Y se hizo la luz

julio 28, 2016

 

La luz es una onda electromagnética. 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). Las más pequeñas que podemos percibir con los 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 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.

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 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 veamos 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 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. Eso es precisamente lo que está sucediendo en este momento en que usted, querida lectora, querido lector, está «no viendo» estas letritas impresas en el periódico.

«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, con un impacto importante en el desarrollo de la humanidad, se encuentra 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.

 


Felicidades a Pavel y Óscar

abril 3, 2016

Aquí pueden encontrar información sobre la vigésima quinta edición del concurso de investigación para estudiantes del nivel medio superior: “MEF EDUCATIONAL INSTITUTIONS RESEARCH PROJECTS COMPETITION“, cuya fase final se celebrará del 10 al 13 de mayo en Estambul, Turquía.

El concurso tiene dos fases. La primera consiste en que grupos de máximo dos estudiantes y un supervisor envíen un reporte científico y un video promocional de sus proyectos. Estos materiales son evaluados por un comité para determinar si tienen la calidad necesaria para pasar a la segunda (y final) fase, en la que los estudiantes y supervisor presentan de manera presencial sus resultados ante los miembros del comité evaluador. Existen tres categorías: física, química y biología. Hay un premio por categoría.

Este año, por primera vez, México participa en este evento a través de un equipo de la Universidad de Colima conformado por los estudiantes Pavel Ignacio Amezcua Camarena del Bachillerato 18 y Óscar Alejandro Chávez Torres del Bachillerato 25 . Como supervisor funge el Dr. Juan Reyes Gómez.

El equipo de la U de C participó en la categoría de física y logró pasar a la segunda fase.  Su proyecto lleva por título: “Death by carbon monoxide: Search for sensor materials to reduce it”

Aquí pueden encontrar el reporte científico que prepararon: MEF2016-Amezcua-Chavez-Reyes-COLIMA

Aquí pueden ver el video promocional de su proyecto: Death by carbon monoxide: Searching for sensor materials to reduce it

Les invito a que feliciten a estos estudiantes en la sección de comentarios del video (y aquí).

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Una carta

enero 11, 2016

 

eriquiux1Encontré una carta que escribí a mis hermanas hace cuatro años y en la que respondía una pregunta que ellas me hacían: ¿qué haces? Comparto con ustedes mi respuesta.

“… se preguntan qué hago, es decir, cómo es mi día a día. Por lo general uno esta acostumbrado a ver a las personas que laboran ir a un lugar determinado, con un horario fijo y con labores bien definidas. Por lo general uno también ve que la mayoría de estas personas no iría a trabajar si no lo necesitara. Describir mi trabajo en ese sentido es un poco complicado. Tengo por supuesto actividades “normales” que se pueden entender, como dar clases a ciertas horas, dar asesorías, hacer trabajo administrativo, etc. Sin embargo ninguna de estas actividades representan en realidad mi trabajo, son simplemente algunas responsabilidades que tengo debido a mi trabajo.

curru1Mi trabajo es investigar. Investigar acerca de cómo funciona la naturaleza. Tratar de entenderla y de encontrar sus secretos. Este trabajo es muy intenso y muy personal. Es muy apasionado y requiere de mucha concentración. En mi caso, el tipo de problemas que trato de resolver (o encontrar ya que a veces es mas difícil formular un problema que resolverlo) son de carácter matemático. Resulta que la naturaleza nos habla en matemáticas, no sé por qué, ¡pero así es!. Al ser así, entonces, mi trabajo lo puedo realizar prácticamente en cualquier lugar. Lo único que necesito es poder pensar sin distracciones y tener acceso a una computadora cuando se me ocurre la solución (muchos de los cálculos involucrados en la solución de los problemas requieren la utilización de computadoras). 
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Para ser un poco más concreto (pero me temo que solo un poco más) les contaré lo siguiente: soy físico, lo que significa que mi trabajo es sobre el área de la ciencia llamada física. Prácticamente todo mi trabajo hasta hoy ha sido dentro de la física de partículas, una de las muchas divisiones o sub-áreas de la física, que es la que trata de entender de qué estamos hechos. De qué estamos hechos nosotros, el agua, el sol, el universo entero.

Hemos descubierto, a través de muchos años de experimentación e investigación, que existen unas “partículas” fundamentales que se combinan en diferentes maneras para formar todo lo que podemos ver y tocar. Estudiar sus propiedades y la forma en que interaccionan para combinarse es lo que se puede decir que estudiamos. Existen muchos misterios y dudas sobre estas partículas y sus propiedades. Mi trabajo es tratar de encontrar pistas que nos puedan acercar más a conocerlas mejor. 

