en física.

Para ello, cada símbolo tiene grabado un vídeo de entre 5 y 9 minutos en el que diferentes profesores de la Universidad de Nottingham explican su significado, apoyándose, cuando es necesario, de la realización algún experimento.

Todavía les quedan por poner varios símbolos más para completar los 60, pero aceptan sugerencias para rellenarlos.

Visto en Microsiervos y Gizmodo.

Nuevas pistas sobre el incidente Tunguska

Hace tiempo hablamos sobre el fenómeno que sucedió en Tunguska en 1908, en el que un meteorito de gran tamaño cayó en dicha región siberiana, causando unos fenómenos que fueron observables desde gran parte de Europa.

Hasta ahora, no se había conseguido afirmar si el cuerpo que impactó era un fragmento de asteroide o de un cometa, debido a la ausencia de rocas del meteorito en el lugar del impacto.
Sin embargo, estos días ha aparecido una investigación en la que se encuentran factores que sugieren que fue un cometa (un objet de hielo básicamente) el que causó tal impacto.

Datos conocidos del impacto

De los datos que tenemos sobre los días posteriores al impacto, conocemos que por toda Europa (hasta Londres incluso) se tuvo noches perfectamente iluminadas.
Además de que el objeto probablemente no impactó en tierra, sino que se destruyó (al menos su mayor parte) mientras todavía estaba en el aire, conclusiones obtenidas a partir de la ausencia de un gran cráter en la zona.

Las extrañas nubes

Recientemente, se ha empezado a comprender ciertas nubes que se forman de vez en cuando: las nubes noctilucentes.
Este tipo de nubes son bastante brillantes, aunque únicamente visibles por la noche, localizándose a una gran altitud (de unos 90 km) sobre las zonas polares en los meses de verano.

Ahora viene lo inesperado: recientemente se ha visto que los lanzamientos de los transbordadores espaciales aumentan (o provocan) la formación de estas nubes al poco tiempo de estos lanzamientos.

¿Por qué?

Bien, durante estos lanzamientos vemos toda la columna de “humo” que desprenden dichos lanzamientos, la cual en un 97% es agua fundamentalmente (que puede alcanzar unas 200 toneladas), la cual se ha conseguido observar que en una apreciable cantidad termina llegando a las regiones polares con el paso de los días.

Estas partículas (hielo de agua, ya que a esas alturas están congeladas) son las que forman este tipo de nubes, y estos cristales de hielo son los responsables de que tengan ese brillo llamativo.

La asociación entre estos lanzamientos y la formación de nubes se han encontrado, por ejemplo, poco después del lanzamiento del Endeavour el 8 de agosto del 2007 o después de la desintegración del Columbia en su reentrada a la Tierra.
Aunque también debidos a factores naturales como algunas grandes erupciones volcánicas.

La relación con Tunguska

Ahora bien, estas nubes parece que son las mismas que las que se encontraron después del impacto de Tunguska, causando esas noches iluminadas, así que para ver la relación entre las nubes y el fenómeno, nos hace falta una enorme cantidad de agua inyectado a la atmósfera.
Lo cual encaja bastante bien con la hipótesis de que fue un cometa el que impactó, y al desintegrarse a una gran altura, inyectó esa cantidad de vapor de agua a la atmósfera, formando nuestras nubes.

Incógnitas todavía por resolver

El principal fallo que tiene dicha hipótesis es que todavía queda por explicar cómo dicho vapor de agua consiguió viajar tanta distancia hasta formar nubes incluso en Londres.

Esto, podría explicarse si se crearon enormes remolinos que atrapaban el vapor de agua, acelerándole a velocidades de hasta 90 m/s. Sin embargo, nuestro conocimiento de dicha región de la atmósfera (la mesosfera) es bastante pobre, por lo que habrá que realizar más estudios para comprobar si la generación de estos remolinos como consecuencia del impacto pudo ocurrir.

Aun así, un nuevo paso hacia la comprensión de qué objeto (si un asteroide o cometa) fue el que impactó en esa aislada región siberiana. Aunque siempre habrá gente que recurra a rayos de la muerte u otras civilizaciones para explicarlo…

Visto en:

Ciencia Kanija.

Discover.

Adiós… ¡ Ulysses !

Ulysses alejándose de la Tierra.

Finalmente, y después de casi 20 años, hoy se pone fin oficialmente a la misión de la sonda Ulysses, como consecuencia del estado de sus generadores.

La misión

Desde su lanzamiento el 6 de octubre del ‘90, la sonda Ulysses se convirtió en la primera sonda que realizaría un intenso estudio del Sol, observando por primera vez sus zonas polares, las cuales no son posibles de ver desde la Tierra, ya que nuestra órbita está en todo momento en el plano del ecuador solar.

órbita de Ulysses (azul) y de los planetas:

Para ello, esta nave debía de salirse del plano de la eclíptica (el plano que forman las órbitas de los planetas del Sistema Solar, que coincide con el plano del ecuador solar) para poder ver los polos del Sol.
Esto, que puede parecer una operación relativamente fácil, requiere una gran energía, lo que se traduciría en una nave pesadísima, lo cual causaría que no se pudiera lanzar desde la Tierra.

Sin embargo, esto se pudo solucionar lanzando la nave hacia Júpiter (justo en dirección contraria a donde está el Sol), donde ayudándose de la gravedad de este planeta, pudo obtener la energía suficiente para situarse en una órbita inclinada unos 80º con respecto de la eclíptica en el ‘92 (ninguna nave hasta entonces había superado los 30º de inclinación).

Historial de la misión

Así, en 1994 y 1995 realizó un intenso estudio sobre el polo norte solar, y en 2000 y 2001 le realizó del polo sur (fue cuando se colocó en la posición opuesta de su órbita: mirando al polo sur).

Por medio, Ulysses realizó observaciones de lo que se fue encontrando:

El 1 de mayo del ‘96 cruzó la cola del cometa Hyakutake, mostrando que ésta era mayor de lo que se pensaba hasta entonces.

En 2003 y 2004 volvió a pasar cerca de Júpiter, por lo que aprovechó el momento para realizar más observaciones de éste.

En 2007 y 2008 retornó al polo norte, donde consiguió realizar más mediciones, ya en una extensión de la misión.

En febrero del 2007 registró datos procedentes de la cola del cometa McNaught.

Además, durante todo este tiempo Ulysses, como la única nave fuera del plano de la eclíptica, se convirtió en un fantástico observador de estallidos de rayos gamma (GRB), pudiendo facilitar la localización de éstos.

Logros

Durante todo este tiempo, esta sonda nos ha hecho ver la complejidad del campo magnético solar y su efecto sobre el Sistema Solar, observando cómo los dos polos difieren enormemente entre sí, lo cual puede se debido al dinamismo que presentan éstos.

