Diversidad de ideas

Me gusta escribir sin tener un objetivo predeterminado y hacer un vuelo rasante sobre la física para escribir todo lo que estoy “viendo” (lo que sin llamarlo, acude a mi mente en cada instante). Es un buen ejercicio de repaso de cosas diversas que recuerdas. Por ejemplo, ahora mismo me llega la idea de que, desde la más remota antigüedad nos viene fascinando los fenómenos ópticos. De hecho, los estudios encaminados a desvelar la naturaleza de la luz han sido uno de los motores más fructíferos de la física. A ello se dedica la óptica, hoy día una de las áreas más activas de la física.

algunos pudieron asombrarse ante esta imágen de esplendorosa belleza natural, ¿qué produjo tal fenómeno? Pero hablamos del auge en el campo de la óptica…¿dónde radica el impulso de esa disciplina?

Buena prueba de ello es la rápida sucesión de Premios Nobel en ese campo en años recientes: 1.997, 2.001 y 2.005. LRoy J. Glauber, de la Universidad de Harvard, “por sus contribuciones a la teoría cuántica de la coherencia óptica“. Estas contribuciones se recogen esencialmente en tres artículos publicados en 1.963 (sa mitad del último premio fue a manos de e lo reconocen en 2.005). Sobre ellas se ha desarrollado la óptica cuántica. En la luz se apreció por primera vez la naturaleza dual onda-partícula de los objetos cuánticos.

El comportamiento ondulatorio de la luz sirvió de prueba experimental para la teoría electromagnética de Maxwell. La idea de la luz como un haz de fotones reapareció con Einstein en 1.905 para explicar el efecto fotoeléctrico (que le valió el Nobel de física). El dualismo onda-partícula de la luz, que De Broglie extendió a las partículas materiales, es contradictorio en el marco de la física clásica. Para reconciliar ambas imágenes hubo que desarrollar la física cuántica. No obstante, como señalaba Glauber en uno de los artículos mencionados, “la teoría cuántica ha tenido una influencia sobre la óptica que es sólo una fracción de la que históricamente ha tenido la óptica sobre la teoría cuántica”.

Premio Nobel de Física de 2.005. Roy J. Glauber, de la Universidad de Harvard, Theodor W. Hänsch, del Instituto Max Plack y John L. Hall, de la Universidad de Colorado, comparten el premio Nobel de Física 2005. Glauber lo recibe por su contribución a la teoría cuántica de la coherencia óptica, mientras que Hänsch y Hall por sus contribuciones a la espectroscopía de precisión basada en láser, incluyendo la técnica de barrido de frecuencia óptica.

Motivado por los experimentos de Hanbury-Brown y Twiss en 1.954-56, y por la invención del láser en 1.960, Glauber realizó una aplicación de la electrodinámica cuántica a problemas ópticos. Mientras que los experimentos previos habían usado interferencia de amplitudes y registraban intensidades con un solo detector, Hanbury-Brown y Twiss estudiaron correlaciones en las intensidades recibidas de una estrella por dos detectores separados, observando que los fotones térmicos parecen emitirse agrupados (bunched). ¿También los de un haz de láser? Esta y otras cuestiones llevaron a Glauber a desarrollar la teoría cuántica de la coherencia, basada en los estados coherentes y en la teoría cuántica de la fotodetección. Estudiando coincidencias retardadas en la detección de fotones por varios detectores, Glauber introdujo una sucesión de funciones de correlación que mostraban las características cuánticas de la radiación y permitían diferenciar entre haces de luz con la misma distribución espectral, pero diferente estadística de fotones.

 En el universo temprano los fotones se convertían continuamente en pares

Particularmente relevantes han sido los estudios posteriores de “luz no clásica”, tales como resonancia-fluorescencia de un solo átomo, que muestra el llamado antibunching, luz cuyo ruido cuántico depende de la fase; y pares de fotones entrelazados.

El estado más común de la materia en el universo, no es ni líquido, ni sólido, ni gaseoso, sino que es el plasma; el estado de la materia que conforman las estrellas. Sin embargo, particularmente apuesto por una idea que no se va de mi cabeza, el estado último de la materia es la luz.

La otra mitad del Premio Nobel se otorgó a partes iguales a John L. Hall, de la Universidad de Colorado, JILA y NIST, Boulder y a Theodor W. Hänsch, del Max Planck Instit für Quantenoptik, Garching, y de la Ludwig-Maximilians-Universität, Munich, “por sus contribuciones al desarrollo de métodos de espectroscopia láser de precisión, incluyendo la técnica de peines de frecuencias ópticas“.

        espectroscopia de absorción atómica

 A lo largo de toda la historia la ingeniería se ha convertido en unas de las fuentes de solución a todos los problemas de la humanidad, de la mano de las ciencias y la tecnología, la cual ha aportado tantos métodos de mayor exactitud como lo es el utilizado por la espectrofotometría de absorción atómica; ya que es una técnica capaz de detectar  y determinar cuantitativamente la mayoría de los elementos del sistema periódico.

