Energía oscura

mayo 29, 2014

#HablemosDeCiencia

expanding_universePara poder acelerar se necesita una fuerza. Acelerar significa cambiar de velocidad – moverse más o menos rápido. Si lanzo una pelota al aire con mi mano, la empujo por un breve instante y proveo una aceleración que a su vez hace que empiece a moverse hacia arriba. En el momento en que deja mi mano, la única fuerza que sigue “sintiendo” es la de la gravedad, que la jala hacia abajo. Por eso la pelota sale disparada con la velocidad inicial que le dí hacia arriba, luego empieza a disminuir su velocidad (acelera negativamente) hasta detenerse y regresa incrementando de nuevo su velocidad (acelera positivamente), que esta vez es hacia abajo. Gracias a ésto, pudimos inventar el béisbol.

Si no existiera la gravedad, una vez que la pelota dejara mi mano, se movería con una velocidad constante y no regresaría. No aceleraría, ni para incrementar ni para disminuir su…

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¿Hemos mejorado?

mayo 28, 2014

#HablemosDeCiencia

Si, claro, por supuesto, de muchísimas maneras.

Es común escuchar “argumentos” de que antes se vivía mejor. Que de alguna manera todo el avance tecnológico y de conocimiento no ha mejorado la vida de los seres humanos (y por supuesto se dan ejemplos anecdóticos sobre alguna cosa en particular, ejemplos que se toman como prueba irrefutable de que efectivamente no hemos mejorado). Claro que la mayoría de las veces que escucho estas frases es en conversaciones casuales y de poco análisis verdadero, pero a veces creo que algunas de las personas que las dicen de verdad lo creen.

Aquí les dejo este video para que lo incorporen en sus análisis personales sobre el tema. Enjoy…..

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Radiación de cuerpo negro (parte 1)

mayo 26, 2014

¿Cómo sabemos de qué están hechas las estrellas? Durante muchos años los seres humanos observaron el cielo con sus planetas y estrellas. Durante muchos años eso era lo único que podían ver. Sus observaciones permitieron encontrar patrones en los movimientos celestes y eso ayudó a que eventualmente entendieran el movimiento de nuestro planeta en el sistema solar. Esas observaciones ayudaron a Kepler a describir el movimiento de Marte (y de los otros planetas) con una órbita elíptica en términos de las famosas leyes de Kepler. Esas observaciones, y las leyes de Kepler, ayudaron a confirmar el poder y la utilidad de las leyes de la dinámica, así como de la teoría de la gravedad, ambas de Newton. Gracias en gran medida a esas observaciones nació la ciencia.

Aparte de los movimientos se observaban otras dos cosas en las estrellas: su brillo y su color. Es decir, se tenía una descripción de qué tan brillante con respecto a, digamos el sol, eran las estrellas que se podían ver, y luego se decía que algunas se ven rojas, otras azules, etcétera. Pero eso era todo. No se sabía nada más acerca de ellas. Ni de sus orígenes, ni sus diferencias, ni de qué eran en realidad. No siempre fue claro que el sol es una estrella, por ejemplo.

Hot_metalworkPasaron siglos y a principios del siglo XX la física estaba metida en tratar de entender algunos fenómenos que parecían contradecir las teorías existentes en esos días. Uno de esos fenómenos/problemitas consistía en describir la radiación (luz) que emiten los cuerpos calientes. Es probable que alguna vez hayas calentado (o visto a alguien hacerlo) un trozo de carbón o de metal. Seguramente habrás notado que conforme el carbón se calienta éste cambia de color (y lo mismo para el metal).

La física describe la radiación – la emisión y absorción de ondas electromagnéticas (luz) – a través de la teoría electromagnética, formulada por Maxwell en el siglo XIX. Por lo tanto los físicos de principios del siglo XX deberían de poder explicar por qué y cómo cambian los colores del carbón conforme se calienta.