También se descubrió que el material interestelar (de fuera del Sistema Solar) es unas 30 veces mayor de lo que se pensaba, viendo que no estamos tan aislados como podíamos pensar de lo que nos llega de los objetos vecinos.

El fin de la misión

Después de haberse extendido la misión hasta marzo del 2009, le llega su final esperado, ya que sus Generadores Termoeléctricos de Radioisótopos (RTG) empiezan a no producir la suficiente energía como para seguir manteniendo descongelado el combustible de la nave, lo que causa que la antena deje de orientarse hacia la Tierra, cortando así sus comunicaciones.

Por este hecho, hoy se pone fin a esta exitosa misión, aunque Ulysses seguirá en su peculiar órbita alrededor del Sol.

Más información:

El espacio de Javier Casado

Sondas Espaciales – Ulysses

Sun to set on Ulysses solar mission, (ESA).

Ulysses science results.

El rayo verde y el cielo azul

Con este nombre (El rayo verde), que recuerda al de la novela de Jules Verne, hablamos sobre un efecto óptico que se puede ver en el Sol al atardecer (y al amanecer), y en el que se basa el argumento de la novela.

Por un lado, todos los días observamos que el cielo tiene un color azulado (algunas personas detallarán con una mayor precisión qué tono es… pero con esto nos vale), lo cual a veces puede entrar en confusión con el hecho de que el Sol luce con un color amarillento.. lo que (podemos pensar) provocaría que el cielo fuese amarillento también.
A esto se podría achacar la idea de que será debido al nitrógeno de la atmósfera (recordemos que ésta está compuesta por un 70% de dicho gas), pero esta no es la razón básica de este efecto.

ACTUALIZADO: Como bien apuntan en los comentarios, este efecto se debe principalmente a la dispersión que sufren las distintas longitudes de onda al “chocar” con los átomos de la atmósfera, conocido como dispersión de Rayleigh, la cual tiene la propiedad de que dispersa mucho más las longitudes de onda cortas (azules) que las largas (rojas). Así, un rayo de color azul será más dispersado que uno de color rojo después de atravesar una masa de aire.

Este fenómeno se puede entender de una forma simple viendo que los fotones al incidir sobre los diferentes átomos, interactúan con las nubes de electrones de éstos, lo que hace que cedan parte de su energía a dichos electrones, lo que hace que éstos se pongan a vibrar.

Sin embargo, éstos pronto vuelven al equilibrio, emitiendo de nuevo dicha energía mediante otro fotón.
Esta interacción se produce con mayor frecuencia con longitudes de onda cortas (azules), lo que hace que sean éstas las que se dispersan más, ya que los rayos que no interactúan con dichos átomos seguirán su camino inicial.

FIN ACTUALIZACIÓN

¿Y en qué se traduce esto?

Bueno, el Sol emite en todas las longitudes de onda visibles: desde el rojo al azul, aunque donde más emite es en el verde-amarillo. Así que esto provoca que los rayos azules emitidos por él se dispersen más que los rojos.

Por lo tanto, estos últimos los seguiremos viendo venir desde donde está el Sol (pues no varían mucho su trayectoria), pero los rayos azules se dispersan por toda la atmósfera… así que son éstos los que predominan cuando miramos en otras direcciones: esa es la principal causa de que veamos el cielo azul.

¿Y el rayo verde?

Una vez relatado lo anterior, vamos a otro momento especial: las puestas de Sol (también extendible a las salidas). Aquí, el Sol está en el horizonte, luego es el momento en que su luz debe atravesar una capa mayor de aire.

Y por lo que hemos visto, los colores azules se dispersan más que los rojos. Si mezclamos estas dos cosas, ya podemos comprender por qué solemos verle de un colo más rojo que cuando está a mayor altura: su luz se dispersa más.. luego ya solamente quedan los colores más rojos en el disco.

Además, justo en el momento en el que se oculta por el horizonte (aquí es indispensable tener un horizonte marino o totalmente llano), podemos ver (con mucha suerte) durante un instante un rayo de color verde.

Esto se debe a lo anterior también: los rayos rojos se dispersan menos, luego cuando éstos se ocultan por el horizonte, aún hay rayos verdes, que se han dispersado más, y por tanto que todavía no se han ocultado. Y en ausencia de los rojos, éstos se hacen visibles.

También hay posibilidad de ver algún rayo azul, pero este es aún más débil que el verde, por lo que prácticamente nunca es posible verle.

Referencias:

Rayo verde y azul en Wikipedia.

Rayo verde en la Imagen Astronómica del Día (APOD, 10 de noviembre de 2002) realizada por Pekka Parviainen.

Más información sobre el rayo verde.

Imperfecciones en superficies: interferómetro de Twyman

En muchas ocasiones se necesita garantizar que una superficie sea enormemente lisa, sin apenas imperfecciones. Esto, que es fácil de comprobar cuando no necesitamos garantizar que la superficie no tenga imperfecciones de más de algunas décimas de milímetro de altura, requiere de otros métodos cuando se necesita alcanzar precisiones del orden de la longitud de onda del visible (aprox. 10^-7 m, algo menos de una millonésima de metro).

Para estos casos, existe un montaje simple con el cual se puede conseguir dicha precisión fácilmente, echando mano del carácter ondulatorio de la luz.

De forma similar al interferómetro de Michelson – Morley, que utilizaron en su famoso experimento, se tiene una lámina que divide un haz de luz en dos, los cuales se reflejan en dos espejos planos y vuelven a juntarse a la salida. Al igual que pasaba con Michelson, en función de la diferencia de camino que hayan recorrido ambos rayos, se observará que ambos rayos dan una zona de luz u oscuridad.

La novedad viene debido a que si la luz incidente no viene de un punto sino de un haz paralelo (el cual se consigue poniendo una lente después de la fuente de luz), todos los rayos recorren la misma distancia luego en la pantalla observaríamos la misma intensidad de luz (o sombra).
Ahora, si sustituimos uno de los espejos por nuestra superficie, los rayos ya no recorren el mismo camino porque esta superficie no es totalmente plana, así que observaremos cómo se van produciendo “anillos” irregulares en la pantalla.

Así que observando la forma de estos anillos y contando cuántos se producen, podemos saber cómo es la (o las) imperfecciones que tiene nuestra superficie y qué altura tienen, de forma análoga a cómo en un mapa podemos ver el desnivel del terreno por las curvas de nivel. Eso sí, con esto no podemos estar seguros de si se trata de una “montaña” o de un “valle” en nuestra superficie.

Por ejemplo en la anterior imagen podemos ver cómo se tiene una pequeña imperfección en el centro de la superficie, lo cual crea que el patrón de luz no sea uniforme sino que se formen “anillos” (curvas de nivel) en función de la altura de las imperfecciones que tiene la superficie.

