#HablemosDeCiencia con Fefo

La luz es una onda electromagnética. La luz es lo que entra en nuestros ojos y crea imágenes que nuestro cerebro interpreta. Es lo que “vemos.”

Las ondas electromagnéticas pueden tener muchos tamaños. Las hay enormes, con tamaños característicos – llamados “longitud de onda” – de metros o kilómetros o más, y las hay pequeñísimas (de millonésimas de millonésimas de metros). Nuestros ojos, producto de la adaptación en el agua del mar y luego en la superficie, evolucionaron para poder recibir e interpretar ondas electromagnéticas de ciertos tamaños únicamente. Las más pequeñas que podemos percibir (con nuestros ojos) tienen una longitud de onda de 4000 Angstroms (un Angstrom es la diezmilmillonésima parte de un metro), mientras que las más grandes andan por los 7000. Podemos pensar en los diferentes tamaños en términos de los colores que vemos: las más pequeñas corresponden al violeta y las más grandes al rojo. Las ondas que caen dentro de ese rango constituyen lo que llamamos “luz visible.” A las más pequeñas (que no podemos “ver” con ojos humanos) les llamamos de manera general ondas o luz ultravioleta. A las más grandotas les llamamos ondas o luz infrarroja.

Los hornos de microondas, los celulares, las estaciones de radio y televisión, los satélites, el “WiFi,” las antenas de cualquier aparato, emiten y/o absorben ondas electromagnéticas. Dependiendo de su uso y descubrimiento, se les ha puesto diferentes nombres, pero todas son lo mismo: su única posible diferencia es el tamaño o longitud de onda. Todas, incluida la luz visible, son ondas electromagnéticas.

La luz ha sido estudiada durante mucho tiempo y ello ha permitido aprender cosas muy interesantes sobre la naturaleza. Algo “evidente” es que los seres humanos descubrimos muchas cosas de nuestro entorno precisamente a través de la luz, a través de la vista. Tenemos dos “detectores” (ojos) que reciben luz de diferentes fuentes y que una computadora (cerebro) analiza para determinar ciertas propiedades de los objetos que emitieron o “rebotaron” esa luz. Así, gracias a la luz que nos llega, sabemos si viene un coche cuando estamos tratando de cruzar una avenida, podemos ver la comida que necesitamos para comer, e incluso podemos hacer cosas mucho más sofisticadas. Por ejemplo podemos ponernos de acuerdo entre varios seres humanos para que ciertos símbolos signifiquen algo (por ejemplo un abecedario y palabras en un cierto idioma). Luego alguien, con un material que absorba la luz que le cae y que no la re-emita (y que por lo tanto nosotros lo vemos de color negro) los prepara en cierto orden en un papel blanco (que rebota toda la luz que le llega) de tal modo que cuando lo sacamos al sol (o a la luz de una de nuestras lámparas), la luz que llega al papel es absorbida en las regiones donde se plasmaron los simbolitos y reflejada en las otras partes del papel. Nuestros ojos reciben la luz de todo el papel, excepto la que absorbieron los simbolitos. Nuestro cerebro, inteligente (a veces más de lo que creemos), identifica esa “ausencia de luz” como una palabra.

“Vemos” entonces que la luz y su percepción pueden ayudarnos a conocer muchas cosas. Algunas muy cotidianas, otras un poco más sofisticadas. Dentro de las sofisticadas, pero que ha tenido un impacto importante en el desarrollo de la humanidad, se encuentra la de ver y estudiar la luz que emiten las estrellas. De alguna manera eso es lo que se hace en la astronomía: estudiar la luz que emiten las estrellas. Viendo esa luz (no solo la visible) podemos aprender sobre las estrellas y el universo. Es posible, por ejemplo, saber de qué están hechas. Determinar cuánto hidrógeno y/o helio tienen. Podemos determinar su edad, temperatura, su vida esperada. Estudiando la luz proveniente de las galaxias (que no es otra cosa mas que luz proveniente de las estrellas que las forman) podemos también determinar si se alejan o se acercan de nosotros. La luz proveniente de ellas nos da información sobre la evolución y desarrollo del universo. Gracias a esa luz, podemos tener una idea concreta, verificable, de cómo es el universo.

