¿Relatividad?

agosto 14, 2014

Si avanzo 50 metros durante 10 segundos en dirección Oeste, decimos que llevo una “velocidad” de “5 metros por segundo.” En realidad deberíamos decir “5 metros entre segundo” o «5 metros cada segundo,» pero como que se acomoda mejor la lengua al decir “por.” Es más, para ser verdaderamente cuidadosos y precisos tendríamos que decir “5 metros entre segundo en dirección Oeste con respecto al árbol que se encuentra enfrente de mi casa,” en otras palabras, para hablar de “velocidad” se requiere lo siguiente: unidades – en qué se mide la velocidad, que en nuestro ejemplo son “metros entre segundo” (podrían ser kilómetros entre hora, pulgadas entre minuto, etc.). Se requiere también especificar la dirección en la que se mueve y esto conlleva a tener que especificar un “sistema de referencia,” en nuestro caso el árbol enfrente de mi casa.

Claro que cuando no es importante ser tan precisos, solamente decimos – ayer regresé por carretera y venía como a 140 – todos entenderemos que se refiere a kilómetros entre hora (y diremos kilómetros por hora) y que la dirección era hacia nosotros, es decir hacia Colima. Para no hacernos bolas ni aburrirnos, utilizaremos esa descripción menos precisa en lo que resta de este escrito.

relative-bikeSi voy en un coche a 50 km/hr y me dirijo derechito al árbol que se encuentra plantado enfrente de mi casa, y no freno, seguramente tendré algunos problemas. Ignoremos las obvias consecuencias de dicho encontronazo y pensemos en lo siguiente: desde la perspectiva de un pasajero de nuestro coche, el árbol se acerca a 50 km/hr, en otras palabras es posible verlo de esa manera. Si le pregunto a un insecto parado en árbol, el insecto también puede decir que el coche va a 50 hacia él o que el árbol (junto con él) va a 50 hacia el coche. Es equivalente.

Un choque más emocionante: si en lugar de que nuestro coche vaya en una trayectoria hacia un árbol va hacia otro coche, entonces la cosa es más emocionante (y peligrosa). Supongamos por ejemplo que con respecto a la banqueta nuestro coche va a 50 km/hr hacia la derecha y que el coche de nuestros desafortunados amigos va a 50 km/hr pero rumbo a la izquierda. Repitiendo el ejercicio de arriba, si deseamos podemos decir que el coche enemigo viene hacia nosotros a 100 km/hr y viceversa. La velocidad es precisamente relativa y depende del sistema o marco de referencia con respecto al cual se mida. Así, si yo mido la velocidad del coche enemigo con respecto al volante de mi coche, aquel se acerca hacia mi volante con una velocidad de 100 km/hr. Si la medimos con respecto a la banqueta, uno lleva 50 a la derecha y el otro 50 a la izquierda. Creo que la mayoría de nosotros estaremos de acuerdo con lo que acabo de decir, y es además es efectivamente correcto, bueno, a medias.

einstein-1894_approx-young-sizedResulta que hace un poco más de 100 años Albert Einstein llegó a la conclusión de que lo que acabamos de describir es verdad, o casi verdad, solo cuando las velocidades involucradas son pequeñas con respecto a la velocidad de la luz, la cual es de aproximadamente 300,000 km/seg. Una vez que las velocidades sean comparables a la de la luz, encontraremos fenómenos físicos muy diferentes a lo que nuestra intuición y experiencia nos dice. Claro está que en nuestra vida cotidiana esos efectos no son apreciables ya que nos movemos con velocidades extremadamente pequeñas (comparadas con la de la luz), sin embargo existen muchos fenómenos naturales, incluyendo algunos que nosotros generamos, en los que sí se manifiestan los cambios.

Para describir un poco de qué se trata consideremos lo siguiente. Como vimos arriba, la velocidad está relacionada con un desplazamiento espacial (avanzar una cierta distancia) realizado durante un cierto intervalo de tiempo. Si voy a 10 m/s quiere decir que me desplacé de un lugar a otro, separado por 10 metros, y que lo hize durante un segundo. Si efectivamente confirmo ese enunciado quiere decir que pude medir (o alguien lo hizo por mi) una distancia (10 metros) y un intervalo temporal (un segundo). Pues bien, lo que Einstein descubrió es que la velocidad de la luz es siempre la misma y es independiente del estado de movimiento de quien la observe. ¿Qué quiere decir esto? Quiere decir que si yo enciendo una luz en cierta dirección, un observador registrará que la luz llega a 300,000 km/seg independientemente de si yo me muevo o no. No importa si yo voy en un coche que viaje a la mitad de la velocidad de la luz y luego le “aviente” la luz de una linterna, el observador no verá la luz a 450,000 km/seg, la verá exactamente a 300,000 km/seg. De hecho, si en el ejemplo de arriba los coches fueran a 200,000 km/seg (comparable a la de la luz) en lugar de 50 km/hr, no determinarían 400,000, sino algo menor a 300,000.