Io y sus volcanes

Hoy hablaré sobre uno de los satélites (lunas) de Júpiter: Io, el cual es un de los cuatro grandes satélites que tiene dicho planeta (los otros son Europa, Ganímedes y Calisto) y que pueden ser vistos hasta con prismáticos. De ahí su descubierto realizado por Galileo al poco tiempo de comenzar a usar su anteojo, lo que les otorgó el nombre de satélites galileanos.

Carta de presentación

Esta luna es la cuarta más grande de todo el Sistema Solar, con un radio ligeramente mayor que el de la Luna, lo que lo hace un satélite digno a tener en cuenta.

A su vez, Io orbita en torno a Júpiter (al igual que la Luna lo hace en torno a la Tierra), a una distancia algo mayor que la Luna, convirtiéndole en el satélite más próximo al planeta de entre los cuatro grandes (los 4 satélites galileanos).

Sus volcanes

Sin embargo, a pesar de lo que podríamos imaginarnos, Io no se le parece en absoluto a la Luna. Dado que está orbitando a un planeta gigante como es Júpiter, las fuerzas de marea que sufre Io son mucho mayores de las que sufre la Luna debidas a la Tierra (al igual que sufre la Tierra debidos a la Luna, que podemos apreciar en la subida y bajada de las mareas).

Esto causa que el interior del satélite no se haya enfriado y “muerto” como el de la Luna, sino que permanece a gran temperatura, provocando que Io sea uno de los cuerpos donde hay una mayor actividad volcánica, más incluso que en la Tierra.

Así, Io tiene una superficie totalmente cubierta por volcanes (activos) que van emergiendo dinámicamente, provocando que la superficie del satélite cambie enormemente en un breve espacio de tiempo.

Dado que Io no deja de ser un cuerpo pequeño, tiene una gravedad bastante baja, lo que facilita que los volcanes crezcan fácilmente y que el material lanzado por estos pueda ascender hasta unas alturas de 300 km, lo que los hace visibles desde la Tierra con grandes telescopios, causando que a lo largo de su órbita en torno a Júpiter, Io vaya dejando un rastro de polvo, obteniendo un “toro” alrededor del planeta con material emitido por dicho satélite.

Por si fuera como, estos volcanes llegan a tener unas temperaturas de hasta 1800 K (mucho mayor a lo que nos encontramos en los volcanes terrestres), algo de lo que todavía no se está muy seguro de qué lo causa.

Para más información:

AstroSeti

SolarViews

Imágenes tomadas por la sonda New Horizons de la NASA.

Experimento de Michelson – Morley

Volvemos con uno de los experimentos que contribuyó a la gran evolución que se dio a comienzos del siglo XX en la física: el experimento de Michelson y Morley, el que además ha sido uno de los más importantes experimentos que ha habido en la historia de la física, y uno de mis favoritos.

Antecedentes

A finales del siglo XIX se conocía que la luz era una onda electromagnética, que se propagaba a velocidad c (unos 300.000 km/s).

Esto, sin embargo, tenía un matiz que traía de cabeza a todo el mundo: hasta ese momento todas las ondas conocidas necesitaban un medio por el que propagarse: las olas de un estanque necesitaban el agua, las ondas sísmicas necesitaban la tierra, y el sonido (que ya se conocía que era otra onda) necesitaba el aire para propagarse.

Ahora, si suponemos que entre las estrellas que vemos y nosotros (el espacio vamos) no hay nada, esto entra en contradicción directa con que veamos la luz que nos llega de dichas estrellas.
Por lo que había que pensar en otra alternativa: en el espacio debería existir algo, un medio, que permite que se propage la luz: al cual se denominó éter, del cual no sabíamos en un principio absolutamente nada, ni de qué estaba “formado”.

Ahora, si existiese de verdad dicho éter, deberíamos ser capaces de observarle de alguna forma, y esto fue lo que propusieron Michelson y Morley, un experimento para medir dicho éter.

Base del experimento

No se sabía si este éter estaría en reposo o la velocidad que tendría, pero dado que la Tierra gira en torno al Sol (en un año da una vuelta), la velocidad del éter respecto al de la Tierra cambiará a lo largo del año, y esto produciría ligeros cambios en la imagen que nos da la luz.

Para ello, se utilizó un interferómetro de Michelson, el cual divide la luz que emite un foco luminoso (un láser por ejemplo) en dos haces, los cuales rebotan en dos espejos y se vuelven a juntar. Dado que la luz es una onda, siempre que tengamos una fuente que solo emite una longitud de onda (es decir, un color muy definido), al volver a juntarse, los dos haces interferirán produciendo máximos y mínimos de intensidad.

Que se forme uno u otro depende de la diferencia de caminos que hayan recorrido los dos haces, lo que normalmente se hace variando ligeramente la posición de uno de los espejos (las variaciones de la posición deberán de ser similares a la longitud de onda de la luz, lo cual lleva a que serán de unos cientos de nanómetros: una diez milésima de milímetro).
Sin embargo, tambien se puede lograr el mismo efecto si estas distancias permanecen fijas pero la velocidad del medio por el que viaja la luz varía en uno de los brazos.

Así que variando la orientación de los brazos se debería observar un cambio en el patrón obtenido.

Resultados

Finalmente, y usando un instrumento que tenía unos brazos de 11 metros de largo (imaginaos las dimensiones del aparatito) y colocado sobre una “piscina” de mercurio para minimizar los movimientos del aparato, ambos físicos realizaron medidas de lo que ocurría.

Los resultados obtenidos en todas ellas fueron nulos: en ningún momento hubo ningún dato que apuntase a que la velocidad de la luz hubiera variado, o lo que es lo mismo, que el éter no tenía ninguna velocidad apreciable.

Sin embargo, esto mismo fue lo que condujo a que fuera uno de los más importantes experimentos, ya que con estos resultados se comenzó a pensar que dicho éter podría no existir, y se planteó que la luz podría viajar en el vacío, sin ningún medio de por medio, lo cual derivó finalmente en la Teoría de la Relatividad Especial de Einstein, donde ya se impuso la no existencia de dicho éter.

90 Aniversario de la comprobación de la Relatividad General

Tal día como hoy, hace 90 años, se realizó la primera comprobación de la Teoría de la Relatividad General, enunciada por Albert Einstein en 1915.

La Teoría General de la Relatividad (TGR)

10 años después de que el joven desconocido A. Einstein publicase tres artículos que revolucionaron buena parte de la física (entre los que se encontraba la base de la Teoría de la Relatividad Especial), este físico publicó su quizá más importante trabajo.