No hay mejor manera de responder a la adversidad que la de redoblar el esfuerzo y la dedicación en las cosas que son verdaderamente importantes. Así es precisamente como hemos empezado este complicado año en la Facultad de Ciencias de la Universidad de Colima, con intensa actividad y buenas noticias.

Primero las buenas nuevas. Hace un par de semanas salieron los resultados de la edición 2016 de la competencia internacional llamada University Physics Competition (Competencia universitaria de física) en la que un equipo de la Facultad de Ciencias de la Universidad de Colima participó y logró obtener una medalla de bronce. Los estudiantes involucrados son Luis Ángel Delgadillo Franco, Martín Jacobo Pamplona y Diego Allan Reyna Rodríguez, todos ellos del octavo semestre de la licenciatura en física. Este logro se suma a los obtenidos por equipos de esta facultad desde que empezó su participación en el 2011 y que suma a la fecha dos medallas de plata, dos de bronce y cuatro menciones (somos al momento la única institución mexicana en haber obtenido medallas).

La dinámica del concurso consiste en que el equipo de estudiantes selecciona un problema de dos disponibles, publicados un viernes por la tarde en la página del evento, para que, durante las siguientes 48 horas, trabajen y desarrollen una solución. Los problemas son muy abiertos y requieren de investigación y modelaje. La solución debe ser entregada en un artículo que describa el problema y su propuesta de solución, incluyendo todas las suposiciones, estimaciones de error y los códigos (programas computacionales) que hayan tenido que generar para resolver los modelos matemáticos. En este último concurso, el problema que eligieron nuestros participantes consistió en determinar la razón (razones) por la cual los mamíferos terrestres más grandes que existen no pueden llegar al tamaño que tenían los dinosaurios. Pueden descargar el artículo que desarrollaron aquí (pdf en inglés)  

El éxito del equipo depende fuertemente de la coordinación y el trabajo en equipo eficiente. Es una experiencia muy intensa y bonita, que pone a prueba no solamente los conocimientos de los participantes, sino las habilidades de colaboración y discusión bajo presión. ¡Deberían de ver a los estudiantes un minuto después de enviar el documento!

Felicidades a Luis, Martín y Diego.

Paso ahora al tema de las actividades interesantes que se están desarrollando en la Facultad de Ciencias. Son varias y hablaré más de ello próximamente, pero hoy comento una en especial que está diseñada para el público en general y que por ello deseo invitar a todas las personas que me están leyendo. Se trata de la cuarta “Semana de Física y Matemáticas”, a celebrarse del 13 al 17 de febrero de este año. El evento consiste en una serie de conferencias para todo público. Se llevarán a cabo de manera diaria a las 18:00 horas en el Auditorio de la Biblioteca de Ciencias Miguel de la Madrid (Av. Gonzalo Sandoval # 444 Col. Las Víboras C. P. 28040 Colima, Colima). El lunes 13 tendré el honor de presentar la charla titulada “Neutrinos, quarks, Higgs y todas esas cosas que forman la materia”. El martes 14 será el turno del Dr, Andrés Pedroza (UCOL) con la conferencia “Matemática y arte: la obra de M. C. Escher”. El Dr. Carlos Castaño (UCOL) impartirá el tema “Apilados óptimos de naranjas” el miércoles 15. El jueves 16 continuaremos con la conferencia “Fourier es la onda”, que será impartida por el Dr. Ricardo Sáenz (UCOL). Para cerrar la semana, tendremos la conferencia de la Dra. Silvia Torres (del Instituto de Astronomía de la UNAM) titulada “¿Qué hay entre las estrellas?”.