Para cuantificar el fenómeno de manera precisa lo que se hace es lo siguiente: Se toma un objeto negro (negro significa que no emite – o casi no emite – radiación) con una cavidad interna y se le hace un orificio. Se cubre el orificio de tal manera que nada (radiación) puede salir. Se le coloca en un horno y se le transmite calor hasta que adquiera una temperatura determinada (hasta que esté en “equilibrio térmico”). Una vez logrado esto, se destapa el orificio y se deja que salga la radiación, la cual es recibida por un espectrómetro que identifica la intensidad de la radiación para un cierto rango de frecuencias, en otras palabras, el espectrómetro es un aparato, que ya existía en esa época, que nos dice cuanta luz (intensidad) se recibe de cada color (frecuencia). Se registran los datos en una gráfica en la que el eje horizontal corresponde a la frecuencia y el eje vertical a la cantidad de luz recibida. Esto fue el experimento. Lo recabado es lo que sucede, independientemente de si lo entendemos o no: es lo que es.

¿Qué se observa? Se obtiene que casi no hay radiación para frecuencias muy bajas. Conforme la frecuencia va incrementando, lo hace también la intensidad hasta llegar a una frecuencia particular (característica del material) en la que la intensidad llega a un máximo – el color que vemos si es visible. Posteriormente, conforme la frecuencia sigue avanzando, la intensidad comienza a disminuir rápidamente hasta llegar a cero para frecuencias muy altas. La forma precisa de la variación de la intensidad en función de la frecuencia es lo que la teoría debe de proveer.

UltravioletCatastrophe02¿Qué nos provee la teoría? Utilizando el electromagnetismo y las ideas de la época acerca de la materia (la teoría), tratamos de predecir/reproducir, según sea el caso, los resultados obtenidos por el experimento: predecimos si aún no conocemos los resultados, reproducimos si ya los conocemos. Los físicos de la época hicieron ambas cosas (experimento y cálculo). Al finalizar los cálculos matemáticos comparamos (compararon) y ¡oh sorpresa! No le damos ni cerquita. La teoría electromagnética predice que la cantidad de luz emitida debe crecer conforme crece la frecuencia ¡de manera indefinida!, ¡para siempre! – entre más frecuencia, más intensidad. De hecho, tomando los resultados matemáticos “al chile”, se llega a la conclusión de que si pudiéramos medir frecuencias infinitamente grandes, la radiación emitida sería infinita. Obviamente una tontería. El experimento muestra algo distinto, por supuesto, y la teoría queda en ridículo.

El problema, llamado catástrofe ultravioleta, era importante. Efectivamente invalidaba las ideas sobre la materia y posiblemente aspectos del electromagnetismo, que sin embargo, era una teoría que funcionaba maravillosamente para todo lo demás. Era una de las teorías más comprobadas y consistentes que se habían logrado realizar. Entonces pues, un verdadero desastre.

Planck(young)No hay mejor época para dedicarse a la ciencia que cuando hay crisis y “desastres” como los que acabamos de describir. Max Planck, físico alemán, fue quien empezó a resolver el desastre. Propuso la “cuantización” de la energía para poder explicar los resultados experimentales. Importante señalar que la solución utiliza la teoría de Maxwell ¡intacta! El electromagnetismo no era el problema, aparentemente. Se empezaba a gestar la mecánica cuántica.


Siempre equivocados

mayo 21, 2014

Prácticamente siempre estamos equivocados. Tenemos una facilidad asombrosa para engañarnos e inventar cosas que de verdad, casi siempre nos equivocamos. En la ciencia, también, casi siempre nos equivocamos. Es posible que la idea que se tiene de la ciencia es que siempre dice tener la razón y que la ciencia no se equivoca. Es curioso que en realidad la situación sea dramáticamente opuesta.

Ante cualquier duda, ante cualquier interrogación, todos desarrollamos una explicación. De diferentes niveles y profundidades pero nuestro cerebro intenta dar respuesta. Casi siempre se equivoca. De hecho, nuestro cerebro es tan terco en querer explicar las cosas que muchas veces nos obliga a ver, escuchar, sentir cosas que en realidad no suceden. Lo hace para que sus propias explicaciones sean validadas.