Aquí, consiguió (después de muchos años y mucho trabajo) extender las ideas de la Relatividad Especial, principalmente:

• El principio de equivalencia, que describe cómo una aceleración y la gravedad son equivalentes (es decir, los efectos que causa uno u otro son análogos, por lo que se puede usar uno u otro para describir un mismo suceso).
• Curvatura del espacio-tiempo, uno de los mayores saltos (a mi entender) frente a la descripción Newtoniana de la gravedad, es que se pasa de entenderla como una fuerza más, a entenderla como el efecto que causa la curvatura del espacio-tiempo sobre el que nos encontramos. Es decir, en vez de entenderla como una fuerza que crea la masa de los objetos (recordemos que el concepto de fuerza a distancia no es para nada intuitivo), se interpreta como un resultado de la geometría del espacio-tiempo.
  Esto se entiende fácilmente imaginando que el espacio-tiempo es una cama elástica, y los planetas son bolas que circulan por esta… que se van moviendo según dónde la cama tenga hoyos y esquivando los montículos.

Las dos predicciones básicas (inicialmente)

Como toda teoría física, ésta, además de describir lo que hemos observado hasta ahora, debe de realizar predicciones comprobables, de forma que se pueda determinar si es plausible que la realidad se comporte así o no.

En este punto, la TRG traía rápidamente dos predicciones no hechas hasta ahora:

• La precesión del perihelio de Mercurio, algo que había sido observado desde hace muchos siglos, y que la ley de la Gravitación Universal de Newton no conseguía explicar: el por qué el perihelio de Mercurio (su distancia más corta al Sol) al cabo de los años iba moviéndose (desviándose) varios segundos de arco.
  La explicación de por qué la TRG lo explicaba se puede entender sabiendo que la gravitación de Newton es una aproximación de la TRG cuando la gravedad con que se trabaja es pequeña (por este hecho todavía se sigue utilizando para movimientos interplanetarios). Pero dado que Mercurio está muy cerca del Sol, aquí la gravitación comenzaba a diverger respecto de lo que se observa, debido a que predice una fuerza de la gravedad menor de lo que realmente es.
• Curvatura de la luz por la gravedad. Esta es la predicción básica con la que se comprobó dicha teoría.
  La TRG predice que la luz, al pasar cerca de un campo gravitatorio grande (por ejemplo cerca de una estrella), su trayectoria se curvará, al igual que sucede con un cuerpo que pasa cerca.
  Si bien esto también se consiguió explicar con la gravitación de Newton, los ángulo de desviación que se obtenían aquí eran la mitad de los que predecía la RTG.

Comprobación

Así que una vez conocido un fenómeno que es predicho, solo queda observarle.
Para ello, se debía comparar la posición de un objeto (una estrella) cuando la vemos sin ningún objeto masivo entre ella y nosotros, y cuando está cerca de uno.
Esto que en principio no parece muy complicado, solo se podría obtener observando una estrella (que podemos ver su posición una noche cualquiera) cuando iba a ser eclipsada por el Sol, un objeto con suficiente gravedad como para producir una desviación de la luz de la estrella apreciable.

Claro que la luz del Sol oculta la de la estrella… por lo que solo se podría medir en un momento concreto: cuando éste es eclipsado por la Luna (en un eclipse de Sol). Así que se buscó uno propicio, en el cual hubiese una estrella lo suficientemente brillante cercana al borde del Sol para poder verla durante el eclipse.

Para esto, se tuvo que esperar hasta el año 1919, en donde se envió dos expediciones inglesas para observar el eclipse total del 29 de mayo. Una de ellas fue hasta la Isla de Príncipe (Golfo de Guinea), dirigida por Sir Eddintong (que estuviera este gran físico ya nos dice lo importante que era esta medición); y otra que se instaló en Brasil, dirigida por Crommelin.

Como siempre en cualquier fenómeno astronómico, las nubes hicieron acto de presencia y dificultaron la toma de datos, impidiendo prácticamente que una de las expediciones pudiera tomar imágenes razonables, aunque la otra consiguió aprovechar varios claros, y medir un ángulo de desviación de acuerdo con lo predicho.
Para la estrella en cuestión, dada su distancia angular al Sol en el momento del eclipse, se predecía una desviación de 1.745″, mientras que las dos expediciones midieron ángulos de aproximadamente 1.6 y 1.9″.

Aunque pueda parecer que son diferentes, dados los errores en dichas medidas, el ángulo predicho era coherente con éstas (durante todo el siglo hubo medidas cada vez más precisas obviamente).

Así que con esto comenzó una nueva interpretación del Universo a sus escalas grandes, lo cual ha traído muchos nuevos descubrimientos y avances, y, por supuesto, muchas más preguntas.

NOTA: En la última imagen tenéis el negativo de una de las imágenes que sacó una de las expediciones originales, donde se ve el Sol eclipsado, su corona (visible durante el eclipse) y las estrellas marcadas que fueron tomadas para medir posiciones.

Enlaces relacionados:

Astrocosmos (confirmación de la TRG).

Wikipedia.

Planck y Herschel.. al espacio

Este mediodía a las 13:12 UTC (15:12 hora local) fue lanzado un cohete con los dos telescopios espaciales Herschel y Planck que nos traerán nuevas metas en los próximos meses.

La misión Planck

Tras unos años de retrasos, por fin fue lanzado el reemplazo del WMAP para seguir captando la radiación de fondo cósmico de microondas (CMB).
Con Planck se logrará una resolución mucho mayor de la que se consigue con WMAP, alcanzando unos 10 minutos de arco, lo que aunque parece muy poco si se lo compara con telescopios visibles, es una resolución fantástica para lo que se tiene en microondas.

La misión Herschel

Este otro satélite, con un espejo de 3.5 metros que lo convierte en el mayor telescopio espacial construido hasta la fecha, analizará lo que observamos del Universo en otra zona del espectro: el infrarrojo.
Una de las principales ventajas de esta radiación es que no es absorvida por las nubes de polvo, lo cual hace que sea mucho más fácil ver objetos que en luz visible son ocultados por el polvo cósmico.

Después de 40 minutos de intensa espera, los dos telescopios mandaron hacia la Tierra la primera señal de “estoy vivo”, por lo que han tenido un fantástico inicio que esperemos siga sin mayores problemas.

Más información:

Las misiones, ESA.

Página oficial de la misión Planck (en inglés).

Página oficial de la misión Herschel (en inglés).

Sobre Herschel, en Eureka

Imagen de la cabecera, en alta resolución, ESA.

El triunfo de la ciencia

Aquí estoy otra vez de vuelta con otra entrada (a un ritmo muy bajo de una por semana más o menos, pero en un mes volveremos con más fuerza), esta vez explicando un poco el método científico.

Desde siempre se pueden ver críticas hacia la ciencia o el método de cómo trabaja (normalmente por parte de filósofos o gente de letras), culminando muchas veces en críticas donde se mete en el mismo saco a investigaciones científicas con investigaciones o trabajos filosóficos o religiosos (como en uno de los comentarios recientes).

Esto normalmente (casi siempre) se produce por un desconocimiento por parte del crítico de cómo se trabaja dentro de la ciencia, que es completamente diferente a cómo se trabaja en otros ámbitos.

Dentro de un ámbito científico, se pueden publicar teorías más o menos especulativas (como las que están actualmente intentando conjugar la Relatividad con la Cuántica), las cuales suelen dar mucho juego en documentales o artículos.