Las conferencias son para el público general y no tienen ningún costo. ¡Esperamos verlos!

Hace catorce años, en algunas líneas telefónicas entre Boston y Princeton, nació el Instituto Heisenberg. Ricardo Sáenz Casas y un servidor ideábamos su creación y funcionamiento para instalarlo formalmente en Colima. La cosa era que estábamos por venir a trabajar a la Universidad de Colima en los recién creados programas de las licenciaturas en física y matemáticas, programas que por cierto fueron creados mediante una triangulación Colima – Boston – Princeton, y discutíamos qué hacer para dar a conocer a los jóvenes colimenses no solo las nuevas carreras, sino también lo que significaban. No eran carreras tradicionales ni comunes, eran más bien formas de vida y era importante explicarlo y motivarlo. Los programas fueron diseñados con un objetivo muy claro y preciso: formar y preparar a los estudiantes con los requisitos necesarios para poder, inmediatamente después de terminar su licenciatura, iniciar sus doctorados en alguna universidad del extranjero, con becas y sueldo pagados por esas universidades.

El problema: explicar y convencer a los jóvenes talentosos de que ellos, si lo desean, pueden ser científicos y contribuir al conocimiento humano. Convencerlos de que si se dedican por completo y se entregan totalmente al trabajo, es posible estudiar sus doctorados y formarse como científicos en las mejores universidades del mundo y además pagados por esas mismas universidades. Que no importa ni de dónde son, ni cuánto dinero tienen ni a quien conocen. Solo necesitan poner todo su esfuerzo y con eso existe la posibilidad de lograrlo. Que no será fácil, pero tampoco imposible.

El reto: que nos crean. Cómo convencer a una persona de 17 años (y peor, a sus padres) que quizá nunca ha pensado en salir de su ciudad para estudiar y mucho menos en dedicarse a la ciencia, algo que además ha estado siempre alejado de su entorno. Cómo hacerle para platicar con ellos y decirles que en 4 o 5 años podrían estar viviendo en Boston (por ejemplo) y estudiando en las mejores universidades del mundo, hablando inglés y además recibiendo un sueldo. Cómo hacerlo además sin sonar ridículo o exagerado.

La idea (modesta): Reclutar a un grupo de estudiantes de bachillerato y explicarles en qué consiste el quehacer científico. Reunirlos con personas que ya se dedican a la ciencia para que convivan con ellos y que puedan preguntarles cómo es su vida, su trabajo, su experiencia. Enseñarles también un poco de matemáticas y de física con una perspectiva moderna, atractiva y diferente a lo que han visto en sus escuelas. Mostrarles que la actividad científica está llena de pasión y experiencias únicas y que si tienen la vocación e interés, pueden tener una vida intensa y muy gratificante.

Pensamos por un momento qué nombre le daríamos al programa y decidimos nombrarlo Instituto Heisenberg como un modesto homenaje al físico alemán Werner Heisenberg. Lo escogimos por dos razones: la primera es que fue uno de los creadores de la mecánica cuántica, que ha revolucionado completamente la vida de todos los seres humanos, y la segunda es que lo hizo cuando tenía 20 años. Una de las ideas que deseábamos transmitir era la de que la ciencia puede ser hecha por cualquiera, en particular por los jóvenes. Además, para que Heisenberg no se lleve todo el crédito, cada generación del Instituto lleva asociada el nombre de un científico destacado, alternando física y matemáticas. Así, las diferentes generaciones han estado dedicadas a (comenzando en 2003): Werner Heisenberg, Henri Poincaré, Albert Einstein, David Hilbert, Ludwig Boltzmann, Leonhard Euler, Galileo Galilei, Bernhard Riemann, Enrico Fermi, Évariste Galois, Niels Bohr, Hermann Minkowski, Marie Curie y Emmy Noether.