Sé que puede sonar efímero e inútil, sin embargo, les puedo comentar que toda la tecnología que ustedes han utilizado (directa e indirectamente) y la que sus hijos van a utilizar, se ha podido crear (y se creará) gracias al entendimiento sobre estos aspectos de la naturaleza. El hecho de que ustedes estén leyendo esta carta en el monitor de la computadora y que esta carta haya llegado hasta ese monitor, ha requerido del entendimiento de una vasta cantidad de fenómenos naturales para ser posible. Es en realidad majestuoso lo que hemos logrado y aún más majestuoso que ha sido siempre generado por la curiosidad de algunas cuantas personas. 

No me equivoco ni exagero en decir que gracias al estudio científico de la naturaleza (en el sentido que les describo arriba) es que vivimos. La derrama tecnológica de los estudios de la física fundamental en las áreas de medicina, producción de alimentos, transportación, comunicaciones, etc. es inmensa. Áreas completas de investigación científica han sido creadas a partir del entendimiento de los aspectos mas básicos y fundamentales de la naturaleza. Como pueden ver, es un mundo apasionante y muy cercano a todos nosotros, aunque a veces no lo percibamos.

Así que eso es lo que hago.”

 

 


En el tren

enero 8, 2016

HansBetheEn realidad no tenía mucha idea sobre la astrofísica, lo suyo era la física nuclear. Asistió a la conferencia porque la organizaba un buen amigo y porque tendría la oportunidad de ver algunos conocidos que no veía desde que escapó de Europa. Era Hans Bethe.

Uno de los problemas que había estado acechando a los científicos por varios años era el de la producción de energía en el Sol. Se sabía que con su cantidad de materia y con los procesos químicos conocidos, era imposible que siguiera brillando: debió haberse consumido hace mucho tiempo. Era un problema viejo y conforme se aprendía más sobre la composición y edad del Sol, el problema acrecentaba.

En esa época ya se sabía que nuestro planeta tenía al menos varios millones de años (tiene como 5 mil millones) y por lo tanto el Sol también. Se sabía que está compuesto principalmente de hidrógeno y cuánto tiene. Considerando todo ese material como combustible en las posibles reacciones químicas, les daba que el Sol debería haber muerto desde hace muchísimo tiempo, mucho antes de que hubiera quien lo viera. ¿Entonces por qué seguía brillando? ¿Dónde estaba el problema? Precisamente para discutir esos temas fue que se organizó la conferencia, para tratar de averiguar las propuestas y problemas asociados a esa situación. No era tema menor: se acaba el Sol y adiós vida.

Hans escuchaba las discusiones y algo le interesó. Al enterarse de las propiedades y condiciones extremas en las que se encuentra la materia en el interior del Sol, empezó a sentir que el problema no era de astrofísica, sino más bien de física nuclear. El Sol en ese momento dejó de ser un astro y se convirtió en un sistema físico donde lo que importaba eran los núcleos. Se convirtió en un problema de física nuclear que él debería intentar resolver.

La conferencia terminó mientras Hans rumiaba las primeras ideas que el problema le generó a su cerebro. Empezó a visualizarlo y siendo una de las personas más famosas en la historia de la ciencia con respecto a su capacidad de resolver – o más bien estimar – soluciones a problemas complicados de manera muy rápida (el maestro era Enrico Fermi, pero Hans era muy bueno también), se puso a resolver sus elucubraciones en el tren durante su trayecto de regreso a casa y fue ahí, mientras viajaba, que prácticamente lo resolvió: el Sol es una reacción nuclear sostenida.

Al llegar a casa se dedicó a detallar su solución y nació, así de repente, una nueva área de exploración que brindó más herramientas e ideas para indagar el mundo macroscópico. El “cielo” nunca volvió a ser el mismo: se convirtió en algo mucho más bello, extraño, impresionante y lleno de sorpresas que, gracias a la nueva visión obtenida, ahora estuvimos listos para percibir. Algo fundamentalmente bello, trascendente y único de la ciencia es que gracias al conocimiento que vamos construyendo – siempre – logramos darnos cuenta de cosas que eran completamente inimaginables. Descubrimos fenómenos y situaciones que son completamente nuevas para nuestros sentidos y que por mucha imaginación que los seres humanos tengamos, son imposibles de imaginar. Y, por si eso fuera poco, también nos provee de herramientas y mecanismos para poder hacer realidad muchas de las cosas que sí podemos imaginar y crear. Es simplemente maravilloso.

Regresando a la anécdota de Hans, para terminar: cuando expertos en diferentes temas platican y se reúnen para hablar de lo que les preocupa, a veces se logra avanzar en el conocimiento. Los científicos hacemos eso todo el tiempo. Somos muy chismosos porque nos da muy buen resultado. Muchas veces las mejores discusiones se dan en los ratos “libres” donde, casi siempre acompañados de café, salen las ideas y las potenciales soluciones.


