Enmarañados

Publicado en Lindeiros de febrero de 2014

El transporte es uno de los pilares de la sociedad contemporánea. También es imprescindible para la comarca. Así es lógico que Teo reclame las conexiones metropolitanas pactadas. O que el Aeropuerto de Santiago incremente las conexiones internacionales. Pero mover cosas o viajar lleva tiempo. Y el tiempo también cuenta. Como soñar no cuesta, muchos pensarán que llegará un día en donde el transporte se podrá hacer como en las películas de Star Trek: ¡Teletranspórtame!. Aunque por el momento no hay evidencias científicas de que podamos hacerlo. ¿O sí?

En realidad existe una técnica que se ha llamado teletransporte, aunque en la actualidad está muy alejado del transporte de cosas a distancia, haciéndolas desaparecer de un sitio para aparecer misteriosamente en otro. Lo que se puede teletransportar en la actualidad es el estado de una partícula, esto es, una determinada combinación de las diferentes posibilidades de una propiedad de esa partícula, para imponérselo a otra del mismo tipo. Es decir, solo se puede transportar información.

Para poder hacer este teletransporte, lo primero que se necesita es generar un par de partículas entrelazadas. Para entender cómo se comporta este par, imaginemos dos gemelos idénticos y un poco graciosos. Cada uno tiene dos pelucas, una morena y otra rubia. Pero con la salvedad de que cuando uno utiliza la peluca morena, el otro la lleva rubia. Los enviamos a dos lugares diferentes. Al primero que llega, la persona que le está esperando le ordena que se ponga la peluca rubia. El segundo gemelo, mágicamente, antes de bajarse de su vehículo, se pondrá la peluca morena para reunirse con la persona que le está esperando. Desafortunadamente, como no sabemos si ya venía con la peluca morena puesta o se la ha cambiado durante el viaje, no podemos utilizar este truco para transportar información de forma directa.

Utilizando estas partículas entrelazadas que se han separado y están en sitios diferentes, ahora es posible teletransportar el estado  de una tercera (que no la partícula) entre esos dos lugares. Para ello, la entrelazamos con una de las anteriores. Para una propiedad que tenga dos posibilidades, existen cuatro formas diferentes de entrelazarse y que además están relacionadas con el estado original de esta tercera partícula. Midiendo, se puede saber cuál de las cuatro ha tenido lugar. Esta información se transmite por medios ya convencionales al lugar en donde tenemos la otra partícula del par entrelazado original y la podemos utilizar para imponerle a ésta última el estado que tenía la tercera.

El teletransporte de Star Trek, por tanto, sigue siendo todavía Ciencia Ficción.

REFERENCIAS INTERESANTES:

• En inglés y bastante técnica, la publicación seminal sobre el teletransporte de 1993.
• También en inglés. Teletransporte entre las islas de Tenerife y La Palma (143 KMs). Si no tienes acceso a la revista, se puede encontrar en Arxiv.org
• Seguimos en inglés. El primer experimento que confirmaba la teleportación.
• Una propuesta para teletransportar energía, no sólo información.

El tamaño importa

Publicado en Lindeiros de enero de 2014

Las cosas grandes nos atraen. Queremos  verlas, tocarlas. En algunos casos admirarlas, como el Palau de les Arts en Valencia (aunque ahora se caiga a cachitos). Pero el adjetivo grande es poco científico. Algunos pensarán que una casa grande es aquella que tiene diez habitaciones. Para otros, con cuatro será suficiente. Lo mismo nos pasará si utilizamos la palabra pequeño. Pero nuestro futuro podría estar en dominar las cosas pequeñas. Extremadamente pequeñas. Aquellas que ya no podemos ver a simple vista. Ni tocar. Y en donde nuestra comarca es líder en Galicia, según ha analizado el proyecto Nanovalor, con la Universidad de Santiago aportando el 80% de los investigadores de la región y con dos empresas florecientes (Nanogap y Neoker) produciendo cosas minúsculas. Es la nanotecnología.

Molécula de futboleno.
Imagen creada por Michael Ströck.
Fuente: Wikimedia Commons.

Esta tecnología consiste en la aplicación del conocimiento científico para manipular la materia y fabricar nuevos materiales de tamaños muy pequeños, habitualmente entre 1 y 100 nanómetros. Para comprender qué es un nanómetro, empecemos con un fino listón de madera de 1 metro. Dividiéndolo en 1000 partes, tendremos astillas de 1 mm, todavía visibles, pero ya difíciles de manipular con nuestras manos. Aun así, dividamos una astilla de nuevo en 1000 partes. Tendremos cachitos de 1 micrómetro, más finos que el cabello humano, que típicamente tiene un grosor de 70 micrómetros. De hecho, a estos tamaños ya no tendremos madera, porque habremos roto sus células, ya que éstas tienen un tamaño mayor, superior a los 10 micrómetros. A pesar de ello, hay que dividir de nuevo esos minúsculos objetos en otras 1000 partes para obtener uno de 1 nanómetro. ¡Ya ni el ADN de las células estaría intacto!.