¿Cómo es posible? ¿Qué sucede que haga esto posible? La consecuencia de la constancia de la velocidad de la luz es que cuando viajamos a velocidades tan grandes, el espacio y el tiempo se distorsionan de tal forma que la luz, independientemente de cómo nos movamos, mantiene su velocidad. A esto se le conoce como la relatividad especial que descubrió Albert Einstein, y al contrario de lo que comúnmente se le atribuye (de que todo es relativo y no podemos determinar nada), la relatividad especial está fundamentada en dos postulados bastante no-relativos: i) Las leyes de la naturaleza son iguales en todos lados y ii) la velocidad de la luz es constante e independiente del sistema de referencia.

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Escrito por fefino

Gracias

agosto 12, 2014

Agradecemos una nueva donación anónima al fondo de becas de ConCiencia en Colima. En esta ocasión se trata de una donación para una beca mensual a un estudiante de la licenciatura en física de la Universidad de Colima. La beca está basada en desempeño y necesidad económica. Muchas gracias.

Aprovecho la oportunidad para invitar, a quien esté en posibilidades de apoyar, a que se ponga en contacto con nosotros para explicar los detalles y procedimientos. Pueden ver el historial de donaciones aquí.

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Escrito por fefino

Trompo a la uña

agosto 8, 2014

Hace unos días platicaba con Aurelio Figueroa, un escritor mexicano próximamente famoso, sobre las granizadas que han estado cayendo en Colima y sus alrededores. Además de agradecer la temperatura que dejan después de caer, nuestro escritor, con un poder de observación que envidiaría cualquier halcón, mencionaba que el granizo no era como la aguanieve y mucho menos como la nieve. Comentaba estas verdades mientras fumaba. Yo no estaba seguro de qué era lo que en realidad quería decir (reconozco que casi siempre me pasa eso cuando hablo con él) pero decidí importunarlo con una pregunta: “¿cuáles son los estados de la materia? ¿recuerdas?” a lo que respondió con enjundia y malhumor “Pos sí, ¿cómo no?, son el líquido, gaseoso y sólido, ¿o no? ¿a ver?” “Sí, sí, tranquilo. No son todos pero sí son los que esperaba que supieras. Deja te pregunto algo más” “¡Chin! ¿por qué tienes siempre que seguir preguntando? Ninguna respuesta es suficiente para que te calles.” “Bien, gracias, entonces, la nieve ¿qué estado del agua representa?” “Pos el sólido, menso. ¿Pos no que muy científico?” “Muy bien, sólido. Correcto. ¿Y el hielo?” “Pos también … ah caray, pos creo que también ¿no?” “Sí, también, efectivamente, y entonces ¿por qué son diferentes?”

No recuerdo, y créanme estimados lectores, no quiero recordar qué dijo Aurelio Figueroa al respecto. Lo que sí recuerdo es que le pedí que investigara y luego me explicara. Le advertí que era algo interesante y que seguramente se divertiría haciéndolo. Me miro e hizo una cara de consternación paternalista llena de incredulidad. “No pueden simplemente disfrutar la lluvia, tienen que complicar todo,” susurró mientras olvidaba lo que acababa de suceder y terminaba su cigarro, mordido.

trompoalaunaOtra cosa que sí recuerdo, o más bien que esa pequeña interacción con Aurelio Figueroa me hizo recordar, es que hace tiempo publiqué aquí una sección llamada “Trompo a la uña.” La idea consistía en publicar un pequeño problema para que los lectores y participantes del blog propusieran respuestas y se armara la discusión. Ya que de recuerdos se trata, también recordé la muy reciente experiencia en este espacio, en el que muchos de ustedes participaron escribiendo sus ideas sobre la pregunta de ¿qué es el tiempo?, enviándolas a mi correo electrónico para que posteriormente yo las seleccionara y presentara aquí. Así fue y me divertí mucho.