Perseverancia

abril 5, 2015

El día finalmente había llegado. Años de planes y sueños pasaban frente a mis ojos de manera incontrolable. Un sentimiento de incredulidad persistía en mi mente. Pero era un día hermoso, me encontraba camino al lugar donde haría mi doctorado en física.

¿Estaba preparado? ¿Necesitaba prepararme? ¿Cómo? Aun cuando se puede escoger estudiar física, matemáticas o cualquier otra disciplina científica por variadas razones, llega un momento en que se convierte en una necesidad. ¿Cuándo decidí estudiar física? No puedo decirlo con precisión, pero definitivamente fue en una etapa temprana. Después de ello, una preocupación por prepararme, en el sentido académico, fue irrelevante. Cuando uno ama lo que hace, llevar a cabo las decisiones correctas para su educación es muy fácil.

Los años de licenciatura: para ingresar a un posgrado es necesario satisfacer ciertos requisitos “oficiales.” Primero, si deseas estudiar física en una universidad gringa, necesitarás tomar dos exámenes de admisión (Graduate Record Examination – GRE), uno general y uno en física. Luego se tienen que enviar dos o tres cartas de recomendación y un ensayo sobre tus intereses. Prepararse par tener una buena puntuación en el GRE es importante, sin embargo, si durante la licenciatura haces lo que se supone debes hacer, te irá bien. Practica como boxeador tomando cuantos examines muestra puedas y deberás obtener un resultado bueno.

Uno de los aspectos más importantes de mi educación de pregrado fue la oportunidad de participar en la investigación. Ello me permitió no solo aprender física interesante, sino también obtener mejores recomendaciones. Al trabajar con científicos, les das la oportunidad de valorar tus habilidades (para resolver problemas, de comunicación, inter-personal) y eso les dará la posibilidad de escribir cartas de apoyo más fuertes en donde describan tu potencial como científico. Otro aspecto de hacer ciencia desde “niño,” al menos en mi experiencia, es que obtienes una perspectiva más amplia del campo, lo que a su vez ayuda a determinar dónde hacer el posgrado. Finalmente te ayuda también a escribir un mejor ensayo de intereses personales.

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Con (–>) Félix, Ricardo y Miguel. Ca. 1996

La experiencia de posgrado: Algunas de mis clases en posgrado fueron difíciles, pero ¿y? Estaba ahí para aprender y trabajar duro. Algunas veces puedes tener un problema con un profesor, quizá puedas sentir que pierdes tiempo; Otras veces podrás sentir que no eres lo suficientemente bueno o que no tienes lo que se necesita. Todas estas son situaciones comunes que tenemos que enfrentar. No creo que haya una receta o solución únicas para ellas. En mi caso, puedo decir felizmente que esas noches en mi época de pregrado que pasé platicando y discutiendo con amigos sobre ciencia, trabajando problemas que no tenían que ver con alguna clase y, sobre todo, esos sueños persistentes de llegar a ser un científico, fueron más que suficiente para prepararme. Entonces, sí estaba preparado. ¿O no? Lo que estaba a punto de encontrar me sorprendió inmensamente.

La vida del científico afuera de la ciencia: Resultó que inmediatamente me di cuenta de que había ciertos “problemas” más difíciles de resolver que los de las tareas. No estaban relacionados para nada con lo académico y al principio no podía entenderlos muy bien. Eran problemas que involucraban interacción con la sociedad. El tipo de vida que había escogido se convirtió, de alguna manera, en algo que tenía que explicar.

Pero ¿cómo puede uno describirle a alguien el placer tan personal, abstracto y profundo de hacer ciencia? ¿Cómo hacerle entender que no hay nada más que desees?

Ahora, cuando tratas de explicarlo a las personas que amas, amigos y familia, puede ser muy difícil. Casi siempre se quedan perplejos con tus argumentos y explicaciones. Un día mi madre me preguntó “¿y qué es lo que de verdad vas a HACER cuando termines?” ¿Cómo podía explicarle que NUNCA “terminaría”? Entonces le dije, con mucho orgullo, “voy a hacer investigación e intentar aprender un poquito más sobre la naturaleza, y al mismo tiempo, enseñaré física y trabajaré con estudiantes en investigación.” Mi madre respondió con un suspiro “¿entonces todos esos años que pretendes estar lejos son solo para ser maestro? (el “solo” fue porque tenía muchos familiares y conocidos que eran maestros y maestras y que, digamos, no requirieron demasiada formación).

Desde luego otro hermoso tema de discusión es el dinero. Esto se resume en el siguiente axioma: “Aquella persona que es buena para la escuela y recibe una educación universitaria necesariamente tendrá más oportunidades en la vida que otras (la palabra oportunidades en este contexto debe identificarse directamente con éxito económico).”

Pero hay un corolario: “Si además alguien realiza estudios más avanzados y dedica su vida al conocimiento, el éxito económico es intrínseco.