Representación artística del grafeno.
Por AlexanderAlUS,
vía Wikimedia Commons

Al igual que pasa con la madera, otros materiales cotidianos cambian cuando se manipulan tan pequeños. Así, el oro se mantiene limpio con el tiempo porque no le afecta casi nada del entorno: no se oxida, no lo disuelven la mayoría de los disolventes. Sin embargo, a escalas nanométricas, sus propiedades cambian. Por ejemplo, ya se disuelve. Trabajar con la materia a estos tamaños nos permite crear nuevos materiales con propiedades sorprendentes y útiles. Y muchas veces partiendo de materiales comunes como el grafito de los lápices, que nos permiten fabricar otros como el prometedor grafeno: extremadamente duro, transparente y excelente conductor de la electricidad y del calor. Como decía el genial físico y Premio Nobel Richard P. Feynman: “Hay mucho sitio alfondo”.

Charla de Richard P. Feynman sobre nanotecnología (en inglés)

Bajo la funda invisible

Publicado en Lindeiros de diciembre de 2013

Galicia está… ¡en el espacio!. La Universidad de Vigo ha lanzado un segundo satélite que estará dando vueltas alrededor de la Tierra durante dos años, sobre nuestras cabezas, ayudando a formar a nuevos técnicos e investigadores en las tecnologías espaciales y sus aplicaciones. Pero también desde el suelo Galicia contribuye modestamente al avance de la ciencia. Un gallego, el físico vigués Juan Piñeiro, es el responsable de operaciones de un trío de satélites que ha lanzado la Agencia Espacial Europea (ESA) para medir el campo magnético terrestre. La misión europea SWARM permitirá conocerlo en detalle. Esto es importante para todos nosotros. Nos protege de la radiación proveniente del espacio, que seguramente nos mataría, desviándola hacia los polos terrestres. También nos permite orientarnos con una brújula. Además de  muchas aplicaciones tecnológicas.

Satélites de Swarn (FOTO:ESA)

¿Qué es un campo magnético? Probablemente todos hemos tenido un imán en las manos. Sabemos por experiencia que al acercar dos imanes, en algunos casos nos cuesta aproximarlos y tenemos que hacer fuerza para juntarlos, cada vez mayor según están más cerca. Si le damos la vuelta a uno de ellos, ocurre todo lo contrario, se atraen entre ellos y nos cuesta mantenerlos separados. El campo magnético es la medida de esa fuerza. Nos da información acerca de la cantidad como del sentido en que tenemos que ejercerla. Pero no solo los imanes tienen un campo magnético alrededor. También las corrientes eléctricas lo producen. Por ejemplo, la corriente que circula por un cable genera un campo magnético alrededor de este. Una carga eléctrica, como un electrón o un protón, que pasase cerca del cable notaría una fuerza que le haría cambiar de dirección. Esto es lo que hace el campo magnético terrestre, desviando las partículas cargadas eléctricamente que se acercan a la Tierra desde el espacio exterior, fundamentalmente las que componen el viento solar provenientes de nuestro astro rey.

Campo magnético terrestre (FOTO:ESA)

La Tierra es, por tanto, como un enorme imán, aunque su campo magnético no es muy intenso. A nivel del suelo, varía entre 0.000025 y 0.000065 Teslas (unidad en la que se mide su intensidad en honor al gran inventor Nikola Tesla). En mi casa está alrededor de 0.000057 Teslas. Podemos compararlo con el generado por el pequeño imán que tengo pegado en la nevera: a unos pocos milímetros de distancia ya es 30 veces más intenso que el terráqueo. Así pues, aunque débil, el campo magnético terrestre forma una funda invisible que nos protege y nos ayuda.

¡Por Tutatis!¡Se nos cae el cielo!

Publicado en Lindeiros en Noviembre de 2013

Octubre de 2013 será recordado por la tormenta del espionaje masivo de las comunicaciones por parte de los servicios de información norteamericanos. Los líderes europeos gesticulan su sorpresa y manifiestan una pérdida de confianza en la todavía gran potencia mundial. Si realmente están sorprendidos por ello, es que son bastante ingenuos. Esperemos que el ruido generado por esta tormenta sea tan intenso como un trueno y termine protegiéndonos mejor a los ciudadanos. Por casualidad, este mes también ha tenido sobre nuestras cabezas otro tipo de tormentas, atmosféricas y más reales, con sus rayos y truenos.