En espectroscopia se analiza la composición en frecuencias de la luz absorbida o emitida por la materia, lo cual proporciona información valiosa, por ejemplo, sobre la estructura cuántica de los átomos.

Los galardonados lideraron un proyecto espectacular en el desarrollo de métodos para producir y medir estas frecuencias ópticas, con una precisión actual de 15 cifras significativas y potencial de 18. De hecho, este tipo de medidas son de las de mayor precisión alcanzadas en física y permiten abordar cuestiones de gran interés básico, como la observación de la variación temporal de “constantes” fundamentales, como la estructura fina (α = 1/137, ó 2πe²/hc). Tienen también repercusión en el desarrollo de relojes atómicos ultraprecisos (con desajuste menor a una décima de segundo cada 100 años), útiles por ejemplo en sistemas GPS.

No dejamos de enviar ingenios al espacio para tratar de medir la Densidad Crítica y poder saber en qué clase de universo nos encontramos: Plano, cerrado o abierto. Pero, también mandamos satélirtes artificiales que, desde el cielo, dominan y controlan aspectos de la Tierra que nos son muy útiles en navegación, circulación víal, y otros muchos conceptos que, tanto en la vida cotidiana como en la investigación, nos sitúan en el más alto nivel de la tecnología…del futuro.

En espectroscopia óptica de precisión han de determinarse frecuencias de varios cientos de THz en términos de la definición del patrón de tiempo representado por desdoblamiento hiperfino del estado fundamental del cesio a 9’2 GHz. Hasta el año 2.000, esta tarea requería esfuerzos heroicos porque los detectores sólo permiten comparar directamente frecuencias separadas por algunas decenas de GHz. Se usaban por tanto complejas cadenas de generación de sucesivos armónicos de la frecuencia del cesio.

Esas cadenas eran costosas, delicadas, y de hecho, sólo algunos laboratorios las desarrollaron. El problema se ha simplificado enormemente con la introducción por Hall y Hänsch del llamado peine de frecuencias ópticas, formado por del orden de un millón de frecuencias equiespaciadas unos 100 MHz y cubriendo varios cientos de THz. De estas frecuencias pueden realizarse una medida absoluta con el patrón de cesio. Por tanto el peine sirve como una “regla” para determinar cualquier frecuencia óptica desconocida. Estos peines o sintetizadores de frecuencias, que ya se comercializan, usan láseres de femtosegundos y un nuevo tipo de fibra óptica microestructurada o de cristal fotónico…

¿Dónde estará el límite?

emilio silvera

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A veces nos hemos prguntado por la presencia de esos pequeños mundos alrededor de los planetas y, nos ha llamado la  diversidad de características que cada uno tiene y los define pero, sobre todo, nos hemos preguntado por qué están allí. Y, en relación a los planetas mayores como Júpiter -al menos en relación a sus cuatro lunas mayores- la respuesta que se nos viene a la mente sería:

Júpiter debe poseer estas lunas por idénticas razones por las que el Sol posee sus planetas. En un esquema menor, la situación debió ser la misma. Las grandes lunas de Júpiter son casi tan grandes como planetas, o, al menos, parecen planetas pequeños y, se formarían alrededor del planeta gigante del Sistema solar como Mercurio, Venus, la Tierra y Marte lo hicieron alrededor de la estrella que nos alumbra, creciendo a partir de fragmentos de materia planetaria que orbitaban el planeta. De hecho, el propio Júpiter parece un sistema solar en miniatura. La única diferencia está en que Júpiter, al no tener la masa suficiente, no pudio llegar a ser estrella y se quedó en planeta grande.

Es posible que las pequeñas lunas del Sistema solar tengan un origen diferente. Incluímos aquí las dos lunas de Marte, Phobos y Deimos -simples trozos de roca en forma de patata, de unos quince kilómetros de diámetro-, lo mismo que docenas de pequeñas lunas que giran alrededor de Júpiter y de los demás planetas gigantes.

Quizá, todas esas pequeñas lunas no son otra cosa que que asteroides capturados y atraídos por las grandes masas de esos planetas que generan una fuerte atracción gravitatoria que los hizo apartarse de sus trayectorias normales quedando “prisioneros” del gigante. Sin embargo, pueden pasar relativamente cerca de planetas como Marte y seguir, tranquilamente su viaje hacia los confines del Universo. El que Marte los pueda “enganchar”, posiblemente sea debido a que Phobos y Deimos pasaron a la distancia precisa: Ni tan cerca como para chocar con el planeta ni tan lejos como para poder evadir la fuerza de Gravedad.