Se podrán imaginar las miradas de incredulidad que aparecen cuando uno le dice a la gente cuáles son los salarios promedio de los científicos.

Bien, pues encontré que estas explicaciones incómodas y “forzadas” se volvieron más frecuentes con el tiempo y me generaban mucha distracción.

Y luego para rematar: uno nunca sabe qué le pueda pasar a un familiar o amigo unos días antes del examen de teoría cuántica de campos que requerirá de TODA tu concentración.

Se agradecen comentarios 🙂

(Esta entrada es una traducción libre de un breve artículo que publiqué en “Science Carrers” de la revista “Science” cuando recién terminé el doctorado. Me invitaron a escribir un poco sobre mi experiencia en el proceso. Pueden leer la publicación original (en inglés) aquí).

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Códigos estelares

marzo 31, 2015

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, han evolucionado para poder recibir e interpretar ondas electromagnéticas de ciertos tamaños únicamente. Las ondas electromagnéticas 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 electromagnéticas que caen dentro de ese rango constituyen lo que llamamos “luz visible.” A las ondas 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.que-hace-sr-newton-refleccion-de-la-luz-una-caratula-para-pink-floyd-memes

Los hornos de microondas, los celulares, las estaciones de radio y televisión, los satélites, el “Wi-Fi,” 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. Eso es precisamente lo que está sucediendo en este momento en que usted, querida lectora, querido lector, está “no viendo” estás letritas impresas en el periódico.

“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 ciencia, 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. Durante mucho tiempo solo se estudiaba la luz visible, y poco, ya que muchas de las propiedades de la luz que nos permiten entender las estrellas fueron descubiertas hace relativamente poco. Luego fuimos capaces de construir “ojos” que vieran ondas electromagnéticas de diferentes tamaños y actualmente podemos ver un una amplia gama de “canales.” 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, helio, etcétera 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.

Notemos que vivimos en una época privilegiada. Pensando en términos de lo que conocemos sobre el universo y de nuestras ideas sobre la naturaleza consideren lo siguiente: hace tan solo cien años aún no se sabía que existían galaxias. Se tenían ideas sobre el mundo y el universo, prácticamente desde que hay seres humanos, pero información fidedigna que nos permita contrastar, falsar y por ende mejorar y adaptar nuestras ideas a la realidad, solo la hemos tenido por unas cuantas décadas. ¡Y lo que falta!


Una lucecilla azul

marzo 29, 2015

Lanzo una piedra a un lago tranquilo. Cae al agua y genera ondas que se mueven en todas direcciones formando círculos concéntricos (en realidad son esferas, pero solo vemos una sección). Los círculos avanzan con una rapidez característica del agua, es decir, no importa que tan grande sea la piedra ni con qué fuerza la haya lanzado (o si era un trozo de madera, o una persona), las ondas en el agua del lago siempre avanzan con la misma rapidez. Este fenómeno es bien conocido por la mayoría de nosotros. Lo que me gustaría que recordáramos de ahora en adelante es que la rapidez con que se mueven es siempre la misma: es algo característico del agua.

Si en lugar de lanzar una piedra me fijo en una lancha que avanza tranquilamente por el lago (más lenta que la velocidad de las ondas en el agua), observo que también va generando ondas. Si me fijo con cuidado observaré claramente que las ondas ya no se ven como círculos concéntricos sino que la parte de las ondas que se mueven en la dirección del movimiento de la lancha (enfrente) se van como “juntando,” mientras que las ondas detrás de la lancha se van “separando” cada vez más. Si incrementa la rapidez de la lancha, las ondas se van como “estirando” y eventualmente, cuando la lancha alcanza una rapidez mayor a la de las ondas, forman un frente triangular (en realidad un cono).

Lo mismo sucede con el sonido. Llamamos sonido a perturbaciones (ondas) en el aire. Cuando trueno los dedos estoy “pellizcando” el aire que se encuentra a mi alrededor y este pellizco se transmite a través de una onda en el espacio (mientras siga habiendo aire) hasta llegar a nuestro oídos y ser identificado como un sonido. Así, aunque no las veamos, el sonido no es otra cosa que ondas de presión moviéndose por la atmósfera (o el medio que sea, también puede ser agua, metal, etcétera). En el aire de la atmósfera, al igual que en el caso del agua, las ondas se mueven con una rapidez característica. Por ejemplo a nivel del mar las ondas de sonido tienen una rapidez de 340 metros por segundo.

En analogía al caso de la lancha, cuando escuchamos la sirena de una ambulancia que se acerca a nosotros percibimos las ondas de sonido como “juntándose” y resultando en un sonido cada vez más agudo (incrementa la frecuencia), mientras que al alejarse, las ondas se van “separando” y el sonido nos resulta cada vez más grave. Otra vez, en analogía con el caso de la lancha, si el objeto que produce el sonido se mueve cada vez más rápido, las ondas enfrente del objeto se juntan cada vez más. Cuando el objeto alcance una rapidez mayor a la de las ondas (o sea, cuando el objeto se mueva más rápido que el sonido) se generará también una forma de cono para las ondas que nuestros oídos identifican como un “rugido.” Ejemplos de objetos que hacen eso son: algunas balas, aviones supersónicos o la punta de un látigo.