El diccionario de la Real Academia Española define el rayo como “chispa eléctrica de gran intensidad producida por descarga entre dos nubes o entre una nube y la tierra”. Efectivamente, un rayo es como una chispa como las que a veces saltan al enchufar un aparato eléctrico o cuando nos sacamos una camiseta. Pero más peligroso y espectacular.

Al formarse las negras nubes de tormenta, en su parte inferior se acumula carga eléctrica negativa. Según se mueve la nube, la superficie de la tierra adquiere una carga positiva allá por donde va pasando. Generalmente, el aire intermedio evita que se cree la chispa. Cuando la distancia entre el suelo  y la nube no es suficiente para mantener estas cargas separadas, desde la nube parte de las cargas negativas bajan poco a poco, abriendo un camino zigzagueante (ver la primera foto por la izquierda). El proceso es tan rápido que nosotros no somos capaces de apreciarlo a simple vista, a menos que se utilicen cámaras fotográficas de alta velocidad (en el blog está la secuencia completa ralentizada).  Cuando llegan al suelo (foto 2), el camino que han recorrido es como un cable eléctrico que conecta a este con la nube. Las cargas eléctricas negativas acumuladas en esta inician una rapidísima carrera hacia la tierra, calentando al mismo tiempo el aire por donde van pasando hasta temperaturas de más de 20.000 grados centígrados (varias veces la temperatura de la superficie del Sol). Este calentamiento genera la luz del relámpago que apreciamos. Lo más sorprendente es que su luminosidad va creciendo en sentido opuesto al movimiento de las cargas eléctricas. Es decir, desde la tierra hacia las nubes (fotos 3 y 4), hasta que se dibuja en el cielo el rayo completo (fotos 5 y 6). Además de la luz, el calor generado comprime el aire que está alrededor, creando las potentes ondas sonoras que forman el trueno.  Y como diría Asterix, ¡por Tutatis, qué estruendo!

NOTAS:

Las imágenes anteriores son parte de la secuencia que te muestro aquí abajo, generada por la NOAA. Si sabes inglés, tienen un magnífico web  sobre la ciencia que hay detrás de los rayos.

Imagen del rayo

Volaré aunque no quiera.

Publicado en Lindeiros, número 5 (Septiembre 2013)

Este verano ha tenido a nuestros alcaldes muy ocupados con los aeropuertos. Todos quieren tener el mejor posible en su ciudad, sin pensar en el resto de los gallegos, y con argumentos poco sólidos como la discriminación. Esperemos que alguna vez se den cuenta que lo importante no es si tenemos un aeropuerto o no en nuestra ciudad. Lo importante es cuánto tiempo necesitamos para llegar a nuestro destino final y a dónde podemos viajar sin escalas. De hecho, el avión se ha convertido en un medio de transporte ágil para viajar a lugares lejanos en pocas horas. Muchos consideran magia que pueda volar, pero realmente es solamente física.

Lo primero que necesita un avión para volar es moverse. Al igual que otro vehículo, cuenta con un motor, a reacción o de hélice, que lo impulsa hacia adelante. En esto se distingue de otros artefactos voladores como los globos o los planeadores, que no llevan su propia propulsión.

Una vez en movimiento, lo que hace que pueda volar son sus alas. Más bien, la forma de sus alas (ver la figura). Al moverse, el aire que rodea al avión se tiene que adaptar a ese movimiento. Para comprender lo que pasa, podemos dar la vuelta a la tortilla: en vez de moverse el avión, este está parado y hace viento. El aire que pasa por debajo del ala, no tiene que cambiar su velocidad para pasar, ya que no tiene obstáculos. Sin embargo, el aire que pasa por encima del ala tiene que acelerar, incrementando su velocidad, ya que no se puede detener. Pensemos en una autopista de cuatro carriles en cada sentido, en donde circulan los coches a 60 kilómetros por hora. De repente, los dos carriles de la derecha se estrechan en uno solo. Para que el tráfico no se atasque, los conductores de esos dos carriles, además de ser educados y dejar pasar al vecino, han de acelerar hasta alcanzar los 120 kilómetros por hora al llegar al carril único. Los de la izquierda no han de hacer nada para no embotellarse.

Más velocidad, menor presión

Fuerzas en el ala. Si la sustentación es mayor que el peso, el avión se levantará.

Lo mismo pasa con el aire. Pero además, al incrementar su velocidad, el aire que pasa por encima presiona menos sobre el ala que el que pasa por debajo. Como consecuencia, el avión se ve empujado hacia arriba, con una fuerza que llamamos sustentación. Si esa fuerza es mayor que el peso del avión, este se levantará del suelo, queramos o no. Sin magia. Es solo física. 

Murmullos en la cocina

Publicado en Lindeiros, número 4 (Septiembre 2013)

El melidense Julio Villamor a sus 78 años es todavía un emprendedor de altura que nos quiere hacer la vida más agradable, reduciendo el ruido que hace nuestra extractora de humos de la cocina. Éste es desagradable, molesto e intenso. Estamos tan acostumbrados a nuestro sentido de la audición que habitualmente no nos preguntamos qué es el sonido.