Sin embargo, y a diferencia de lo que ocurre en el terreno de letras, estas teorías han de pasar obligatoriamente por una comprobación experimental (que normalmente viene publicada junto con la propia teoría) la cual verificará si las predicciones que hace dicha teoría se cumplen o no.
Esto culmina siempre de dos formas: o bien el experimento ha confirmado la teoría y por lo tanto, esta teoría es válida para describir una parte de la Naturaleza; o el experimento refuta la teoría, por lo que ésta deja de tener cualquier interés y quedará olvidada como algo que no sirve.

Precisamente esto es lo que garantiza que las teorías actuales describen la realidad al menos hasta los límites donde se ha medido esta, lo cual ha dado lugar a que se haya podido avanzar enormemente durante los últimos siglos (desde que se impuso este método racional sobre el método filosófico que apoyaba al propio pensamiento sin necesidad de comprobación), y no suceda como en la época de Aristóteles, donde gracias al valor que se le daba a sus teorías, éstas no fueron comprobadas en siglos, lo cual introdujo unos pensamientos erróneos (en filosofía puede que fuera un gran hombre, pero de todos los temas científicos donde metió su cabeza, ni se acercó lo más mínimo a la realidad en ninguno de ellos (o prácticamente en ninguno)).

Por esta razón, aquí no valen los argumentos de poder o los “intuitivismos” (“porque es intuitivo…”), sino solo los resultados que lanzan los experimentos realizados, al igual que la Relatividad General necesitó del eclipse de Sol producido en 1919 para que fuera comprobadas sus predicciones (la cual describiré en una próxima entrada), o se desechara el modelo de Thomson de los átomos porque no encajaba con lo que se observó en el experimento de Rutherford.

Por esta razón, nunca se puede poner en la misma balanza el Creacionismo con la teoría del Big Bang, ya que mientras la primera solo nace del pensamiento de unos pocos (y que afortunadamente no defiende ni la Iglesia) sin ningún tipo de autocrítica o respaldo, la segunda nace a partir de las observaciones que tenemos actualmente del Universo, las cuales nos muestran que éste pasó por una época en la cual estuvo mucho más comprimido y caliente que actualmente. A su vez, esta propia teoría define sus limitaciones:
consigue explicar la evolución del Universo desde pocos tiempo después del Big Bang (considerando éste como el “estallido” que predice la teoría si ésta se cumpliera en ese instante) hasta ahora, pero en ese instante, la propia teoría fracasa, por lo que no puede realizar ninguna predicción de lo que ocurrió y hasta tener una teoría mejor no podemos saber qué es lo que verdaderamente ocurrió en dicho instante.

Un libro muy recomendable que recoge estos y otros temas relativos a la visión de la ciencia actual es La razón estrangulada, de Carlos Elías.

Plasmones

Bueno, esta entrada viene como consecuencia de una cierta conferencia a la que tuvimos que asistir donde se habló de las propiedades ópticas de estos objetos, a partir de la cual ha habido varias solicitudes para que los explicase un poco y finalmente pudiéramos comprender qué son…

Primero decir que la “plasmónica” es un tema que es actualmente puntera en la investigación (junto a la nanotecnología) y que puede dar varios avances en poco tiempo, por lo que es un tema bastante interesante.

¿Qué son los plasmones?

Para esta explicación, vamos a describir una ruta lenta, partiendo de cosas conocidas, que en principio no tienen nada que ver, e iremos avanzando poco a poco, de forma que no haya ningún salto “muy incomprensible”.
Partiendo de un metal (por ejemplo una barra de hierro), se conoce que éstos se caracterizan por tener un número grande de electrones que se pueden mover a lo largo de todo el metal, sin estar “atrapados” a ningún átomo (de hierro en el ejemplo) en concreto. Estos electrones, llamados de conducción (porque se pueden conducir a lo largo de todo el metal), básicamente existen solo en los metales (también en los plasmas) y son los que provocan que éstos sean unos buenos conductores de la electricidad (recordemos que un electrón es una carga eléctrica, por lo que que se puedan mover “libremente” significa que transportan carga eléctrica de una forma bastante buena).

Ahora, y cambiando a otro tema, conocemos de la mecánica cuántica que todos los objetos son a la vez una onda y una partícula (son dos descripciones equivalentes de cualquier objeto), por lo que un electrón, por ejemplo, tiene una onda asociada con una longitud del orden del armstrong (una 10 mil millonésima de metro).

Esto viene a cuenta de que, en el anterior metal, los electrones pueden comenzar a moverse por el metal de una forma análoga a las olas del mar (formando olas por el metal), por ejemplo cuando incide luz (fotones) sobre éste, que interacciona con éstos.
Estas olas por supuesto no son de agua ni nada similar, sino de “carga eléctrica” (la de los electrones).

En la comparación con un estanque, el fotón de luz sería la piedra, y que al incidir sobre el metal (agua) se crean ondas (en el caso del agua como perturbación de éste vertical: el agua sube y baja) longitudinales: en vez de subir y bajar, el movimiento de los electrones es de alante-atrás.

A estas ondas que se forman, se le puede asociar una “partícula”, en este caso se suele decir cuasipartícula ya que no sería una partícula como tal realmente, llamada plasmón.
La ventaja de definir estas “partículas” es que se puede explicar todos los efectos de las ondas teniendo en cuenta únicamente estas partículas o obviando las ondas, lo que en muchos casos resulta un problema mucho más fácil de estudiar.

Posibles aplicaciones prácticas

Ahora viene la clásica pregunta… ¿para qué puede servir todo esto?
Para empezar, como se puede entrever de la descripción anterior, juegan un papel fundamental en las propiedades ópticas de los metales.

Por ejemplo, estudiando su comportamiento se puede definir el color (qué luz refleja) de diferentes superficies, controlando la superficie de forma que se varíe la propagación de los plasmones en ella.
Esto es básicamente lo que hacía para “teñir” los cristales de las catedrales antiguas, en los que se introducían pequeñas partículas metálicas que le daban el color al cristal.
Sin saberlo, ya se hacía nanotecnología en la Edad Media, ya que aquí, los plasmones (o la frecuencia de dichas ondas electrónicas) son las que definen qué color es absorvido o reflejado.

Otras aplicaciones son como transmisores de información en futuros chips, ya que estas ondas plasmónicas pueden tener frecuencias mucho mayores a las actuales.

O como un paso más en microscopía, ya que como las longitudes de onda de estas ondas son muy pequeñas, se pueden conseguir resoluciones muy altas.

Más información:

Wikipedia (en inglés)

Plasmones de superficie (en inglés)

Basque Research (en español)

Ubuntu 9.04 Jaunty Jackalope disponible

Desde hoy se puede descargar la nueva versión de Ubuntu, la 9.04 Jaunty Jackalope.

