¡La Física! Esa maravilla que está presente en todo lo que podemos ver y en aquello donde la vista no llega. La infinitud de las partículas elementales que forman todo cuanto existe en la Naturaleza, no siempre se dejan ver ni hacen posible que podamos observar las maravillas que pueden llevar a cabo,

Las sustancias formadas por una sola clase de átomos se llaman elementos químicos, y, si está conformada por distintos átomos, son compuestos. La palabra “átomo” procede del griego ατομος, que significa “indivisible” y el uso de la palabra “elemento” sugiere que se ha llegado a los ladrillos básicos con los que está formada la materia. De hecho, esta es la imagen que se tenía a mediados del siglo XIX cuando se acuñaron estos términos. Sin embargo, hoy sabemos que todo esto es falso, que los átomos se pueden dividir y que, de esta manera, los elementos han dejado de ser verdaderamente elementales. Los físicos continúan con esta nomenclatura aunque sea formalmente incorrecta, ya que, la costumbre, como dicen los juristas, no pocas veces rigen la jerga de las leyes.

A todo esto y hablando de los átomos, por fuerza, nos tenemos que acordar del electrón que da al átomo su forma esférica. Son partículas cargadas eléctricamente que se mueven alegremente alrededor del núcleo. El electrón es muy ligero: su masa es solamente 1/1.8836 de la del núcleo más ligero (el hidrógeno). La carga eléctrica del electrón es de signo opuesto a la del núcleo, de manera que los electrones están fuertemente atraídos hacia el núcleo y se repelen mutuamente. Si la carga eléctrica total de los electrones en un átomo iguala a la del núcleo, para lo que generalmente se necesitan varios electrones, se dice que el átomo está en equilibrio o que es eléctricamente neutro.

Claro que, no debemos olvidarnos de que, ¡Todo lo grande está hecho de cosas pequeñas! Una inmensa galaxia se conforma de un conjunto inmenso de átomos inifinitesimales que juntos, hace ese gran todo.

La fuerza a la que obedecen los electrones, la denominada fuerza electrostática o de Coulomb, es matemáticamente bastante sencilla y, sin embargo, los electrones son los responsables de las importantes propiedades de los “enlaces químicos”. Esto se debe a que las leyes de movimiento de los electrones están regidas completamente por la “mecánica cuántica”, teoría que se completó a principios del siglo XX. Es una teoría paradójica y difícil de entender y explicar, pero al mismo tiempo es muy interesante, fantástica y revolucionaria. Cuando uno se introduce en las maravillas de la mecánica cuántica es como si hiciera un viaje a un universo que está situado fuera de este mundo nuestro, ya que, las cosas que allí se ven, desdicen todo lo que dicta nuestro sentido común de cómo tiene que ser el mundo que nos rodea.

La perfecta sincronía Está en la Naturaleza

No solamente los electrones, sino también los núcleos atómicos y los átomos en su conjunto obedecen y se rigen por la mecánica cuántica. La Física del siglo XX empezó exactamente en el año 1900, cuando el físico alemán Max Planck, escribió un artículo de ocho páginas y allí propuso una posible solución a un problema que había estado intrigando a los físicos durante años. Es el problema de la luz que emiten los cuerpos calentados a una cierta temperatura, y también la radiación infrarroja emitida, con menos intensidad, por los objetos más fríos.

Estaban bien aceptados entonces que esta radiación tenía un origen electromagnético y que se conocían las leyes de la naturaleza que regían estas ondas electromagnéticas. También se conocían las leyes para el frío y el calor, la así llamada “termodinámica”, o al menos eso parecía. Pero si usamos las leyes de la termodinámica para calcular la intensidad de la radiación, el resultado no tiene ningún sentido. Los cálculos nos dicen que se emitiría una cantidad infinita de radiación en el ultravioleta más lejano, y, desde luego, esto no es lo que sucede. Lo que se observa es que la intensidad de la radiación muestra un pico a una cierta longitud de onda característica, y que la intensidad disminuye tanto para las longitudes mayores como para las longitudes menores. Esta longitud característica es inversamente proporcional a la temperatura absoluta del objeto radiante (la temperatura absoluta se define por una escala de temperatura que empieza a 273 ºC bajo cero). Cuando a 1.000 ºC un objeto se pone al “rojo vivo”, el objeto está radiando en la zona de luz visible.