Así que, ya sólo nos queda saber el origen de la luna de la Tierra. No creo que ninguna de esas explicaciones nos sirva ni sean satisfactorias al caso. Nuestra Luna no puede ser un planeta en el “sistema solar” terrestre, porque la Tierra es demasiado pequeña para poder tener su propia familia de planetas. Y además nuestra Luna está formada por materiales muy diferentes a los de los asteroides, lo que nos dice que no se trata de una captura realizada a partir del Cinturón de Asteroides. De hecho, no se ha dado todavía ninguna explicación suficientemente fiable del origen de la Luna.

A escala cósmica, el misterio de nuestra Luna es de poco importancia, y además es un misterio provocado. Harold Urey, el padre de la ciencia lunar, estudió el problema y se rindió diciendo:

“Es más fácil simular que la Luna no está en el cielo que explicar cómo ha conseguido estar ahí”

Teorías son muchas y muy variadas pero… Ni la captura de la Luna solitaria y viajera por la la fuerza de gravedad de la Tierra, ni una formación binaria -la Tierra y la Luna se formaron juntas-, o, la ficción -la Luna es en su origen parte de la Tierra- que, al ser golpeada por un cuerpo de grandes dimensiones, desgajo una parte de su superficie y, junto con otra parte del propio cuerpo invasor (que continuó su camino tan riocamente), quedaron orbitando la Tierra hasta juntarse y formar la Luna.

Hemos podido llegar a descubrir muchas curiosidades que rodean a nuestra Luna y, los modernos telescopios y aparatos de medición nos han dicho que: La Luna se aleja de nosotros describiendo un círculo espiral a razón de 2,5 centímetros cada año y, también hemos llegado a saber que el día, se alarga un segundo cada cincuenta mil años pero, de dónde vino la Luna… ¡Nadie lo sabe!

Uno de los diez hijos de Darwin llegó a suponer que el ritmo de separación de la Tierra y la Luna, podía dar lugar a imaginar que hace 50 millones de años, la Luna estaba a tan sólo unos 9.000 km de la Tierra en comparación con el promedio actual de 380.000 km y que el día, tenía una duración de apenas 5 horas.

Como podréis ver, siempre nos gustó especular.

Lo cierto es que hemos llegado a conocer muy bien la Luna y sabemos también, de qué materiales está formada y, en comparación con la Tierra, la Luna presenta una gran pobreza de elementos siderófilos (literalmente, adictos al hierro), que se adhieren con prontitud al hierro. Porque en comparación con la Tierra la Luna tiene una gran escacez de estos componentes; de hecho sólo posee una cuarta parte del hierro que se esperaría encontrar en cualquier material rocoso del Sistema solar.

El conocimiento que tenemos de la composición de la Luna se basa, por una parte, en los análisis in situ que realizaron los astronautas del programa Apolo y en los exhaustivos estudios que se han hecho de los casi 400 kilos de rocas lunares que trajeron. Hay que tener en cuenta que los astronautas tocaron únicamente seis puntos de la Luna. Por otra parte, los miles de fotografías de la Luna que se han hecho permiten extrapolar la información obtenida en esos seis muestreos para lograr una aproximación de lo que sería un estudio global, con todos los errores que esta generalización conlleva. Con todo, los geólogos han agrupado los componentes de la Luna en cuatro grandes categorías en función de su origen.

Con la excepción de los elementos implantados por el viento solar (hidrógeno, carbono, nitrógeno y gases nobles), las principales concentraciones de interés, a partir de fuentes extralunares, son las de los elementos denominados siderófilos, como el hierro, el cobre, el níquel, etcétera. La mayor parte de ellos procede de cuerpos meteoríticos que han impactado sobre la superficie lunar, y no es raro que, aunque en algunos casos existan desviaciones de la norma, sus pautas de concentración en el regolito sean similares a las de los meteoritos condríticos. Las concentraciones que podrían tener mayor interés de aplicación tecnológica se encontrarían en los restos de meteoritos de grandes dimensiones.

Las concentraciones de elementos mayoritarios son, salvo para el titanio (abundante) y el sodio (muy escaso), similares a las terrestres a excepci´çon del hierro que es sólo una cuarta parte del que encontramos en nuestro planeta. En cuanto a los elementos traza incompatibles, destacan los altos valores en tierras raras de los basaltos de tipo KREEP. Las concentraciones de elementos menores más interesantes para su utilización in situ son las del fósforo, cromo y manganeso. El cromo muestra una mayor abundancia en las rocas lunares que en sus homólogas terrestres. El manganeso en las rocas lunares llega al 0,25%.