Así, cuando un científico trata de explicar y de entender algún fenómeno, de la misma manera, produce ideas que prácticamente siempre están equivocadas. Intenta describir el fenómeno y rápidamente se da cuenta de que lo que se imaginó a primera instancia en realidad no funciona. Luego se le ocurre alguna otra cosa. Y lo mismo, resultado negativo. Luego otra y otra y otra. La diferencia crucial con el científico es que intentará por todos los medios disponibles de verificar si la idea original – modificada muchas veces por su misma insuficiencia ante la realidad – es correcta o no. O si al menos se acerca un poco.

wrong-wayY como todas las personas, científicas o no, el investigador muchas veces se engaña a sí mismo. Muchas veces no quiere renunciar a su idea, incluso cuando la evidencia apunta en otra dirección. El investigador, el individuo, científico o no, no deja de ser humano y de tener preferencias, dogmas, inseguridades. Lo interesante de la ciencia es que a través de su método, elimina estas deficiencias y requiere de la confirmación de muchos otros. Es precisamente así, bajo la confirmación y escrutinio de muchas personas diferentes e incluso épocas diferentes, que la ciencia avanza. Los conocimientos científicos nunca son absolutos, siempre van adaptándose a nuevas y cada vez más precisas observaciones. La verdad científica crece y se mejora. Una posible manera de decir cómo es que avanzamos en la ciencia es la siguiente: dada una idea, una teoría sobre algún aspecto de la naturaleza, todos intentamos romperla. Intentamos destrozarla. Buscamos el lugar en el que falla, en el que no se aplica, en el que no es válida. En cuanto alguien dice tener una verdad, el resto se empecina en demostrar que no, que está equivocado. Por eso, cuando se dice que algo es científicamente comprobado o avalado, lo consideramos robusto y poderoso: se ha intentado derribarlo por todos los medios disponibles (y se seguirá haciendo) y no se ha logrado. Si no representa una verdad ¡seguramente anda cerca! Para avanzar es necesario poder decir: “estás equivocado.”

También por eso es que los científicos, al encontrarnos ante aseveraciones sobre fenómenos que evidentemente violan las leyes descubiertas, reaccionamos con incredulidad y escepticismo de manera inmediata. Cuando se nos dice que existen fenómenos que claramente violarían las verdades científicas conocidas, resulta evidente que se trata de alguna confusión o de alguna charlatanería. No es porque no queramos que así sea. No es porque creamos que las verdades científicas sean sagradas. No. Lo que pasa es que nosotros mismos nos dedicamos a tratar de violarlas y romperlas. De estirarlas hasta donde se revienten. Sabemos que no son absolutas y además aprendimos que destruyéndolas es como aprendemos más. Así que si las violaciones burdas, grandes y obscenas que a veces nos dicen ocurren de verdad existieran, no sería muy difícil verificarlas.

No somos defensores de verdades. No nos dedicamos a cuidar que nuestras verdades sean acatadas ni aceptadas. Nos dedicamos a intentar describir y entender la naturaleza. Hemos obtenido algunas ideas muy bonitas sobre cómo funciona la naturaleza. Las analizamos, las extendemos, las rompemos. Conforme conocemos más, somos capaces de generar nuevas maneras de explorar (en un proceso auto-generativo): construimos mejores instrumentos para nuestros experimentos, con mejor tecnología que nos permite observar nuevos aspectos antes desconocidos, con eso aprendemos más y así sucesivamente. Al ser humanos tenemos bandos, grupos, escuelas. Nos peleamos. Algunos podemos morir aferrados a nuestra idea. Pueden pasar generaciones enteras en dilemas y confusiones y aun así, ya que la mayoría de los involucrados se mueran, sobrevivirá la idea, si es que la había, que más se haya acercado a la realidad. Lo demás quedará en el olvido o, si tiene suerte (el individuo), podrá suscitar algún trabajo de carácter histórico, nada más.