Lo que Planck propuso fue simplemente que la radiación sólo podía ser emitida en paquetes de un tamaño dado. La cantidad de energía de uno de esos paquetes, o cuantos, es inversamente proporcional a la longitud de la onda y, por lo tanto, proporcional a la frecuencia de la radiación emitida. La sencilla fórmula es:

Donde E es la energía del paquete, v la frecuencia y h es una nueva constante fundamental de la naturaleza, la constante de Planck. Cuando Planck calculó la intensidad de la radiación térmica imponiendo esta nueva condición, el resultado coincidió perfectamente con las observaciones.

       Los cuantos de energía están presentes en todos los objetos de materia que los emiten o absorben

Poco tiempo después, en 1905, Einstein formuló esta teoría de una forma mucho más tajante: el sugirió que los objetos calientes no son los únicos que emiten radiación en paquetes de energía, sino que toda la radiación consiste en múltiplos de los paquetes de energía de Planck. El príncipe francés Louis-Victor de Broglie, dándole otra vuelta a la teoría, propuso que no sólo cualquier cosa que oscila tiene una energía, sino que cualquier cosa con energía se debe comportar como una “onda” que se extiende en una cierta región del espacio, y que la frecuencia, v, de la oscilación verifica la ecuación de Planck. Por lo tanto, los cuantos asociados con los rayos de luz deberían verse como una clase de partículas elementales: el fotón. Todas las demás clases de partículas llevan asociadas diferentes ondas oscilatorias de campos de fuerza.

El curioso comportamiento de los electrones en el interior del átomo, descubierto y explicado por el famoso físico danés Niels Bohr, se pudo atribuir a las ondas de De Broglie. Poco después, en 1926, Erwin Schrödinger descubrió como escribir la teoría ondulatoria de Debroglie con ecuaciones matemáticas exactas. La precisión con la cual se podían realizar cálculos era asombrosa, y pronto quedó claro que el comportamiento de todos los objetos pequeños estaban exactamente determinados por la recién descubiertas “ecuaciones de onda cuánticas”.

Pocas dudas nos pueden caber a estas alturas de que la mecánica cuántica (de Planck) y, la Relatividad –tanto especial como general- (de Einstein), además de ser las dos teorías más importantes de la Física de nuestro tiempo, funcionan de tal forma que uno, cuando profundiza en sus predicciones y las compara con lo que ocurre en el Universo, no puede por menos que, asombrarse, al comprobar como unas mentes humanas han sido capaces de llegar a estos profundos pensamientos que nos acerca a la realidad de la Naturaleza.

emilio silvera

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Todo, en nuestro Universo, está determinado por unas fuerzas y unas constantes de cuyos números depende todo lo que aquí sucede, sin excluir el comportamiento y evolución de nuestras mentes que, al igual que el propio universo, no deja de expandirse y crecer para que, algún día, muy lejos en el futuro, se pueda fundir con la materia expresada en su más alto grado: ¡La Luz! Todo en el Universo es energía y, nosotros, también.

Todo en nuestro Universo se comporta como determinan dos fuerzas contrapuestas, en el átomo están presentes la carga eléctrica positiva del núcleo que está equilibrada por la negativa de los electrones que lo orbitan. Las estrellas de la secuencia principal, llevan a cabo la fusión nuclear que hace que la estrella se expanda, y, sólo puede ser retenida por esa otra fuerza, la de Gravedad que, hace que la masa de la estrella tienda a contraerse sobre sí misma, bajo el peso de su propia masa, así queda equilibrada. Miles de ejemplos más se podrían poner.

Nada en nuestro Universo está disfrutando de una verdadera libertad y todo está supeditado a algo. Tampoco nosotros, aunque tengamos esa sensación, somos libre de hacer lo que nos venga en ganas y, estamos limitados como todas las demás cosas.

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Antártida:

La NASA descubre un inmenso hueco que crece a un ritmo explosivo en el Glacia Thwaites

La enorme cavidad de 350 metros de altura se detectó en el glaciar Thwaites, en el oeste del continente helado. El tamaño del hueco puede tener un papel crucial en la aceleración del aumento del nivel del mar.