Lo único cierto es que, lo mismo que le pasó a Harold Urey que estudió muy a fondo el problema, nadie ha sabido hasta el momento dar una explicación creíble del origen de la Luna que, está muy cerca de nosotros pero, sin embargo, no conocemos de dónde vino o cómo pudo llegar aquí. De todo lo demás sobre ella, hemos aprendido con el tiempo y, de la misma manera, esperémos que, algún día, alguien nos diga ¡y nos demuestre! su origen.

emilio silvera

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Nuestro patrimonio matemático y nuestro orgullo occidentales depende irremediablemente de los logros de la antigua Grecia. Dichos logros se han exagerado tanto que a menudo resulta difícil distinguir qué parte de la matemática moderno procede de los griegos y cuál es la que tiene su origen en los babilonios, los egipcios, los hindúes, los chinos, los árabes, etc. Las matemáticas de los griegos eran muy imaginativas y es grande la deuda que tenemos con ellos.

Sin duda alguna la obra cumbre de la Matemática griega, que aún hoy levanta pasiones entre los matemáticos y científicos en general es sin duda Los Elementos de Euclides. Generalmente se cree, erróneamente, que los Los Elementos de Euclides contienen únicamente un resumen sumario y exhaustivo de toda la Geometríia griega. En realidad los Los Elementos  supusieron la gran síntesis no sólo de la producción geométrica griega hasta el siglo III a. C. sino también de un compendio, usando el lenguaje geométrico, de toda la Matemática elemental: Geometría plana y espacial, Aritmética y Álgebra.

A este respecto escribió Proclos: «Son singularmente admirales sus Elementos de Geometría (de Euclides) por el orden que reina en ellos, la selección de los  teoremas y problemas tomados como elementos y también la variedad de los razonamientos desarrollados de todas las maneras y que conducen a la convicción» y más adelante expresa «Los Elementos son una guía segura y completa para la consideración científica de los objetos geométricos».

Sin embargo, si nuestras matemáticas actuales se basaran exclusivamente en Pitágoras, Euclides, Demócrito, Arquímes y otros griegos, sería una disciplina muy deficiente. Claro que, la realidad es que la historia de las matemáticas en occidente no se puede remontar a ninguna escuela y a ningún período que sean anteriores a la etapa de los griegos jónicos.

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“En Cosmología, las condiciones “iniciales” raramente son absolutamente iniciales, pues nadie sabe como calcular el estado de la materia y el espacio-tiempo antes del Tiempo de Planck, que culminó alrededor de 10^-43 de segundo Después del Comienzo del Tiempo.”

Es verdaderamente encomiable la pertinaz insistencia del ser humano por saber, y, en el ámbito de la Astronomía, desde los más remotos “tiempos” que podamos recordar o de los que tenemos alguna razón, nuestra especie ha estado interesada en saber, el origen de los objetos celestes, los mecanismos que rigen sus movimientos y las fuerzas que están presentes.

Claro que, nosotros, los Humanos, llevamos aquí el tiempo de un parpadeo del ojo si lo comparamos con el Tiempo del Universo. Sin embargo, nos hemos valido de todos los medios posibles para llegar al entendimiento de las cosas, incluso sabemos del pasado a través del descubrimiento de la vida media de los elementos y mediante algo que denominamos datación, como la del Carbono 14, podemos saber de la edad de muchos objetos que, de otra manera, sería imposible averiguar. La vida de los elementos es muy útil y, al mismo tiempo, nos habla de que todo en el Universo tiene un Tiempo Marcado. Por ejemplo, la vida media del Uranio 238 sabemos que es de 4.000 millones de años, y, la del Rubidio tiene la matusalénica vida media de 47.000 millones de años, varias veces la edad que ahora tiene el Universo.

Lepidolita, una de las mayores fuentes del raro rubidio y del cesio. El rubidio también fue descubierto, como el cesio, por los físicos alemanes Robert Wilhem Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff en 1861; en este caso por el método espectroscópico. Su nombre proviene del latín “rubidus” (rubio), debido al color de sus líneas en el espectro.

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¡Maldito Capital!

Hay cuestiones de las que no debemos quedar en la sombra de la ignorancia. El conocimiento de lo que pasa en el mundo es muy conveniente para poder saber, dónde estamos y qué maquinaciones se han venido y se vienen realizando para que, las criaturas del mundo “libre”, no sean tan libres y estén supeditadas a unas minorias sin escrúpulos que que lo quieren dirigir… ¡Hasta el destino Humano! está en sus manos.

A la derecha de la página del Blog, en el lugar que se denomina Enlaces, aparece: ¡Maldito Capital! – Se describe lo que es la realidad del mundo. Merece la pena que le dediquéis un rato para saber, de qué van las cosas.

emilio silvera

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