Hemos visto dos ejemplos de la siguiente situación: un objeto produce ondas en un cierto medio. Esas ondas se mueven con una rapidez que es característica del medio y cuando el objeto que las produce se mueve más rápido que ellas, las ondas forman un cono.

Existe un fenómeno muy interesante relacionado con lo que acabamos de describir. Resulta que una partícula que tenga carga eléctrica, como un electrón (los que se encuentran en todos los átomos y que utilizamos para la electricidad y la electrónica), al acelerar emite radiación, cherenkov-3es decir, luz. La luz es una onda y como todas las ondas tienen una rapidez característica, en este caso la luz se mueve a la ¡velocidad de la luz! Bueno, depende. Me explico. La expresión “velocidad de la luz” se refiere a la rapidez con la que las ondas electromagnéticas se propagan en el vacío. Esa rapidez corresponde además al límite de velocidad en la naturaleza. Sin embargo, la luz puede viajar a velocidades menores, por ejemplo en el agua la luz viaja aproximadamente a tres cuartas partes de su velocidad en el vacío.

Por lo tanto, si se diera el caso de que un electrón (que recordemos emite ondas electromagnéticas al acelerar) viajara por el agua más rápido que la luz en el agua, ¡las ondas electromagnéticas también generarían un cono! A ese fenómeno se le conoce como radiación de Cherenkov y su explicación y verificación mereció un premio Nobel en algún momento.

La radiación de Cherenkov de un electrón en el agua es de color azul y se ve muy bonita. Si llenamos un tanque de agua ultra pura (sin electrones) y lo ponemos a gran altura en una montaña, es posible que cuando rayos cósmicos o fotones de muy alta energía (rayos gama) provenientes del espacio choquen con algún núcleo atómico en la atmósfera terrestre, se generen partículas cargadas a muy alta velocidad. Si algunas de ellas pasan por el agua de nuestro tanque, producirán el cono de Cherencov. Si dentro del tanque ponemos unos “ojos” que puedan verla y registrarla, esa radiación nos puede dar información sobre los rayos cósmicos o gama originales que venían del espacio (¡astronomía!). Eso, en términos muy generales, es lo que hará (ya está haciendo) el recién inaugurado (construido en México) observatorio “HAWC” en el volcán Sierra Negra de Puebla que consiste de 300 tanques y 1200 “ojos” que buscan una lucecilla azul.

Este tema fue a petición de @MeCargaGestas,” espero le guste.

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Unidad

noviembre 25, 2014

Iba de regreso a casa en el coche platicando con Oskarina. De repente me pidió que le explicara qué es un “año luz,” ya que se le confundía el término. No es raro que genere confusión ya que la palabra “año” se indentifica con el tiempo y la expresión “año luz” se utiliza para describir una distancia. Sí, una distancia, la distancia que la luz recorre en un año. Por eso la confusión.

La distancia la medimos en metros, centímetros, pulgadas. El tiempo en segundos, horas, minutos, años, siglos. La temperatura en grados Celsius (o centígrados), Farenheit o en Kelvin. La velocidad . o rapidez – la medimos en “unidades” compuestas: metros por segundo, kilómetros por hora (la velocidad nos dice cuánta distancia se recorre en una cierta cantidad de tiempo). Otro ejemplo es el volumen, que se mide con las unidades de distancia pero”al cubo,” como metros cúbicos, litros, galones. Existen muchas otras “unidades” que hemos inventado para poder comunicarnos eficientemente y poder comparar lo comparable. Algunas quizá un poco menos conocidas son Newtons, Pascales, Amperes, Joules, Ohms, Hertz, Faradays, etcétera.

Y entonces, si ya existen unidades familiares y comunes para la distancia, ¿por qué inventar una para la luz que además tiene un nombre confuso?