Lo que nosotros sentimos es realmente un cambio en la presión que hace el aire (o el agua, si estamos sumergidos) en los tímpanos de nuestras orejas. Ese cambio de presión se transmite a nuestro oído interno a través de tres pequeños huesecillos (martillo, yunque y estribo, llamados así por la forma que tienen). Allí se transforman en otro tipo de señales, que finalmente se transfieren a nuestro cerebro a través del nervio acústico.

Esos cambios de presión que sentimos, vienen en forma de ondas, como las olas del mar. Imaginemos que tiramos una piedra a un estanque tranquilo. Desde el sitio donde ha caído, se esparcen varias olas en círculo. En el agua las vemos. En el aire ocurre lo mismo, no las vemos, pero las oímos.

La frecuencia, es decir, el número de veces que el valor de la presión es la misma por cada segundo (imaginemos esas olas y contemos cuantas vemos pasar) caracteriza el sonido. Si es baja decimos que el sonido es grave. Si es alta, que es agudo. Los humanos somos sensibles a frecuencias de entre 20 y 20.000 cambios por segundo (o hercios). Pero que seamos sensibles a esas frecuencias, no quiere decir que siempre las escuchemos. Depende de su intensidad, es decir, de lo grande que sea ese cambio de presión. No es lo mismo una ola de un metro que otra de un centímetro. Incluso podemos tener olas que no apreciemos a simple vista. Lo mismo pasa con el sonido. Si los cambios son pequeños, podemos no escucharlos.

Para medir esa diferencia de intensidad se utiliza otra unidad en honor al empresario e inventor escocés Alexander Graham Bell: bel o belio. Como esta unidad es muy grande, se divide habitualmente por diez y que conocemos como decibelio.

En la fotografía se puede ver la diferencia en el ruido de mi cocina con la campana extractora apagada (39 decibelios) y encendida (91). Esa diferencia de 52 decibelios, por la forma en que se mide,  equivale a que la intensidad del sonido es 400 veces mayor. Es como si una ola de un centímetro pasara a tener 4 metros de altura.

¡Gracias Julio por pensar en cómo tener solo murmullos en la cocina!

Newton tenía razón

Publicado en Lindeiros número 3, Agosto 2013

Inevitable. El trágico descarrilamiento del tren Alvia en Santiago de Compostela se ha colado en nuestras vidas, estando presente todavía hoy. Todos intentamos obtener una respuesta a una simple pregunta: ¿por qué?. Desde el punto de vista técnico, será la comisión que investiga los accidentes ferroviarios quien tendrá obtener la explicación. Sin la información necesaria, responderla es pura conjetura inservible. Pero es inevitable que pensemos en los principios básicos de la física como primera aproximación.

Estos son las leyes de Newton. Este eminente pensador nacido en 1643 en una familia de granjeros contribuyó de forma fundamental a la física y las matemáticas, entre otras áreas del saber. A pesar de no ser un alumno brillante durante sus épocas de estudiante en Cambridge, es uno de los sabios más influyentes de los últimos 400 años. La primera de sus leyes (o ley de la inercia) dice: “Todo cuerpo permanece en su estado de reposo, o de movimiento uniforme en una línea recta, a menos que sea forzado a cambiar su estado por fuerzas ejercidas sobre él”. Es decir, si nos estamos moviendo, a menos que haya algo que nos haga cambiar nuestra velocidad o el sentido de la marcha, seguiremos haciéndolo con la misma velocidad siguiendo en línea recta. Por tanto, si estamos en una curva, alguna fuerza nos está influyendo, ya que estamos desviándonos de la recta que tendríamos que seguir.

Imaginemos que estamos de pie en un tiovivo. Nuestra sensación es que algo nos empuja hacia el exterior del mismo, como si tratáramos de fugarnos de él. Sin embargo, lo que realmente está ocurriendo es lo contrario: algo nos está forzando a cambiar nuestra dirección de movimiento, atrayéndonos hacia el interior del tiovivo. Es lo que en física se llama fuerza centrípeta, es decir, fuerza hacia el centro.

¿De dónde sale esta fuerza que nos atrapa? Pues del rozamiento entre las ruedas y la vías en el caso del tren, entre los neumáticos del coche y la carretera, o entre nuestros zapatos y el suelo del tiovivo. Las ruedas cuando giran ejercen una fuerza sobre la superficie. Y ésta sobre las ruedas, empujando el vehículo. Es la tercera ley de Newton: “A toda acción siempre se opone una reacción igual”. Pero si vamos demasiado rápido, el rozamiento no será suficiente para hacernos girar. La primera ley de Newton será inevitable y nos saldremos por la tangente.