Como diría Santiago Ramón y Cajal cuando en una reunión social alguien le preguntó “¿qué tal querido Cajal, qué verdad encontró hoy?” a lo que él amablemente respondió: “Ninguna. Las verdades son difíciles de encontrar, si no, no se les buscaría tanto.”


Malas palabras

mayo 20, 2014

Ahora que he estado presentando la conferencia titulada “¿De qué estamos hechos?” surgió una inquietud interesante. Una persona con la mala suerte de escucharme durante mi reciente presentación en Tuxtla Gutiérrez, Chiapas, se interesó en el tema del Gran Colisionador de Hadrones y se puso a investigar en internet todo lo que pudo al respecto. Se puso a verificar lo que mencioné durante la charla, revisó videos, entrevistas, blogs, etcétera.

Al verlo unos días después de mi charla me comentó todo lo que había estado haciendo. Confirmó que lo todo fue muy interesante y motivador, sin embargo, hubo algo que no le gustó y me preguntó sobre ello. Resulta que durante sus búsquedas se entera de lo que significan las siglas del CERN (que yo mencioné pero seguramente en ese momento no le inquietó), el centro de investigación en donde está construido el Gran Colisionador de Hadrones. CERN son las siglas en francés de “Centro Europeo de Investigaciones Nucleares.” Cuando él asimila este nombre le surge una inquietud: dice “Nucleares,” entonces seguramente no solo hacen lo que yo le dije (eso de buscar la respuesta a las preguntas más fundamentales sobre el universo), sino que seguramente también harán cosas relacionadas con algo militar y desde luego negativo. El simple y sencillo hecho de que estuviese involucrada la palabra “nuclear” le significó que había algo oscuro y poco honesto en los experimentos que ahí realizan. Traté de explicarle, creo que con éxito, a lo que se refiere, pero no dejó de fascinarme la reacción y recordé que tenía en mente hablar de ese tema desde hace tiempo.

Así como “nuclear” existen varias palabras relacionadas con temas científicos que en el colectivo han adquirido una connotación por lo general negativa o poco favorable. Algunas de esas palabras parecen ya contener añadidos a ellas, incluso por su mero pronunciamiento, juicios de valor de manera intrínseca. Es interesante. Ejemplos característicos de ellas: nuclear, atómico, transgénico, químico(a), ecología, orgánico, alternativo, antimateria, entre otras.

atom_model_02Hoy hablaremos solo sobre “nuclear” y en el ámbito de la física, que es donde se ha creado el símbolo más penetrante y cautivador. Claro está que “nuclear” viene de núcleo, que en este caso, se refiere al núcleo de los átomos. Los átomos son la versión más pequeña de cada elemento químico: átomos de hidrógeno, de oro, de plata, de hierro, etcétera. La estructura básica de los átomos consiste de un núcleo que contiene prácticamente toda la masa del átomo, y de electrones (partículas muy ligeras y con carga eléctrica negativa). Los núcleos a su vez están compuestos de dos tipos de partículas llamadas protones y neutrones (a su vez conformados por partículas llamadas quarks). Los protones son eléctricamente positivos y los neutrones pues sí, son neutros (esa es la capacidad lírica de los físicos al nombrar las cosas). El descubrimiento del átomo a finales del siglo antepasado y el posterior descubrimiento de su composición en términos de electrones y un núcleo, que se dio en las primeras décadas del siglo pasado, dieron nombre a lo que ahora llamamos física atómica y física nuclear, es decir, a las ramas de la física que se dedican específicamente a tratar de descubrir y estudiar las leyes naturales que rigen esos sistemas.