Es así como se me ocurrió revivir el trompo de este espacio y de vez en cuando publicar algunos problemitas. La idea es motivar la creatividad e imaginación de algunos de ustedes para que investiguen y participen mandando soluciones, ya sea a mi correo o a través del blog. Lo mejor sería que al compartir las ideas, opiniones y puntos de vista, se generaran discusiones entre los interesados y así se enriqueciera un espacio de intercambio cultural que tenemos muy olvidado y segregado. ¿Cómo ven?

Para re-empezar la sesión del “Trompo a la uña” propondremos varios “trompos:” el primero ya está aquí, bueno, arribita, unos cuantos renglones. Se encuentra en la conversación que tuve con Aurelio Figueroa y se trata de explicar por qué la nieve y el hielo, siendo ambos agua en estado sólido, son distintos.

Van los otros “trompos” (Traten primero de contestar sin investigar y luego investiguen las siguientes preguntas. Les recomiendo que para honrar la honestidad, escriban en un papel la respuesta inmediata que les de su cerebro. Luego, ya con calma, averigüen las respuestas y contrástenlas con las suyas. Por último compartan con nosotros su experiencia): ¿Qué punto geográfico (piensen el nombre del Estado) de Gringolandia (es decir Estados Unidos de América) se encuentra más cercano a África?

¿Si están en el océano pacífico y cruzan al Atlántico por el canal de Panamá, ¿en qué dirección cruzarían (norte-sur, noreste – noroeste, etcétera)?

Si tomamos una hoja de papel o un pedazo de cartulina y cortamos una tiras muy delgadas, estas tienden a enrollarse, ¿por qué?

Todo mundo sabe (¿?) que si tomas una concha de mar y la acercas al oído puedes escuchar sonidos que asemejan el ir y venir de las olas en el mar. Explica esos sonidos.

He escuchado por ahí que se dice que poner llantas altas a los coches permite que aumente su velocidad. ¿Es esto verdadero? ¿para cualquier tipo de coche? ¿en cualquier tipo de condiciones?

Bueno, por ahora estos “trompos” son suficientes. Espero que alguno de ellos (si no todos) logre captar su interés un ratito y nos compartan sus experiencias. Desde luego que también se aceptan preguntas y sugerencias de temas a discutir en este espacio.

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Escrito por fefino

Decadencia

julio 26, 2014

Terminando la gira de trabajo que me ha ocupado estas últimas semanas, buscando algunas posibilidades de colaboración científica para la Universidad de Colima, me da la oportunidad de compartir algo que tenía tiempo queriendo hacer y no me decidía. Curiosamente esta gira me ha ayudado a convencerme.

Desde hace algunos años hemos estado invadidos – comercialmente – por una serie de charlatanerías y estafas relacionadas con la salud. Las ideas en sí no son recientes, al menos no la mayoría, pero sí el ímpetu y aceptación que han tenido en la población, los gobiernos e incluso algunos médicos. Que haya personas que caigan en la estafa no es para nada sorprendente, pero que gobiernos y médicos lo hagan no es aceptable, sobre todo cuando hablamos de gobiernos que incluyen países de primer mundo.

bs1Para mí esto representa otro indicador contundente del gran fracaso reciente de la educación básica y superior en prácticamente todos los países. La masificación de la educación, hecha de manera no solo obligada sino sobre todo apresurada, ha generado algunos aspectos negativos, como por ejemplo, el que el nivel general de la misma se haya reducido considerablemente. La capacidad crítica y de análisis, así como la educación científica general, han sufrido transformaciones extraordinarias motivadas por la necesidad de que la mayoría de los estudiantes aprueben a toda costa. Claro está que reducir el nivel no es la única “solución” para que todos o una gran mayoría apruebe, pero sí es la “más fácil” (y por supuesto inefectiva en términos educativos reales). Entre los muchos resultados que se obtienen de dicho esquema está uno que asusta: personas que reciben una supuesta educación, además certificada, que en realidad no están preparadas. Abaladas por títulos y certificados sí, pero no verdaderamente con la capacidad de utilizar el conocimiento, entenderlo y/o generarlo. Eso es muy peligroso y de alguna manera ya estamos viendo los resultados.