Descárgalo desde aquí.
O bien por torrent desde aquí, ya que es probable que los servidores estén bastante saturados estos días.

En Sin Windows tenéis una guía sencilla sobre el proceso de instalación para los que se pasen por primera vez a este SO.

Antipartículas, esas cosas raras ( y II )

Siguiendo la historia de las antipartículas, ahora abordaremos su descubrimiento experimental y las preguntas que trajo.

Descubrimiento experimental

Una vez hecha la predicción teórica… solo hace falta la confirmación experimental de que realmente es así.

Y ésta llegó de la mano Carl Anderson en 1932 dentro de una cámara de niebla, una “caja” con agua en unas condiciones de temperatura y presión determinadas y un campo magnético, de forma que cuando viaja una partícula cargada eléctricamente, deja una “estela”, y partículas de diferente carga viajan en direcciones opuestas.
Aquí, observó que cuando incidía un rayo cósmico, se producía un electrón y un positrón (su antipartícula), saliendo de forma análoga a lo que vemos en el dibujo de la izquierda.

Hoy en día se conoce que cuando un fotón (un rayo de luz) con suficiente energía (rayo X o gamma) viaja por un medio donde hay varios núcleos (es decir, en el vacío no se produce), hay una probabilidad alta de que éste se desintegre en un par electrón-positrón.

Por supuesto, el suceso contrario se produce muchas veces también: un electrón y un positrón que se encuentran, automáticamente se destruyen siempre, produciendo dos fotones.

¿ Por qué no vemos más antimateria?

La pregunta que nos podemos hacer llegados a este punto es… ¿ por qué todo lo que vemos es “materia” (formada por partículas) y no vemos antimateria (formada por antipartículas) ?, porque en principio la intuición nos diría que habría una cantidad semejante de ambas.

Y esta es una de las preguntas fundamentales que hay en la física actual sin resolver. A lo que se ha llegado es que después del Big Bang, el número que había de materia y antimateria tenía un ligero predominio de la primera (de 1 partícula más cada 10 mil millones), lo cual originó que al irse destruyendo mutuamente, sobreviviera una de las dos formas.

Claro que que a esto lo llamemos materia y a lo otro antimateria solo es porque es lo “raro”, pero de igual forma el Universo podría haber estado constituído de “antimateria” y no habría ningún cambio en absoluto.

Nuevas interpretaciones

Cabe destacar, que con la Teoría cuántica de campos (la teoría actual que mejor describe todas las partículas y sus interacciones), ya no es necesaria la interpretación de Dirac de las antipartículas como “huecos dentro de un mar de partículas”, con todos los problemas que esto traía (la existencia de una carga infinita, por ejemplo).

Posibles aplicaciones

Ahora, una vez conocido que existe las antipartículas (o antimateria), cabe preguntarse qué usos se puede extraer de ellas.
Por supuesto, aunque es relativamente fácil obtener positrones, es más complicado almacenarlos, ya que esto se debe hacer con campos magnéticos muy fuertes de forma que no se les permita acercarse a ningún electrón (lo que llevaría a la destrucción de ambos).

La gran ventaja que sí se podría sacar es que la conversión de materia-antimateria en radiación (al destruirse mutuamente) es eficiente al 100%: toda la “materia” inicial se convierte en radiación.
Puesto que cualquier transformación de energía actual no tiene una eficiencia más allá del 20% normalmente, esto supondría la posibilidad de crear motores con una eficiencia sin precedentes, por ejemplo, para naves espaciales.

Esta es una de las investigaciones donde más se está profundizando, aunque debido al costoso mantenimiento de tener antimateria, todavía no se ha podido hacer demasiado viable y aún no se ha probado ningún motor así, pero las aplicaciones que se están intentando son prometedoras.

Antipartículas, esas cosas raras ( I )

De vez en cuando se oye en varias noticias eso de “antipartículas“, algo que nos suena más bien a ciencia ficción o destrucción total. Pero… ¿ qué son realmente y de dónde surgen las antipartículas ?

Antipartículas

Conocemos que toda la materia está formada por unas “pocas” partículas, fundamentalmente protones, neutrones y electrones (hay muchas otras, pero atengámonos a las básicas).
Cada una de ellas tiene una masa, carga (positiva, negativa o neutra) y spin (algo así como un “giro” de la partícula) propio, y diferente de el de otra partícula.

Ahora, ¿ qué ocurriría si tenemos, por ejemplo, un electrón, con todas sus características comunes, pero con una carga positiva, en vez de negativa ?
Pues que tenemos lo que se conoce como positrón (la antipartícula del electrón).

Eso son las antipartículas, una partícula normal, pero que tiene una carga contraria a la que solemos observar.
Así, tenemos el antiprotón, el positrón o el antineutrón.

Aquí, cabe comentar que, como el neutrón tiene carga cero, su antipartícula sería ella misma. Sin embargo, en el anterior post hemos visto que el neutrón está compuesto de 3 quarks, y estos sí tienen carga. Por lo tanto, un neutrón sí se diferencia de su antineutrón en que está formado por antiquarks, en vez de quarks.

Descubrimiento teórico

Como en muchos sucesos de la física, primero se encontró teóricamente su existencia, y después llegó la comprobación experimental.
Esta predicción vino de Dirac, uno de los grandes científicos que contribuyó notablemente en la mecánica cuántica.

Una vez Schrödinger hubo descrito el “estado” de cualquier partícula mediante una ecuación de ondas (recordemos que la primera contribución de la mecánica cuántica fue que determinaba que todos los objetos son ondas y partículas a la vez, y que toda su información viene descrita por una ecuación de ondas) solo quedaba una cosa para tener una teoría completa, y esto era la descripción para sistemas relativistas (que se mueven a velocidades próximas a la de la luz).
Por supuesto, esto requería conjugar la nueva teoría cuántica, con la relatividad de Einstein.

El problema llegó cuando Klein y Gordon obtuvieron una ecuación, en la que, entre otros problemas, se predecía que cualquier sistema pudiera tener energía negativas sin ningún límite inferior.

Esto, que en principio puede que no nos parezca mucha complicación, tiene un gran inconveniente: conociendo que la naturaleza siempre tiende al mínimo de energía, significaría que todo estaría en caída contínua, perdiendo energía, cosa que obviamente no vemos: un electrón se mantiene orbitando al núcleo en un átomo y no sigue descendiendo hacia el protón y continúa “más allá”.
Esta fue la razón por la que los propios autores rechazaron su ecuación.

Sin embargo, cuando Dirac, a través de otro razonamiento, llegó a otra ecuación distinta, también relativista, que describía muy bien el comportamiento de los electrones, se dio cuenta que le ocurría lo mismo: existían infinitos niveles de energía negativa.