Nuclear-Explosion-001Durante la segunda guerra mundial se desarrolló la llamada bomba atómica o bomba nuclear. En términos muy generales, lo que se desarrolló, y que fue utilizado como arma en ese momento, fue la posibilidad de generar grandes cantidades de energía manipulando los núcleos atómicos de algunos elementos químicos. Existen diferentes mecanismos que permiten esa generación de energía y por ejemplo uno de ellos, que también se utilizó para desarrollar armas en su momento, es el mecanismo a través del cual el Sol produce la energía que genera la vida en al menos este planeta. Otro mecanismo similar es el que mantiene el núcleo de nuestro planeta a temperaturas lo suficientemente elevadas para que exista un manto prácticamente líquido. También generamos energía eléctrica en los famosos reactores.

Este hecho, el haber construido (y que se hayan utilizado) bombas con capacidad de destrucción antes inimaginable, así como el de haber generado todo un nuevo paradigma en las relaciones internacionales y la definición de guerra, generó de manera natural y comprensible toda una amalgama de sentimientos y estigmas asociados a una palabra: nuclear.

Un ejemplo chusco: hemos oído hablar, en el contexto de hospitales, de la ya famosa “resonancia magnética.” Es una herramienta médica que permite obtener información sobre los órganos internos sin necesidad de abrir el cuerpo. Lo curioso o chusco de esto es que en realidad, el fenómeno físico en el que se basa ese dispositivo se llama “resonancia magnética nuclear,” ya que efectivamente son los núcleos de los átomos en el organismo los que al interaccionar con campos magnéticos del aparato generan la radiación que luego es detectada y hecha imagen para que los médicos puedan diagnosticar. Sin embargo, debido a que la palabra “nuclear” puede poner nerviosas a las personas, se optó porque al aparato y al procedimiento se les llamara simplemente “resonancia magnética.” Así, tranquilos, gracias a la física nuclear, podemos ir a que nos vean por dentro.

 

nmr

 


Mamá, papá, quiero ser matemática

mayo 14, 2014

Recordando un tema que puede ser de actualidad en estas fechas de decisiones para chavos de prepa. ¡Suerte!

#HablemosDeCiencia

Y se llevó a cabo la Primera Semana de Física y Matemáticas en la Universidad de Colima (http://fejer.ucol.mx/semana).

La idea de organizar esta serie de eventos consiste por una parte en dar a conocer el tipo de cosas que realizamos en la Facultad de Ciencias en el día a día. Abrirnos y acercarnos un poco más a la comunidad, para que con suerte nuestro trabajo deje de ser algo desconocido. Por otra parte, la intención es acercar a las y los jóvenes con aptitudes e intereses científicos a la oportunidad de dedicarse a la ciencia. Jóvenes que, de alguna manera, sienten una atracción por el conocimiento y la naturaleza, pero que quizá no han contemplado una vida dentro de la ciencia, ya sea por no saber cómo es el quehacer científico, o peor aún, por tener una idea equivocada de lo que es. Recuerdo, por ejemplo, cuando era estudiante de…

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Mente abierta

mayo 13, 2014

Una pregunta que me han hecho últimamente con cierta frecuencia es la de ¿qué se necesita para que una persona sea científica? ¿Qué atributos, talentos, capacidades y cualidades son indispensables? ¿Se necesita ser un genio? (si me han hecho esa pregunta, en serio, y también la que sigue), ¿Se necesita estar un poco loco? Muchas de estas preguntas surgen debido a que andamos promoviendo entre los jóvenes la idea de que ellos pueden dedicarse a la ciencia. Les decimos que no importa de dónde sean ni cuánto sepan: si lo desean y si están dispuestos a trabajar muy duro, tienen la oportunidad de convertirse en científicos y participar en la increíble travesía de extender el conocimiento de los humanos.