Intentaré contestar la primera pregunta. Es para simplificar y poder hablar de distancias y números extremadamente grandes de una manera más sencilla. Me explico: la luz viaja con una rapidez de 300,000 km/seg. Esto representa una cantidad difícil de imaginar. ¿Cuánto es 300,000 km? ¿Cómo podemos imaginarlo? Por ejemplo, si yo le digo a alguna de ustedes que tienen que caminar 100 metros para llegar a su destino, estoy seguro que tendrán una idea bastante clara de cúanto es esa distancia (una o dos cuadras). Si les digo que tienen que viajar 10 km o 100 km, siguen teniendo una idea muy clara. 1000 km es también, creo, algo tangible. En el momento en que les pida que 10,000 o 100,000 empieza a volverse difícil el “sentir” de qué estamos hablando. Son números que se empiezan a alejar de lo cotidiano, de lo medible por nuestras “manos.” 300,000 km es la distancia promedio entre la Tierra y la Luna. Muy pocos humanos han estado en la Luna (y sí, si estuvieron, no es defícil verificarlo) como para que tengamos “a la mano” esa distancia. Unos cuantos más han salido a darle vueltas a nuestro planeta. Se ponen en órbita y ayudan a instalar satélites, la estación espacial, etcétera. Sin embargo, aun cuando es verdaderamente impresionante lo que hacen, solo “suben” una distancia de alrededor de 300 km de la superficie terrestre, prácticamente nada comparado con la distancia a la Luna. Podemos ponerlo en una escala cotidiana: si la distancia de la superficie de la Tierra a la Luna fuese de 1 metro, los satélites, la estación espacial y los astronautas que andan (anduvieron) en órbita están a 1 milímetro de la superficie terrícola.

300,000 km son muchos. ¿O no? Pues depende. 300,000 km es la distancia al objeto celeste más cercano a nuestro planeta y la luz tarda un segundo en llegar ahí, decimos que la Luna está a “1 segundo luz.” Desde luego que 300,000 km son muchos. Sin embargo, hay un objeto celeste mucho más importante (para nosotros) que la Luna y que tiene que ver con prácticamente todo lo que hacemos: el Sol. “Nuestra” estrella se encuentra a aproximadamente 8 “minutos luz,” es decir se encuentra a la distancia que le toma a la luz viajar 8 minutos. ¿Cuántos km representa esa distancia? Sabemos que la luz avanza 300,000 km en un segundo. En 8 minutos hay 480 segundos, por lo tanto, nuestro querido Sol se encuentra (aproximadamente) a 144,000,000 km. Si 300,000 km eran difíciles de “sentir,” los 144 millones a los que se encuentra nuestra fuente de energía aun menos.

Los que hayan tenido la fortuna de levantar la mirada en la noche saben que el Sol es una de muchas estrellas. La que sigue en “cercanía” a nosotros es una estrella (Alfa Centauri) que se encuentra a una distancia de 37,843,200,000,000 km.

Como un año tiene 365 días, entonces tiene 8,760 horas y por ende 31,536,000 segundos. Si estos últimos los multiplicamos por los 300,000 km/seg correspondientes a la rapidez de la luz, entonces tenemos que en un año la luz recorre 9,460,800,000,000 km. Esta distancia es la que llamamos “año luz.” Alfa Centauri se encuentra entonces (aproximadamente) a 4 “años luz.”

Alfa Centauri, el Sol, y vairos miles de millones de estrallas forman la galaxia llamada Vía Láctea (que es una de millones). De extremo a extremo, la Vía Láctea mide alrededor de 100,000 años luz. En promedio, la longitud de una de nuestras uñas es de 1cm, es decir de la centésima parte de un metro. El ancho de un cabello, es en promedio una cienmilésima de metro (0.00001 metros). El tamaño caracterítico de un átomo es de alrededor de una diez mil millonésima de metro (0.0000000001 metros). El núcleo del átomo es 10,000 veces menor (0.00000000000001 metros).

¿Números sin sentido? A primera vista, puede parecer. Sin embargo, lo maravilloso es que lo sabemos. Lo hemos descubiertto y medido. Somos capaces de hacerlo y me gustaría que reflexionáramos un poco sobre ello, sobre el hecho de que lo sabemos. ¡Hace poco más de un siglo no sabíamos ni que había galaxias ni electrones!


Viendo el Sol y los rayos cósmicos

septiembre 11, 2014

borexinoHabía comentado que para poder “ver” el centro de una estrella, es necesario detectar los neutrinos producidos en su interior. Si (como ejemplo) hablamos de la estrella que tenemos más cerca, el Sol, en su interior se producen constantemente una serie de reacciones nucleares que generan la energía que nos mantiene aquí. Una de esas reacciones se llama “protón-protón,” y es la que genera, en forma de de fotones (luz) y neutrinos, casi toda la energía del Sol. Los fotones pueden tardar cientos de miles de años para “escapar” de la estrella, ya que son absorbidos, emitidos, reabsorbidos, re-emitidos, y así sucesivamente un montón de veces (decimos que la estrella es “opaca” a los fotones), mientras que los neutrinos escapan inmediatamente: en el caso del Sol llegan a la Tierra en aproximadamente 8 minutos.