El resultado: Después de 13 ediciones hemos aceptado alrededor de 360 estudiantes. De esos algunos decidieron dedicarse a la ciencia en las áreas de física y matemáticas aquí en Colima y ya se encuentran en este momento trabajando en sus doctorados en instituciones del extranjero. Nos creyeron, trabajaron, se esforzaron y están participando en el desarrollo de la ciencia.

El problema que nos ocupa empezó con Galileo Galilei. Me atrevo a decir que todos hemos escuchado algo acerca de Galileo como que tuvo algo que ver con el desarrollo del telescopio, que la iglesia (católica) se lo quería escabechar y que luego lo perdonó (después de casi 400 años), que era muy sangrón y arrogante, que lanzaba objetos desde la torre inclinada de Pisa, que si sí, que si no. Todo eso puede ser interesante pero lo que nos interesa – y en lo que nos concentraremos – es en lo que representa su contribución más grande: nos enseñó el poder de la experimentación. Observar y registrar fenómenos naturales. Crear y reproducir, a través de experimentos cuidadosos, fenómenos naturales. Dicho así parece una simplonada, sin embargo representa la base sobre la cual se sustenta todo el aparato del conocimiento humano.

La razón es muy sencilla. Si alguien proclama entender algún fenómeno de la naturaleza, no bastará con un discurso. No. Ahora, gracias a la experimentación, tendrá que encontrar la manera de explicar de manera cuantitativa, verificable y precisa, los resultados obtenidos de manera experimental. Ejemplo: una observación cotidiana y sobre la cual casi nunca pensamos es el hecho de que nos caemos. Si brincamos regresamos al suelo. Si lanzamos una piedra hacia arriba ésta regresa. Al parecer “todo lo que sube baja”. No nos debe sorprender que podamos utilizar nuestra imaginación para diseñar toda una serie de ideas que “expliquen” el porqué de dicha realidad. Podemos incluso tener discusiones acaloradas sobre ellas y será difícil decidir cuál, si es que alguna, es una mejor descripción de lo que sucede. Habrá incluso – créanme – cerebros humanos que lleguen a decir que cualquier explicación es tan válida como cualquier otra (por lo general este tipo de patología cerebral está asociada a uno de dos tipos de problemas: una increíble incapacidad de aceptar evidencias y cambiar la forma de pensar y/o una cuantiosa pereza mental). Durante siglos, antes de Galileo, todo así era: ¡puro rollo!

Sin embargo podemos hacer lo siguiente: con una cinta de medir y un buen reloj (¡Galileo utilizaba péndulos!) medimos el tiempo que un cierto objeto tarda en caer desde una altura determinada (la cinta desde luego es para medir la altura). Luego lo hacemos para el doble de la altura. Luego para el triple y así sucesivamente. Repetimos el proceso pero con otro objeto y con otro y luego con otro. Registramos todos los datos que obtengamos. Ahora sí, si le pedimos a uno de los “sabios” que generó un esquema para explicar por qué las cosas caen que nos diga cuánto tiempo tardará en caer uno de esos objetos desde una de las alturas que registramos y nos lo dice acertadamente, podremos decir que ese esquema puede ser apropiado. Si lo dice para todas las alturas registradas pues aún mejor. Si luego puede decirlo para todos los objetos, pues nos sentiremos muy contentos. Si además nos dice algo sobre lo que no hemos experimentado, es decir, si además hace predicciones y luego las verificamos y sigue funcionando, entonces estaremos borrachos por la celebración.