Pero la genialidad de Dirac le hizo no rechazarla:
si suponemos (esto era su hipótesis) que estos niveles están completos con partículas (ojo, con esto, de repente tendríamos infinitas partículas en unos niveles de energía que no se comprendían), entonces todo funcionaría como lo vemos, ya que al estar completos, la partícula no podría caer a éstos.

¿ Y qué ocurre si una de esas partículas que ocupan esos niveles “saltara” a uno de los de energía positiva (los normales) ?
Pues que veríamos como si (una de las palabras mágicas en la física) hubiera una partícula normal, pero de carga contraria, debido al “hueco” que se ha creado.
Y esto es lo que denominamos antipartícula

En el siguiente post detallaremos cómo evolucionó la comprensión de estas “partículas”.

Acerca del descubrimiento del Quark top solitario

Después de unas dos semanas sin poder escribir, aquí vuelvo de nuevo a la carga, con varios temas ya pensados…

De momento, toca explicar una noticia que salió en bastantes sitios hace varias semanas, y de la que no se ha detallado mucho, que es la observación, por primera vez, de un quark top de forma solitaria, que además tiene participación de los miembros del IFCA (Instituto de Física de Cantabria), por lo que lo tenemos “bastante cerquita”.

¿Qué es un quark?

Conocemos que toda la materia que vemos está compuesta por átomos, de hidrógeno, oxígeno, carbono, etc.

Al principio se pensó que éstos era la “unidad” más pequeña en que se podía dividir la materia. Sin embargo, pronto de descubrió que éstos están a su vez compuestos por un núcleo, que contiene protones y neutrones, y una “envoltura” formada por electrones.
Lo más reseñable de estas partículas es que los protones y los neutrones tienen una masa similar, y mucho mayor que la del electrón, mientras que éste tiene una carga negativa, y de igual módulo que la carga del protón (que es positiva). El neutrón por su parte no tiene carga alguna.

A su vez, hoy en día se conoce que los protones y neutrones están formados por otras partículas más pequeñas: los quarks, concretamente están formados por tres quarks cada uno.

Hay seis “tipos” de quarks conocidos, a los que (con una cierta imaginación) se les ha llamado top, botton, up, down, charm y strange. Y la peculiaridad que tienen es que fueron las primeras partículas que se conoció con una carga inferior a la del electrón, e, (que se consideraba fundamental), ya que cada uno de ellos tienen carga o -e/3 o + 2/3 e.

Actualmente, los quarks se consideran irreducibles, es decir, no están formados por otras partículas más pequeñas.

¿Qué es lo extraño en que se vea “solo”?

Lo que se ha logrado en este experimento, es observar un quark top solitario.
La extrañeza del logro, radica en que para observar quarks, hay que bombardear con muy altas energías a los protones y neutrones con sus respectivas antipartículas, para conseguir que se “desunan” los quarks que los forman y podamos verlos como tales.
Esto, normalmente se produce por efecto de la fuerza nuclear fuerte (una de las 4 fuerzas fundamentales en la naturaleza), con la que se producen siempre pares de este tipo de quark, y por lo tanto nunca se había podido ver un único quark, sin su respectiva pareja.

Sin embargo, esta vez se ha observado debido a la interacción con otra fuerza: la nuclear débil. Ésta provoca que un único quark top “salga” del nucleón (nombre genérico para el protón o neutrón).
Lo complicado de este segundo método es que es muy difícil de detectar, ya que aproximadamente una de cada 20.000 millones de colisiones producen un quark de este tipo, mostrando una señal muy débil (casi ocultada por el ruido que haya de fondo).

Por lo tanto, a pesar de que hace ya 14 años de que se descubrió el quark top, nunca antes se le había conseguido ver “soltero”.

¿Qué ventajas puede traernos este descubrimiento?

Una de las cosas más importantes que ha traído esta detección es que el avance que se ha conseguido en métodos de análisis de datos (que han sido usados por primera vez para conseguir detectar este quark) ya se está aplicando a partir de este momento en la búsqueda de otras partículas igual o más difícil de detectar, como es el bosón de Higgs, lo cual facilitará mayores avances en estos estudios.

Más información en Amazings.

Caída a un agujero negro II

Ahora retomemos de nuevo la caída de nuestro astronauta hacia el agujero negro, pero desde el punto de vista de la nave que se quedó afuera, observando el acontecimiento.

Para ello, ahora obligamos al astronauta que durante su descenso nos vaya informando de dónde está por medio de una luz: cada 10 segundo nos debe lanzar un rayo de luz azul hacia la nave (aunque parezca un capricho, luego veremos el por qué de este color). Así sabremos dónde se encuentra y que sigue vivo.

Con esta misión, el astronauta comienza a alejarse de nosotros e ir acercándose al agujero negro (después de despedirse ya que sabe que no volverá a vernos).
Al principio, cuando todavía está lejos de entrar al agujero negro, vemos cómo cada 10 segundos recibimos una luz azul brillante desde un punto del espacio. Señal de que todo va como lo esperado.

A medida que nuestro intrépido astronauta se va acercando al agujero, observamos una cosa curiosa:
las señales ya no llegan cada 10 segundos, sino que comienzan a llegar en intervalos ligeramente mayores: cada 11, 12,…. segundos. Además, ya no vemos una luz azul… sino que comienza a tener una coloración algo más verdosa.

El tiempo podría ser debido a que nuestro astronauta comienza a cansarse de informarnos… pero ¿ y la luz ?. Solo llevaba un láser azul… que no puede variar su color.

Cuanto más cerca del agujero se encuentra, más claros son estos dos efectos: el intervalo de tiempo entre cada señal se hace aún más grande, y la luz que vemos ya ha pasado de amarillo a ser de color rojo.

¿Qué está ocurriendo ?

Lo que observamos aquí son dos efectos puramente relativistas: todo cuerpo que se encuentre cerca de una zona con una alta gravedad, experimenta un paso del tiempo más lento (análogo a cuando se viaja a una velocidad próxima a la de la luz). Por ello, aunque para nuestro astronauta, él sigue mandando pulsos cada 10 segundos, nosotros desde la nave los vemos que suceden cada más tiempo.
Digamos que los relojes de la nave van más deprisa que el del astronauta.

Este hecho también se observa en otros sitios más comunes, como en la Tierra, donde también se ha podido observar que “el tiempo” transcurre de una forma más lenta en los satélites artificiales que en la superficie de la Tierra. Solamente que aquí, como la gravedad de ésta es mucho menor, el efecto es prácticamente despreciable, ya que solo se observa una variación inferior a millonésimas de segundo.

Por otro lado, el efecto que vemos sobre la luz es debido también a la gravedad del agujero negro, como ya se trató en su día en esta entrada: la luz debe vencer el campo gravitatorio del agujero negro para salir, por lo que debe perder energía (dicho con ideas sencillas). Y la luz la única forma que tiene de perder energía es haciendo mayor su longitud de onda (lo que nos da su color). Así, cada vez tendrá una longitud de onda mayor: de azul pasa a ser verde, de verde a amarillenta, luego a roja, y por último se irá metiendo en longitudes de onda que nuestros ojos ya no son capaces de ver: infrarrojo, microondas y por último radio.