Supongamos por el momento que, en promedio, los fotones del Sol tardan en “salir” cien mil años. Entonces, cuando nosotros los vemos en la Tierra, si los analizamos con cuidado, podríamos esperar que nos dieran información de cómo era el interior del Sol hace alrededor de cien mil años. Por otro lado, si logramos detectar (ver) y analizar los neutrinos emitidos, quizá podremos obtener información de cómo era el interior del Sol hace ¡tan solo ocho minutos!

vesselinstall-borexinoApenas esta semana, el laboratorio italiano Gran Sasso, que tiene un detector de neutrinos llamado “Borexino,” anunció que lograron hacer precisamente eso: medir, en tiempo real, la energía del Sol. Además encontraron que, comparando los valores deducidos por la luz (los fotones de hace cien mil años), la energía producida en el centro del Sol es la misma hoy que hace cien mil años, lo que da una comprobación directa de que el Sol, nuestra estrella, se encuentra en una etapa de vida con una gran estabilidad. El experimento es resultado de colaboraciones entre varios países europeos (Italia, Alemania, Francia y Polonia), Estados Unidos de América y Rusia, y se tiene contemplado que seguirá tomando datos por al menos cuatro años más. Los resultados que obtendrán, seguramente serán de mucha utilidad e importancia para la física de partículas y la astrofísica.

2014_08_24_LanzamientoEn otras noticias, fue muy agradable enterarnos de que el 24 de agosto se lanzó el telescopio sub-orbital EUSO-Balloon, que es el primer prototipo completo de un futuro observatorio espacial llamado JEM-EUSO, que observará rayos cósmicos ultra energéticos.

En el espacio exterior existen procesos que generan partículas como por ejemplo: protones. Después de ser generadas (por ejemplo en explosiones de estrellas) viajan por el universo y pueden interaccionar con otras o con campos magnéticos generados por otras estrellas o galaxias o cúmulos de galaxias o cosas que aún no conocemos. En su camino pueden también cruzarse con el pedazo de materia que habitamos y llamamos Tierra. Cuando eso sucede, al ingresar a la atmósfera, inmediatamente colisionan con las partículas que forman los núcleos de los átomos de los que están formados los gases, y generan una cascada de colisiones que eventualmente llega a la superficie y se absorben en el agua, piedra, cerebro, o etcétera que se encuentre en el camino. Esto ha estado sucediendo todo el tiempo.

Detectar y estudiar esos “rayos cósmicos” puede enseñarnos sobre el universo, ya que fueron producidos en algún lado (que quizá podamos averiguar con su estudio), fueron acelerados por algún sistema (que quizá podamos averiguar con su estudio), pueden tener energías que no seamos capaces de producir en la Tierra y ello nos permita explorar fenómenos nuevos, y un largo etcétera. Lo interesante de este observatorio es que se espera que eventualmente brinde información sobre rayos cósmicos ultra energéticos. Resulta que se ha logrado observar la existencia de rayos cósmicos tan energéticos que no podemos aún entender cómo logaron obtener tanta energía. Dado lo que sabemos acerca de los objetos que existen en el espacio, uno espera que exista un límite de energía posible de producción y/o aceleración de los rayos cósmicos, sin embargo se ha logrado observar algunos que desafían esos límites, por lo que resulta sumamente interesante e importante obtener más información sobre ellos y determinar qué es lo que está sucediendo.

DSCF5155Otro aspecto que lo hace muy interesante para nosotros es que en este experimento existe participación mexicana. El Dr. Gustavo Medina Tanco, del Instituto de Ciencias Nucleares de la UNAM, junto con colegas y estudiantes de varias instituciones (los institutos de Geofísica e Ingeniería, y el CCADET de la UNAM, la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla y la Universidad Michoacana de San Nicolás Hidalgo), ha participado de manera directa en la creación del EUSO-BAlloon, construido en los últimos tres años por una colaboración entre Alemania, Corea del Sur, España, Francia, Italia, Japón, México, Polonia y Estados Unidos de América, todo bajo la coordinación de la agencia espacial francesa CNES. Va una felicitación para ellos y el deseo de que sigan teniendo buenos resultados en el futuro de su colaboración.


Ya es tiempo

septiembre 3, 2014

Por si no tuvieron la oportunidad de leerlo en el Diario de Colima hace unas semanas, aquí va de nuez:

retroceder-en-el-tiempo1Se venció el plazo que dimos para hablar sobre el tiempo. Hace un par de meses, en un intento por interaccionar con ustedes, propuse que escribieran sus ideas sobre la pregunta ¿qué es el tiempo?

Es una pregunta muy difícil. Los conceptos más básicos e ingenuamente familiares resultan a veces ser los más profundos y difíciles de definir, entender y explicar. La meta del ejercicio no era la de obtener sesudos estudios sobre la definición del concepto, sino la de divertirnos pensando y tratando de formular ideas al respecto.

Me dio mucha felicidad (soy un egoista empedernido) recibir casi de inmediato varias contribuciones. Algunas de amigos conocidos y otras de lectores que aun no he tenido la fortuna de ver en persona. Las ideas que resultaron de sus análisis y elucubraciones me mantuvieron entretenido y contento.