Una vez recuperados de la cruda, mas no de la emoción, podremos preguntarnos si el esquema es “la verdad”. Bueno, la conclusión a la que podemos llegar es que ese esquema es el mejor hasta ese momento para describir ciertos fenómenos de la naturaleza (la caída de objetos en este ejemplo). Eso es todo. En la ciencia no hay verdades absolutas. Siempre se sigue buscando la manera de llevar al límite las explicaciones a través de experimentos cada vez más precisos (utilizando mejores relojes y cintas de medir, por ejemplo) y eso ha permitido ir mejorando las explicaciones. A este tipo de explicaciones, sustentadas en experimentos y con poder de predicción, les llamamos teorías físicas. Pero más importante: lo que sí podemos hacer con certeza es determinar qué ideas o esquemas están simplemente mal, equivocados, incorrectos. Gracias a este mecanismo podemos discernir entre una explicación que puede tener algo de validez y una que no sirve.

Es conocimiento popular (¿?) que el desarrollo científico y tecnológico de una sociedad es la base de su crecimiento económico y social. Como evidencia (una de muchas) clara de ello basta con mirar a los países desarrollados, ya sea los que tradicionalmente han estado desarrollados en los últimos dos siglos o aquellos que han despegado en los últimos 20 años. Evidentemente (debe ser evidente) que el desarrollo científico lleva implícito un sistema educativo robusto e integral.

En fin, si lo que acabo de escribir arriba tiene algo de verdad, una consecuencia inmediata debería ser que si un país en desarrollo invirtiese en ciencia y tecnología (otra vez, por ende en educación en todos los sentidos), lograría desarrollarse bien. ¿Por qué no lo hacen?

Para no hablar de cosas demasiado generales, concentrémonos en este momento en una problemática muy puntual e importante: el empleo. ¿Puede el desarrollo científico y la inversión en ese rubro resolver el problema del empleo? ¿Cómo podemos generar más y mejores empleos a través de la ciencia y la tecnología?

Personas que se tienen que hacer estas preguntas, muchas veces tomadores de decisiones, necesitan respuestas directas y tangibles. Dependiendo de la necesidad o problemática a la que se enfrenten, casi siempre con una dosis política muy complicada, tienen que tomar decisiones rápidas y visiblemente “amables”. Si se puede rimbombantes, ¡mejor!

Ya que tenemos poco espacio, permítanme hacer el siguiente nano-análisis con la intención de mostrar dónde andamos y qué debemos hacer. Imaginen una línea recta (horizontal). En el extremo izquierdo se encuentran las “soluciones” apresuradas, de emergencia. Las que se toman porque “no queda de otra”. En el extremo derecho se encuentran las soluciones “ideales”, difíciles de implementar debido al tiempo que se requiere para que rindan frutos y las cantidades importantes de dinero que hay que invertir.

Soluciones que tienden al extremo izquierdo son las que abundan en países como el nuestro. Están basadas, casi siempre, en la idea (errónea) de que las empresas siguen a las empresas. Si ponemos empresas de cierto giro, otras vendrán. Suena lógico, sin embargo lo que termina sucediendo es que para poner las primeras, se tiene que recurrir a la «maquila». Es decir, para que empresas se instalen al inicio, sin una infraestructura humana de alto nivel, estas deben ser empresas que solo armen, acomoden. Requieren mano de obra barata: muchos empleos de poco nivel adquisitivo y técnico.

Soluciones que tienden al extremo derecho están basadas en la idea (correcta) de que las empresas buscan y se van a lugares en donde exista infraestructura humana de mucha calidad. Eso es lo que les atrae.

¿Entonces? ¿Qué hacemos? ¿Cuál es la mejor estrategia? Si buscamos el desarrollo económico y si estamos verdaderamente interesados en un desarrollo sostenible e integral de la sociedad, debemos desarrollar programas que caigan en varios puntos de la línea. Dada nuestra situación actual y la competencia internacional, sería imprudente dejar de tajo el lado izquierdo, sin embargo, hemos descuidado mucho el derecho. Tenemos que diseñar planes y programas que permitan diversificar y empezar a pensar en el mediano y largo plazo. Así como no podemos dejar de tajo el lado izquierdo (pero si irlo dejando poco a poco), es suicida no empezar a hacer algo con el lado derecho. En el caso concreto de Colima, dadas sus condiciones socioeconómicas y geográficas, con un proyecto pequeño, basado en lo que ya tiene de un alto nivel internacional, sostenido, bien dirigido, sin seguir modas (y protegido), se podría lograr que en un par de décadas el estado se convirtiera en un polo intelectual a nivel nacional. Los resultados “tangibles” de ese pequeño proyecto se podrían empezar a ver y sentir pronto, sobre todo si la estrategia es complementaria. Atacar varios puntos de la línea.