Finalmente, cuando el astronauta estará a punto de atravesar el horizonte de sucesos del agujero negro (la región pasada la cual ni la luz puede escapar de éste), nos quedaremos esperando indefinidamente hasta el último pulso de luz.

Aunque el astronauta pensará que lo ha hecho en poco tiempo (pongamos, una hora), para nosotros habrá transcurrido un tiempo infinito. Es decir, nunca llegaremos a ver cómo el astronauta se introduce en el agujero negro, ya que cuanto más cerca se encuentra de éste, más lento observamos su movimiento (recordemos que su tiempo pasa cada vez más lentamente). Así, observaríamos cómo se va aproximando cada vez más lentamente hacia el horizonte de sucesos, pero sin llegar a atravesarle…

Números redondos

Escribo esta entrada simplemente como información de que hoy el número de visitas al blog superó las 10.000, además de alcanzar con esta las 100 entradas escritas durante este tiempo (siendo éstas más o menos interesantes…).

Así que gracias a todos los que entráis a perder un poco de vuestro tiempo leyendo este blog, que espero que seguirá hacia un mejor camino.

Caída a un agujero negro I

Después de bastante tiempo sin escribir, vuelvo a la carga con un tema entretenido: la descripción de qué veríamos si estuviéramos cayendo hacia un agujero negro.

Por supuesto, omito cómo hemos conseguido hacer llegar a nuestro astronauta hasta dicho objeto, ya que cualquiera de éstos están excesivamente lejos como para ni plantearse una cosa así (salvo que se convenza a alguien para pasarse varios millones de años a bordo de una nave).

Así que, supongamos que tenemos nuestra nave orbitando en torno a un agujero negro. Aquí cae el primer prejuicio que tenemos respecto a este tipo de objetos: salvo que estemos a una distancia muy cercana, la gravedad que generan es idéntica a la que genera una estrella (o cuerpo) que tenga su misma masa. Por lo que una nave puede orbitar en torno a él de igual forma que lo hace en torno a la Tierra.
Por ejemplo, si sustituyéramos al Sol por un agujero negro con la misma masa que el Sol, la Tierra no notaría absolutamente ninguna diferencia (obviando la falta de luz claro), por lo que nuestra órbita seguiría siendo la misma, sin sufrir ningún cambio.

Ahora, nuestro astronauta se monta en una sonda, dejando la nave principal que continúa orbitando al agujero negro, y comienza a descender hacia el agujero.
A medida que desciende, va lanzando señales luminosas (pongamos, de color azul) hacia la nave, con el fin de que puedan seguir su trayectoria.

Al comienzo de su descenso, no detecta ningún síntoma raro. Es análogo a cualquier descenso anterior que ha realizado hacia la Tierra cualquier astronauta.
Sin embargo, a medida que se va aproximando comienza a notar ciertas diferencias: la gravedad varía de una forma más rápida, lo que provoca que la gravedad que siente su cabeza sea ligeramente distinta a la que sienten sus pies (lo mismo ocurre aquí, en la Tierra, solo que la diferencia es demasiado pequeña como para notarlo), provocando que su cuerpo comience a “estirarse”.
Este efecto es más notable cuanto más cerca está del “agujero” y cuanto más pequeño sea éste, ya que para los supermasivos (como el que hay en el centro de las galaxias) el tamaño es mucho mayor, reduciendo así esta intensa variación en la gravedad.

Siguiendo su caída, y alzando la vista, observa que ve todo el cielo “deformado”, concentrándose en el punto opuesto a donde se encuentra el agujero negro. Esto se debe a la intensa curvatura que produce sobre la trayectoria de la luz la gravedad del agujero.

Cuando el astronauta se aproxima al horizonte de sucesos (la región del espacio que consideramos como la “superficie” del agujero, que cubre los puntos del espacio donde ya la luz no puede escapar del agujero), éste va notando cada vez una diferencia de gravedad mayor (lo que le causaría un gran dolor hasta que su cuerpo no lo aguantase, aunque aquí suponemos el astronauta-chicle), cada vez ve el “cielo” más concentrado en el punto opuesto al centro del agujero negro y de un color cada vez más “azul”. Fijándose, observa que en éste, comienzan a suceder cosas cada vez más rápido (todo parece moverse a una velocidad mayor). Aquí esta otra de las consecuencias de un campo gravitatorio tan intenso: el tiempo comienza a transcurrir mucho más lento, por lo que para él, es el resto del Universo quien va mucho más rápido.

Finalmente, cuando atraviese el horizonte de sucesos, nuestro astronauta no observará absolutamente NADA, sino que seguirá observando lo mismo que un instante antes de entrar: continúa su doloroso (cada vez más) viaje hacia el centro del agujero negro, en donde ya la física actual deja de funcionar y aún no podemos saber qué observa.

En este vídeo tenéis una recreación por ordenador realizada por miembros de la Universidad de Colorado de una caída similar:

La próxima entrada, veremos cómo ven esta caída desde la nave principal, que sigue en órbita.

Artículo relacionado en New Scientist y en Ciencia Kanija.
Artículo original en ArXiv

Ese puntito azul…

Hoy toca recordar un gran vídeo hecho por uno de los grandes científicos de los últimos años, y uno de los mejores divulgadores que hemos tenido hasta hace poco: Carl Sagan.
Astrofísico al que debemos la gran serie Cosmos, el proyecto SETI (búsqueda de vida extraterrestre), y su participación en varias misiones planetarias, entre otras cosas.

El vídeo parte de una imagen que tomó la sonda Voyager, que fue enviada a los planetas exteriores (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno) cuando terminó de recorrer estos y continuó con su rumbo hacia el exterior del Sistema Solar (al que está llegando en estos años).
Después de dejar Neptuno, tomó una imagen de nuestro planeta, en la lejanía.

Desde esta posición, la Tierra era un diminuto punto de luz azulado, que en un principio demasiado débil para distinguirle por las cámaras de la sonda, aunque a propuesta de Carl Sagan se enfocó las cámaras hacia nuestro planeta, consiguiendo observar débilmente un puntito azulado.

La imagen finalmente fue tomada a unos 6000 millones de kilómetros (unas 40 veces la distancia Tierra – Sol). A esta distancia, como podemos ver, ya pasa totalmente desapercibido, y eso que todavía estamos en la zona principal de nuestro Sistema Solar (a la nave le quedaba mucho todavía para superar el disco de polvo que existe más allá de las órbitas de los planetas: el cinturón de Kuiper, región donde se encuentran numerosos cuerpos desde el tamaño de Plutón, localizado como uno más en esta zona, hasta unos pocos kilómetros o metros).

El vídeo, digno de ver y que nadie debería de perderse: