2009 el año de la astronomía

Pues sí, tal y como el titulo de esta entrada indica el 2009 va a ser el año internacional de la astronomía. Esta es una iniciativa de la Unión Astronómica Internacional y la UNESCO, después de que la propuesta presentada por Italia país natal de Galileo Galilei. Justamente hace 400 años, Un científico que pasaría a la historia como matemático, filosofo y por supuesto físico, empezó a observar el universo gracias a la ayuda de un objeto que hoy llamamos telescopio.
En 1609 un ex alumno de Galileo le informa sobre la existencia de un instrumento capaz de ampliar objetos distantes gracias a un particular conjunto de lentes. Galileo únicamente con esta información decide construir su propio telescopio. Lo bueno del asunto es que su telescopio era capaz de aumentar 6 veces el tamaño de los objetos sin distorsionarlos. Aun no siendo de una precisión extrema el telescopio de Galileo se trataba de un descubrimiento muy importante ya que permitía ampliar la visión del espacio exterior de la época aun mas de lo que se podía imaginar.
Galileo, gracias a su telescopio, comenzó a observar la luna y enseguida fue capaz de obtener información que le permitía corregir a la teoría aristotélica.
En poco tiempo Galileo descubre la naturaleza de la Vía láctea y cuenta las estrellas de la constelación de Orión, en 1610 descubre algo muy importante, en la carta que escribe a Giuliano De Medici el 1 de enero de 1611 afirma:
" Venus necesariamente órbita alrededor del sol así como Mercurio y todos los demás planetas, cosa que creían los pitagóricos, Copernico, Kepler y yo mismo, pero que nunca había sido probada como he hecho ahora con Venus y Mercurio"
Aproximadamente un año antes Galileo había descubierto la existencia de 4 satélites que se movían alrededor de Júpiter, hoy en día llamados satélites galileanos.
Estos descubrimientos y muchos otros hicieron de Galileo uno de los científicos más populares de la época y no solo, hoy en día sigue siendo catalogado como uno de los físicos más influyentes de la historia. Para Galileo las matemáticas eran el instrumento supremo para indagar en la naturaleza, hasta tal punto que llego a distinguir propiedades primarias de los cuerpos con los que si se podía aplicar el calculo matemático, y propiedades secundarias (como por ejemplo olores o sabores) que no podían ser estudiadas con el método científico. El método Galileano esta se basa sobre 2 aspectos principales:
1)Experiencia sensata: el Experimento, que puede llevarse a cabo tanto prácticamente como abstractamente, pero tiene que seguir una cuidadosa formula teórica, es decir una hipótesis que sea capaz de guiar el experimento de manera que no se obtengan resultados no lógicos.
2)Demostración necesaria: Es el análisis matemático y riguroso de los resultados del experimento, este tiene que ser capaz de obtener consecuencias necesarias y no opinables y que va ulteriormente verificado con lo que Galileo llamaba "cimento" que es el experimento en concreto con el que siempre va verificado el resultado de cada formulación teórica.
Después de Galileo muchos otros científicos contribuyeron a un notable avance astronómico, hasta el día de hoy. Este es el caso de Isaac Newton que es considerado como una de las mentes mas brillantes del mundo. En el tercer volumen de los "Philosophiae Naturalis Principia mathematica" su obra mas influyente, Newton expone la ley de gravitación universal que según el es valida para cualquier cuerpo y en cualquier lugar, la famosa formula es la siguiente:
donde r es la distancia, m y M son las masas de los 2 cuerpos y G la constante de gravitación universal que fue descubierta experimentalmente por Henry Cavendish solo en 1798.
Sobre cuales eran las causas de esta atracción Newton no se pronunciaba diciendo que para que una hipótesis se considerase verdadera era solo necesario que esta explicase los fenómenos naturales. La forma que tenia la ley de gravitación universal no era nueva, en 1645 había sido formulada por Boulliau y poco mas tarde considerada por Halley y hooke entre otros, aun así Newton había sido el primero en demostrar como gracias a la ley de gravitación universal se podían calcular las órbitas de los planetas (o de cualquier otro cuerpo) descubriendo así que estas podían ser también parabólicas e hiperbólicas. Además Newton se dio cuenta que con la hipótesis de la gravitación podían obtenerse las leyes de Kepler, y llego a explicar con precisión el movimiento de los cometas. En este volumen Newton consigue unificar la física galileana y la astronomía de Kepler. El científico ingles encierra bajo la misma causa, las leyes de gravitación universal, las leyes de Kepler y las leyes de caída de graves de Galileo. Este resultado es de gran importancia ya que unifica los movimientos del cielo y de la Tierra abriendo así un gran numero de aplicaciones que posteriormente seria estudiadas por otros científicos.

Después de Newton transcurrieron 152 años antes de que naciera uno de los físicos mas influyentes de todos los tiempos. La física y sobre todo la astronomía se ven notablemente modificadas gracias a Albert Einstein. En 1915 (uno de los años mas importantes para el físico alemán) Einstein enuncio una teoría relativista de la gravitación, llamada Relatividad general, esta describía las propiedades del espacio tiempo en 4 dimensiones. En dicha teoría se concluía que los sistemas inerciales podían tener sentido solo sin la existencia de campos gravitacionales. Esta teoría no obstante sea menos conocida y comprendida a nivel general por las dificultades que presenta el modelo matemático empleado para su descripción, es mucho más revolucionaria que la teoría de la relatividad especial, ya que tiraba abajo esquemas universalmente aceptados que no eran exactos. Inicialmente todos los científicos eran bastante escépticos ya que la teoría se basaba sobre razonamientos matemáticos y no sobre experimentos u observaciones. Así fue hasta que en 1919 las predicciones hechas por la teoría fueron confirmadas por las mediciones hechas por Arthur Eddington durante una eclipses solar, que verificaron que la luz emitida por una estrella venia desviada por la gravedad del sol al pasar cerca de este. Este hecho convenció a gran parte de los físicos de la época en cuanto a la validez de la teoría de la relatividad general, Einstein mismo después de la confirmación de las mediciones dijo:

"Max Planck no entendía bien la teoría porque durante la eclipses de 1919, se quedo de pie toda la noche para ver si venia confirmada la curvatura de la luz debida al campo gravitatorio del sol. Si de verdad hubiese entendido la teoria se abría ido a la cama como he hecho yo"
En 1917 Einstein demostró la analogía que existía entre la ley de Bohr y la formula de Planck para la radiación del cuerpo negro.
En fin seguramente no han sido pocos los cambios desde Galileo hasta Einstein, teniendo ademas en cuenta que he intentado hablar solo de los mas significativos pero que existen muchos otros pequeños descubrimientos que seguramente han influido (aunque no tanto como otros) a ver con otros ojos la astronomía de hoy en día.
Feliz 2009!!
Feliz año de la Astronomía!!

El hombre araña ( Spiderman )

¡Papa,papa! He visto a un hombre subiendo por las paredes de ese edificio;si hijo pero no pierdas tiempo sino llegaremos tarde a casa.El pobre niño por muy fantástico que fuera y por muy amante de la ciencia ficción había visto realmente al hombre araña colgado de un rascacielos;pero ¿donde esta el misterio de spiderman?

¿como es posible que sea capaz d hacer cosas que nadie intentaría jamas, como colgarse de una tela de araña?

Obviamente la tela de spiderman algo tiene que tener de sorprendente, no es posible que este únicamente hecha de cadenas proteicas como las de una común araña.En general una tela de araña puede llegar a ser más fuerte que el acero (comparando grosores iguales) y es por esta razón que su micro estructura sea hoy en día tema de estudio para potenciales aplicaciones industriales, aun así el misterio de spiderman no queda resuelto.Si hacemos una breve aproximación podemos ver que el hombre araña es capaz de lanzar la tela y quedarse colgado sobre ella, pero el tiempo que pasa para que la tela se pegue a la pared es pequeñisimo.

¿Que clase de pegamento puede adherirse tan rápidamente a la pared resistiendo acto seguido a una tensión tan elevada como la que proporciona el peso del superhèroe?