vaccine1Algunos países europeos (que en general se considera tienen una mejor educación, al menos en los famosos y obviamente confiables rankings y estudios ad hoc) cuentan con una moda muy fuerte de esoterismo y charlatanería. Por ejemplo, campañas anti-vacunas y en contra de antibióticos que han ido tomando fuerza en la última década, generando problemas de salud importantes en varias comunidades. Otro ejemplo: Las farmacias proporcionan, además de medicinas probadas científicamente, toda clase de remedios o técnicas medievales (uso la palabra como adjetivo) y/o fantasiosos como la homeopatía, la iriología, la quiroprática, etcétera. Otro ejemplo de mucha actualidad es la resistencia a lo “transgénico.” Muchas de las personas con las que he hablado sobre estos temas (estudiantes, profesores, gente fuera de la academia) desconocen qué es un gen, qué significa homeopatía o cómo funciona una vacuna, pero la mayoría tiene opiniones fuertes y de mucha convicción sobre esos temas. Insisto, y deseo insistir fuertemente en esto: no tiene nada de malo que personas en general crean o quieran creer lo que se les venga en mente. El problema no es ese. El problema es que muchas de esas personas han tenido una “educación” formal. El problema es que sistemas de salud públicos, médicos, personas en general relacionadas con el cuidado de la salud, asociaciones certificadoras, etcétera, no sean capaces de entender que la inoperatividad y falsedad de esos métodos no son cuestión de opinión. Preocupa enormemente que las crean o en su defecto, que se aprovechen de la ignorancia y desesperación de las personas a las que deben servir y apoyar. Preocupa incluso, regresando a lo de la educación, que instituciones de educación superior avalen a algunas de estas charlatanerías y las incluyan en sus programas y actividades. Vaya, sabemos que pueden ser populares, ¡pero no la amuelen!

vaccines2Ante el cuestionamiento de por qué hacen eso, una respuesta típica es la de que la ciencia, y en el caso particular la medicina, no lo sabe todo. En efecto, eso es verdad, no se sabe todo. Sin embargo, si continuamos con el análisis crítico, la ciencia y la medicina sí saben algo, y cada día se intenta aprender más. Muchas veces se ha tenido que cambiar lo que se sabía para mejorar, muchas veces se descubre algo completamente nuevo y resulta que ayuda a mejorar tratamientos o curar enfermedades. Pero lo que sucede con más frecuencia es que las ideas no funcionen, es decir, se realizan estudios para determinar si algo funciona o no y muchas veces se determina que no. La ciencia sí puede determinar si algo no funciona. Ese es su principal valor. Casi siempre, desde luego, no escuchamos de las cosas que no funcionaron. Nos enteramos de las que sí porque nos las recetan y nos salvan la vida.

alternative-medicineLas veces que nos enteramos que algo no funciona es cuando alguien nos presenta una supuesta solución alternativa. Lo primero que se hace es determinar si funciona o no y cómo. Hay dos posibles resultados que son: no funciona o si funciona. En caso de que no, por lo general aquellas personas que la propusieron se sienten ofendidas y arguyen que la ciencia y las farmacéuticas no quieren reconocer sus descubrimientos. En caso de que sí funcione, deja de ser medicina alternativa y se convierte en medicina.

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Escrito por fefino

Impresiones y expectativas

julio 21, 2014

Desde que llegué fue impresionante. No era la primera vez que me encontraba en un lugar así, pero sí la primera vez que lo veía con una expectativa muy particular. Estar en medio de toda esa infraestructura científica puede ser abrumadoramente inspirador. Al verlo se entiende claramente el por qué del desarrollo de esos países, en este caso el de Japón.

Durante mi visita discutimos los pasos a seguir en la creación del grupo colimense que se inIMG_8626 al KEK. Hasta ese momento la discusión se había centrado en los aspectos generales a nivel administrativo. El director del Instituto de estudios de partículas y nucleares del KEK visitó en dos ocasiones nuestra Universidad para preparar y firmar los convenios necesarios. Ahora era turno de visitar los diferentes grupos y valorar nuestra participación. Me reuní con investigadores de todos los experimentos para compartir ideas y determinar intereses.

La mayoría de ellos no sabía de nuestras intenciones. Como dije antes, todo había sido manejado a nivel administrativo. Al enterarse de que estábamos ahí para considerar la creación de un nuevo grupo experimental, absolutamente todos los investigadores con los que hablé – de diferentes áreas y enfocados en diferentes experimentos – se mostraron interesados y sugerían que “los escogiéramos.”

Desde luego surgieron infinidad de preguntas e inquietudes. ¿Quiénes formarán el grupo? ¿En qué podrán contribuir al experimento? ¿Cómo piensan conseguir recursos? ¿Dónde está Colima? ¿Por qué se fijaron en el KEK?