Para poder acelerar se necesita una fuerza. Acelerar significa cambiar de velocidad – moverse más o menos rápido. Si lanzo una pelota al aire, 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 di hacia arriba, luego empieza a disminuir su velocidad hasta detenerse y regresa incrementando de nuevo su velocidad, que esta vez es hacia abajo. Gracias a esto pudimos inventar el beisbol.

Si no existiera la gravedad, la pelota se movería con una velocidad constante y no regresaría. No aceleraría, ni para incrementar ni para disminuir su velocidad. Para acelerar necesitamos algo más: una fuerza. Si de repente me diera cuenta de que mi pelota avanza hacia arriba y que va incrementando su velocidad, supondría que “algo” la empuja dando la fuerza necesaria para lograr esa aceleración. Sin fuerza adicional, de cualquier tipo, no puede haber una aceleración. Newton fue el primero en darse cuenta de esto hace alrededor de 350 años.

Otro posible desenlace de mi lanzamiento es que le diera suficiente velocidad inicial a la pelota como para que pudiera “escapar” de la atracción gravitacional. Se le llama velocidad de escape y para el caso de la Tierra es de aproximadamente 11 km/seg (o 39,600 km/hr). Esta situación corresponde al caso en que la velocidad inicial es lo suficientemente grande para justo vencer la barrera de la gravedad y mantenerse con una velocidad constante, alejándose para siempre.

El universo está en expansión. Hemos observado que las galaxias se alejan de nosotros y entre ellas. Este hecho es el que motivó a bautizar al Big Bang como “bang”, que traducimos como “explosión”. Si todas las galaxias se están separando, podemos imaginar que “regresando la película” todas se irán acercando. Si la película sigue indefinidamente veremos que todas las galaxias, y por ende todo el universo, surgieron de una región muy pequeña en la que todo estaba junto y muy denso. Luego ¡boom!, el universo empezó a crecer. Se formaron los primeros átomos de hidrógenos, poco después enormes grupos de estrellas, algunos con planetas. En al menos uno de ellos se formaron microbios que se tornaron en dinosaurios y que después terminaron en gallinas y loros. También se formaron algunos mamíferos y telescopios, luego electrónica y satélites que sirvieron, entre otras cosas, para darse cuenta de todo eso. Obviamente también, en esa pequeña historia de alrededor de 14 mil millones de años, surgieron cosas importantes como el beisbol y los partidos políticos que todos adoramos. Ah, y el plástico.

Existen al menos tres posibilidades lógicas para la expansión del universo: la gravedad “frena” poco a poco la expansión y el universo se “regresa”. Otra opción es que la velocidad inicial haya sido la suficiente para “escapar” y permanecer en expansión de una manera constante. Por último, la expansión del universo se hace de manera acelerada: cada vez se expanda más rápido. Esta posibilidad requiere que haya algo que provea esa aceleración. Si así fuese, tendríamos que determinar qué es lo que hace que se expanda cada vez más rápido.

Lo más bonito de todo es que los mamíferos que inventaron el plástico también son capaces de medir y determinar cuál de estas tres posibilidades es la que realmente sucede. Para no hacerla de mucha emoción: el universo se está expandiendo aceleradamente. Poquito, pero aceleradamente y por ende, existe algo que está acelerando la expansión. No sabemos qué es, es un problema abierto. Le llamamos energía oscura, nomás para hacerla de emoción.