Las respuestas que he dado son variadas, pero una cosa que siempre menciono es que para poder ser científico, es necesario tener o adquirir una mente abierta. Creo que la mayoría de nosotros hemos escuchado la frase “mente abierta” en diferentes contextos y por ende podemos tener varias ideas sobre lo que ella significa. Debido a ello, siempre que menciono que para poder hacer ciencia se requiere tener una mente abierta, sigo mi explicación comentando a qué me refiero con esa expresión.

open-mindEs típico, al menos con la mayoría de las personas que he tenido oportunidad de hablar sobre este tema, que por mente abierta se interprete algo como lo siguiente: tener una mente abierta significa que todas las ideas son válidas y todas las opiniones cuentan igual. Una mente abierta es una mente “tolerante” que no juzga y no contradice ideas diferentes. Tener una mente abierta es aceptar a todos y por ende es algo positivo y “bueno.”

Patrañas. Eso no es tener una mente abierta, eso más bien es no tener mente. En realidad, aunque vestido de corderito benevolente, es una hipocresía de egoísmo barato: al poner como primicia que cualquier opinión es válida, en realidad lo que se está diciendo es: mi opinión es válida. No es necesariamente una expresión de tolerancia, como se pretende hacer ver, sino una actitud de autodefensa y protección para que las ideas propias no estén sujetas al escrutinio ajeno. Si digo que cualquier idea es igualmente valiosa, entonces automáticamente la mía lo es. Eso no es una mente abierta, eso es una tontería.

Una mente abierta es, de hecho, prácticamente lo opuesto. Una mente abierta es algo muy difícil de tener. ¿En qué consiste? La idea es muy sencilla: Todos tenemos ideas preconcebidas sobre prácticamente cualquier cosa. Ante cualquier idea, pregunta, situación, nosotros generamos ideas y explicaciones con diferentes niveles de sofisticación. Una mente abierta es aquella que defiende y elabora sus ideas y sus teorías sobre las preguntas y cuestiones que se le presentan. Al recibir opiniones diferentes las discute, las critica y trata de mostrarlas incorrectas. Luego, y esto es lo crucial, si la evidencia presentada y discutida muestra que la idea propia es incorrecta, la mente abierta acepta que estaba equivocada y sustituye – reemplaza – sus ideas con las nuevas que resultaron del análisis.

Una mente abierta es capaz de reconocer que estaba equivocada. Una mente abierta defiende sus ideas hasta que la evidencia muestra que son incorrectas. A partir de ese momento las abandona y busca otras que estén de acuerdo con la evidencia. Muchas veces no hay evidencia. Muchas veces hay misterios, hay incógnitas sin solución. En ese caso la mente abierta puede asumir una solución parcial, incompleta, pero siempre reconocerá que es parcial e incompleta. Nunca será absolutista.

quote-who-is-more-humble-the-scientist-who-looks-at-the-universe-with-an-open-mind-and-accepts-whatever-carl-sagan-263887Como podrán imaginar, tener una mente abierta es muy difícil. Las personas que se dedican a la ciencia tienen que “educar” a su mente a funcionar de esa manera. Es tan difícil y contrario a lo que hacemos de manera natural que los mismos científicos a veces se pierden y “se les resbala.” Hay científicos que han sufrido mucho por querer aferrase a sus ideas más que a la evidencia, a final de cuentas son humanos también. El entrenamiento se va dando desde que las personas deciden estudiar una carrera científica. Inmediatamente, desde la primera tarea en el primer semestre, se dan cuenta de que casi siempre se equivocan. Aprendemos muy rápido que nuestra mente requiere de tolerar derrotas ya que la naturaleza es mucho más interesante y creativa que nuestra intuición e imaginación. Lo hermoso es que llega un momento en donde podemos armonizar nuestras ideas con la realidad. Eso produce una satisfacción y una serie de sentimientos maravillosos, pero no sucede fácilmente.

Así que no teman contradecir ideas y opiniones. No teman que otras personas critiquen y destruyan sus ideas, es la mejor manera de crecer y aprender cosas nuevas. Critiquen y discutan fuertemente sus ideas, pero sustentándolas. Cuando no puedan sustentarlas, o cuando les muestren que están incorrectas, desháganse de ellas y siéntanse felices de haber crecido con ello.