Las preguntas más relevantes, que por ende nos entretuvieron más tiempo, fueron las relacionadas a los recursos humanos y financieros. En el caso de Colima la idea es generar un grupo nuevo. Adquirir recursos humanos nuevos que formen ese grupo y trabajen en el KEK. El mismo KEK participará en el proceso de selección de los candidatos. Cuando se les explicó esto (a los investigadores, las autoridades ya lo sabían) todos se entusiasmaIMG_8592ron y se sorprendieron gratamente. Empezaron a preguntar que si era necesario que hablaran español, que fueran mexicanos, que si esto, que si el otro. Una vez que se enteraron de los detalles vino el interés por Colima y México. ¿Cómo es Colima? ¿Dónde está? ¿Cómo es la Universidad? ¿Cuántos investigadores tiene? ¿En qué áreas? ¿Cuántos estudiantes? ¿Tienen laboratorios? ¿Cómo es la ciudad? ¿Es segura? ¿Cómo se viaja a Japón? ¿Hay vuelos directos?

Como podrán imaginar, se dieron conversaciones muy interesantes y de mucho detalle. Traté de explicar un poco sobre cómo son las universidades mexicanas y en particular el contexto de la Universidad de Colima. Intenté hacer una descripción del estado de Colima y sus municipios. Hablé de cómo se vive, un poco de su historia, de lo impactante de su geografía. La mayor parte del tiempo hablé, desde luego, de la Universidad y en particular de la facultad de ciencias. Hablé de cómo esa facultad ha funcionado en los últimos 10 años y cómo ha generado un grupo de investigación muy fuerte a través de la incorporación de investigadores por medio de concursos internacionales abiertos. Hablé de las carreras de física y matemáticas y el enfoque que se les ha dado. Hablé de cómo un gran porcentaje de los egresados se encuentran realizando doctorados en universidades extranjeras financiados por esas mismas instituciones. Aprovechando todo eso concluí comentándoles que precisamente ese desarrollo es el que había llevado a que propusiéramos la creación de un grupo experimental de primera, algo difícil de hacer sin infraestructura de primer nivel, en colaboración con un laboratorio como el KEK.

Para no cansarlos con demasiados detalles, comentaré solo un par de cosas que salieron en las conversaciones, que de alguna manera, reflejan expectativas culturales de los dos lados. Por mi parte, una de mis preocupaciones consistía en asegurar que los procedimientos serían transparentes y basados en calidad académica. De alguna manera yo suponía constantemente que ellos tendrían la idea de que en México generalmente no se hace así y repetí, de muchas maneras, que ello sería indispensable para nosotros. Insistí que precisamente por ello es que nosotros buscamos que el mismo KEK estuviese involucrado en el proceso de contratación: eso lo legitimaría. En realidad no estoy seguro de cuál haya sido la idea previa, en caso de haber existido, que ellos tuvieran sobre México y sus procesos académicos, pero con la confianza del “sake,” uno de ellos se animó a decirme “me parece que no eres un mexicano típico.” No supe qué responder. No me gustó el comentario y al mismo tiempo creo que sentí que lo entendía. El percibió la ambigüedad en mi reacción (corporal, porque no pude decirle nada de inmediato) y se disculpó. Le dije que no se preocupara.

Ateneo-Grand-Splendid-Modern-BookstoreOtro ejemplo “simpático” consistió en mi descripción de Colima. Insistí varias veces en que es un lugar pequeño, geográfica y poblacionalmente, y que eso es bueno. Ante mi insistencia sobre el tema, uno de ellos me pregunta, con cierta preocupación, “pero, ¿qué tan pequeño es? Le contesto que la capital, de manera conurbada con otro municipio, tiene alrededor de 300,000 habitantes, a lo que inmediatamente comentó, aseverando: “¡Ah!, entonces no es tan pequeña; con esa población seguro cuenta con buenas librerías.”

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Escrito por fefino

¿Se puede?

julio 17, 2014

Existen áreas de investigación científica que requieren de una infraestructura física y tecnológica tan grande que es imposible tenerla en una universidad o incluso difícilmente en un solo país. Los países que sí la tienen, por lo general, lo logran en colaboración con otros: los laboratorios se construyen en un cierto lugar, pero son varios los países que aportan recursos para la construcción y/o el equipamiento.