Debo mencionar que hubo de todo. Para algunas personas fue tema de broma y enviaron algo solo con la intención de participar y saludar. Se les agradece. Hubieron quienes lo tomaron con demasiada seriedad e invirtieron un buen esfuerzo e investigación en el tema. Mi agradecimiento y felicitación a ellos también. Finalmente estuvieron aquellos que captaron de maravilla la idea que traté de imprimir: pensar un poco en el tema, analizar las ideas propias, expresarlas y divertirse. Quedé de seleccionar un ganador: no pude. En lugar de ello he decidido compartir algunos fragmentos que me gustaron y/o divirtieron. Espero los disfruten al igual que yo.

Antonio Alatorre Torres: Ya pasaron 10 segundos y la persona no se da cuenta pero, ¿qué paso en esos 10 segundos en los que el hombre miraba la correa de su reloj?
La respuesta es que absolutamente todas las cosas en el universo cambiaron. En pocas palabras el tiempo, coloquialmente, puede describirse como el conjunto de cambios de posiciones, velocidades, y en general estados de los sistemas físicos que existen en nuestro universo.

Jorge – el fantasía – Torres (fe de erratas: en el periódico apareció equivocadamente como “el fabuloso.” Ha quedado corregido): Creo que los únicos interesados en saber qué es el tiempo son los físicos y tal vez los filósofos, pues la demás gente se deja llevar por el pragmatismo, y para ellos el tiempo se vuelve una herramienta para su vida. Como ejemplo tenemos a un ingeniero, ¿de qué le podría servir saber qué es el tiempo, si ese conocimiento no será de utilidad para diseñar y fabricar sus aparatos? Él puede seguir trabajando sin importar si el concepto de tiempo es ignoto, o no; pues él sólo necesita saber cuántas revoluciones por segundo (ahí entra el tiempo) tiene el motor que investiga, por ejemplo.

Y ahora que ya estoy un poco entrado en tema, y a manera de despedida, el tiempo es lo que invertí al escribir esto.

Aurelio Figueroa: Unas de las frases que me gustan referentes al término en descripción, son las de Renato Leduc en su composición Tiempo y destiempo: “Sabia virtud de conocer el tiempo. A tiempo amar y desatarse a tiempo, como dice el refrán: dar tiempo al tiempo, que de amor y dolor alivia el tiempo… Amor queriendo como en otro tiempo, ignoraba yo aún que el tiempo es oro, cuánto tiempo perdí – ay – cuánto tiempo. Y hoy que de amores ya no tengo tiempo, amor de aquéllos tiempos, cómo añoro la dicha inicua de perder el tiempo.”

Y de verdad, cuánto tiempo perdí. Pero lo volvería a perder si pudiera perderlo de la misma manera, aunque hablo de dolor, ya que me queda muy “poquito”.

Gracias por darse el “tiempo” para leer a este tipo de concursantes, pero allí sí, ni modo, usted mismo hizo la invitación al público en general.

Carlos Barajas: Comienzo por decir que la verdad no sé qué es el tiempo. Para escribir estas líneas, decidí comenzar por preguntarle a algunos profesionistas – algunos de ellos con maestrías en áreas de arquitectura e ingeniería civil – ¿qué es el tiempo? y las respuestas que me dieron después de frases como: ¿a poco no sabes?, ¿para qué quieres saber?, no soy científico, etc., fueron las siguientes (más o menos, no los grabé mas que con mi disco duro biológico): Pues lo mides en años, meses, días y así sucesivamente (no contestó lo que le pregunté). Es lo que tarda el planeta en girar sobre su propio eje (otro que no me contesta qué es). Es una unidad de medición para poder organizar a la sociedad (¡Ja, ja, ja!, perdón, prometí no burlarme. No es burla pero me dio mucha risa).

Raymundo López Portillo Ortega: Por ultimo, y para mí lo más importante, es que el tiempo es lo más preciado que tenemos. He llegado a la conclusión de que el tiempo es vida. El tiempo que nosotros estemos sobre este mundo debemos aprovecharlo al máximo porque se nos va la vida, porque es lo único que jamás podremos recuperar. Podremos recuperar un amor perdido, una fortuna perdida, la salud, pero el tiempo no, jamás, por más que anuncien cremas rejuvenecedoras y que la jalea real, y que el bálsamo de la eterna juventud. No existe, no es real.

tiempo-esclavo-horas_2_697919Y para finalizar, nuestro amigo Stathis Tompaidis nos recuerda a Borges:

“El tiempo es la sustancia de que estoy hecho.

El tiempo es un río que me arrebata, pero yo soy el río;

es un tigre que me destroza, pero yo soy el tigre;

es un fuego que me consume, pero yo soy el fuego.

El mundo, desgraciadamente, es real;

yo, desgraciadamente, soy Borges”