El glaciar Thwaites, en el oeste de la Antártica, es considerado uno de los más inestables del continente helado. Foto: NASA vía BBC.

Los científicos de la agencia estadounidense hallaron una cavidad gigantesca que crece a “un ritmo explosivo” en el fondo del glaciar Thwaites, en el oeste de la Antártica.

El hueco tiene 350 metros de altura, 4 km de ancho y 10 km de longitud, y se estima que contuvo en su interior 14 mil millones de toneladas de hielo.

La enorme fisura es un indicio de que la masa del glaciar se está desintegrando y podría causar un aumento en el nivel del mar más rápido de lo que se esperaba.

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“El tamaño de la cavidad bajo un glaciar juega un papel importante en su derretimiento”, explicó Pietro Millilo, investigador del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA (JPL por sus siglas en inglés).

“Cuanto más agua y calor penetren bajo el glaciar, más rápido se derretirá“, agregó Millilo, autor principal del estudio publicado en la revista Science Advances.

Aumento del nivel del mar

El glaciar Thwaites tiene un tamaño similar al estado de Florida (cerca de 170.000 km cuadrados) y es responsable actualmente de cerca del 4% del aumento en el nivel del mar a nivel global.

Si todo el glaciar se derritiera, el nivel del agua aumentaría unos 65 centímetros.

Pero su colapso afectaría a su vez a otros glaciares que, al derretirse por completo, incrementarían el nivel del océano otros 2,4 metros.

Entre los años 1900 y 2016, el nivel del mar ha subido entre 16 y 21 cm.

Como dedos por debajo del glaciar

Thwaites es uno de los glaciares más vulnerables de la Antártica y los científicos buscan comprender los mecanismos que explican sus cambios.

_{La zona en rojo en el centro de la imagen muestra el sitio de la cavidad en el fondo del glaciar. Imagen: P. MILLILO ET AL vía  BBC.} 

Un factor clave es determinar la frontera o línea en la que el glaciar deja de estar sobre roca firme y pasa a flotar sobre el océano.

De la misma forma en que un buque encallado puede volver a flotar cuando se retira su carga, un glaciar que pierde hielo puede flotar sobre la roca a la que estaba antes sujeta, explicó la NASA en un comunicado.

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Entonces la frontera retrocede, exponiendo parte del fondo del glaciar al agua.

“En la parte este del glaciar, esa frontera está compuesta por canales de un km de ancho, que actúan como dedos que se van extendiendo por debajo del glaciar para derretirlo desde el fondo“, señaló Millilo.

Sensores en focas

“Sospechábamos desde hace años que el glaciar Thwaites no estaba sujeto firmemente a la roca subyacente”, afirmó Eric Rignot, investigador de la NASA y otro de los autores del estudio.

“Y gracias a una nueva generación de satélites, podemos finalmente ver lo que está ocurriendo en detalle”.

La cavidad fue revelada mediante radares que penetran el hielo con sus señales y son parte de la operación IceBridge (“Puente de Hielo”) de la NASA, que estudia las conexiones entre las regiones polares y el clima global.

La NASA señaló que el glaciar Thwaites es uno de los lugares más difíciles de alcanzar en la Tierra, el cual desde este año está siendo investigado por científicos de Estados Unidos y Reino Unido.

La iniciativa, denominada Colaboración Internacional del Glaciar Thwaites, durará cinco años y es la mayor misión conjunta entre ambos países en la Antártica en más de 70 años.

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Los científicos usarán vehículos autónomos sumergibles y fijarán sensores en focas para estudiar las condiciones oceánicas cerca del glaciar.

Aceleramiento

Inmensos bloques de hielo se desprenden del macizo y terminan diluyéndose en agua

La Antártica en su conjunto está perdiendo hielo a un ritmo seis veces más rápido que hace cuatro décadas, según un estudio publicado por la NASA en la revista de la Academia de Ciencias de Estados Unidos, Proceedings of the National Academy of Sciencies.

El continente helado perdió cerca de 40 mil millones de toneladas de hielo cada año entre 1979 y 1989.

Pero esa cifra subió a cerca de 252 mil millones de toneladas de hielo anuales a partir de 2009, según el estudio.

Nota: Estos sucesos son de una importancia capital y, de seguir por ese camino sin que busquemos algún remedio… ¡Las cosas se podrían poner algo feas!

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