Comúnmente esos centros de investigación requieren de múltiples equipos con muchas componentes diferentes, la mayoría de las cuales tienen que ser creadas por los mismos investigadores (no se pueden comprar, no existen). Un grupo en alguna universidad de algún país puede desarrollar un proyecto, financiado por su propio país, para crear uno de los componentes necesario, llevarlo al laboratorio e instalarlo. Otros grupos harán lo propio con otros dispositivos y así, una vez que todo el equipamiento esté completo y funcionando, llega la época de experimentación. Investigadores de diferentes lugares del mundo utilizarán el laboratorio para obtener información sobre sus preguntas y proyectos específicos. Participarán todos ellos compartiendo y discutiendo los resultados y hallazgos.

La vida promedio de dicho tipo de colaboraciones va de las dos a las tres décadas, comenzando desde el diseño y construcción de los equipos hasta la obtención de datos y su posterior análisis. Se trata de proyectos de ciencia básica fundamental que sirven de base para todo lo demás.

Como podremos imaginar, la organización y funcionamiento de dichas empresas requiere no solo de la infraestructura física (laboratorios y dinero), sino también de una infraestructura administrativa sofisticada y robusta. Investigadores y estudiantes deben tener la posibilidad de trasladarse y pasar temporadas largas en instituciones distintas a las suyas, el equipo generado y/o adquirido en un país terminará funcionando en otro, la planificación de los proyectos debe contemplar fases de avance intermedias pero debe ser pensado y organizado a muy largo plazo, etc. Como también creo podremos imaginar, nada de ello es común en nuestro sistema.

En nuestro país no existe un laboratorio o centro de esas características. Para aquellas personas que hayan seguido esta columna no les resultará sorprendente esta situación: simplemente no existen condiciones que permitan si quiera imaginar la posibilidad de crear una empresa de esa magnitud en este momento. Lo que sí hay, aunque en una escala muy pequeña y marginal, es la participación de algunos grupos en proyectos grandes realizados en otros países, pero aún en esos casos, la participación ha sido muy modesta y restringida a pocos aspectos del proceso general de experimentación. Hace falta más.

Es importante aclarar lo siguiente: en nuestro país sí existen laboratorios de buen nivel en donde se realizan experimentos importantes en diferentes áreas del conocimiento. A lo que me refiero en este momento es al tipo de laboratorios y experimentos de gran envergadura que requieren la colaboración internacional que describo arriba.

IMG_8586En la Universidad de Colima estamos intentando participar con la creación de un grupo de investigación que se involucre directamente en una colaboración internacional en uno de esos laboratorios. La idea es que sea un grupo formado por investigadores que puedan incorporarse a alguno de los proyectos en fase de desarrollo de un laboratorio internacional y pueda mantener una relación de largo plazo.

Desde hace poco más de un año hemos estado trabajando con el laboratorio japonés KEK, ubicado en Tsukuba Japón, para ver la forma de crear, en conjunto, un grupo de la universidad que pueda adherirse a uno de sus proyectos. Ese laboratorio, en colaboración con el acelerador J-PARC ubicado en Tokai, cuenta con una impresionante infraestructura de aceleradores que permite llevar a cabo experimentos en diversas áreas del conocimiento: física de partículas, nuclear, de materiales, médica, de aceleradores, biofísica, entre otras. El trabajo y las negociaciones llevadas a cabo lograron que en enero de este año se firmara un convenio entre la universidad y el KEK para la creación de un grupo de 4 investigadores dentro de los próximos tres años. Debido a eso, y para organizar las actividades relacionadas a la creación del grupo, recientemente visité el KEK para organizar los procesos de contratación y de organización para que el proyecto avance.

Se requerirán muchas cosas para que el proyecto se concrete. Representa una forma muy diferente de hacer las cosas que seguramente requerirá de cambios e ideas distintas para resolver los problemas que surjan. Se requerirá conseguir recursos por parte de agencias financiadoras de la actividad científica en el país, se requerirá conseguir recursos humanos del mejor nivel posible, se requerirá brindar condiciones óptimas para el trabajo de investigación y docencia, se requerirá planear proyectos a mediano y largo plazo, se requerirá continuidad y mucha calidad. Lo importante es que todo lo que se requiere es posible. No será fácil, pero estoy seguro de que todo el esfuerzo que tengamos que hacer valdrá la pena al final. Por el momento ya estamos definiendo el primer paso para la incorporación de las primeras dos personas. Los mantendré informados.

 

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Escrito por fefino

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.

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Escrito por fefino

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.”

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Escrito por fefino

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.

 

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Escrito por fefino

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.

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Escrito por fefino

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