Este es uno de los grandes secretos del hombre araña; hace poco tiempo investigadores de la universidad de Dayton (ohio), dirigidos por Liangi Qu, han descubierto un nuevo pegamento estudiando las características de los geckos( pequeñas salamandras) los investigadores explican que este pegamento esta basado en un conjunto de nanotubos de carbono alineados verticalmente sobre el que se sitúa una capa de nanotubos rizados enroscados. la combinación produce un adhesivo con fuerza superior en la dirección contraria a la gravedad y común en la dirección normal perpendicular. Esto posiblemente permita no solo a spiderman subir por paredes verticales.En la película el protagonista es Peter Parker es un fotógrafo que no consigue destacar en su trabajo y que en mas de una ocasión tiene problemas económicos, yo me pregunto porque no habrá patentado ese pegamento, ¡¡estaría forrado!!Ya que no conocemos el material del que esta hecha la tela podemos hacer distintas hipótesis:

1. Nylon: Si de este material se tratara spiderman podría si mantenerse colgado de sus telas ya que se ha demostrado que el nylon tiene una resistencia a la tensión de 11500 lbs/pulg~810 kg/cm2 es decir,si disponemos de un nylon de un espesor de 1 cm2 este soportara aproximadamente un peso de 810 kg, suponiendo que su tela tenga un espesor de 1/5 cm2 entonces el peso que soportara sera de 162 kg. Lo justo para soportar el peso del superhèroe.

2. Cuerdas dinámicas: son cuerdas que pueden absorber la energía que genera el impacto de una caída gracias a su capacidad de estiramiento. Esta gran capacidad de estiramiento se debe a su composición (se emplean poliamidas elásticas). Estas cuerdas tienen un problema, no soportan la tensión tan bien como el nylon. generalmente las utilizan los alpinistas.

3. Cadenas proteicas: igual que las arañas, spiderman podría ser capaz de producir por si solo su propia tela, generalmente está compuesta por largas cadenas de aminoácidos, glicina y alanina, que forman la fibroina, la proteína más común entre las telas de araña. El problema de esta tela de araña es el gran gasto energético que supone su formación ya que están compuestas por proteínas.

Si de las 3 opciones la que más nos convence es la ultima spiderman debería de llevar una alimentación hipercalórica ya que para poder crear tanta tela de araña se necesitaría un elevado aporte energético, aunque de esto en la película no se habla.

Fuera del mundo de la ciencia ficción hay hombres araña capaces de hacer cosas increíbles. Existe una variante de la escalada conocida como CLIMBING, donde la gente que la practica es capaz de trepar por paredes verticales utilizando como ayuda únicamente magnesio para mantener las manos secas.El máximo exponente de este deporte siempre ha sido Dan Osman ( 1963-1998 ) siendo capaz de subir por paredes verticales a una velocidad increíble y si ningún tipo de seguridad. Este hombre ha sido capaz de batir 2 nuevos récord guinness,viendo el siguiente vídeo adjunto (speed climbing) podréis daros cuenta de las cosas que hacia, con imágenes que rozan la ciencia ficción hasta tal punto de no saber si lo que se esta viendo es real. De todos modos fuera de la ciencia ficción quien juega con fuego se acaba quemando y por mala suerte de este hombre, un accidente acabo con su vida en 1998.

Otra celebridad de la escalada es Alain Robert, más conocido como el spiderman francés. Este hombre se ha hecho famoso al escalar edificios emblemáticos de todo el mundo en escalada libre, es decir, sin cuerdas que le salven de una eventual caída y sin ningún tipo de utensilios, ¡se trata por tanto de un autentico spiderman!. Algunos de sus ultimos edificios escalados son los siguientes:

-Torre Agbar, 144 m de altura (Barcelona) 2007

-Torre Devis, 106 m ( Berlin ) 2007

-Torre Vasco de Gama, 145 m ( Lisboa ) 2006

Estoy seguro de que a nadie le gustaría tener a este hombre como vecino, ¡en cualquier momento podría entrar en tu casa!

Viajes en el tiempo

La Teoría de la relatividad de Einstein demuestra que es posible viajar en el futuro, es decir, podríamos entrar en una maquina esperar un poco y al salir veríamos como en la Tierra ha transcurrido mucho mas tiempo del que transcurrió para nosotros. Hoy en día no disponemos de la tecnología necesaria para ello pero probablemente sea solo una cuestión de ingeniería. Según la teoría de la relatividad espacio y tiempo están relacionados, al acercarnos a velocidades próximas a las de la luz el tiempo transcurre mucho mas lentamente, todo esto puede verse mejor en la siguiente expresión:

Donde tm es el tiempo medido por un observador en movimiento y tp es el tiempo medido por un observador en reposo. A partir de esta ecuación podemos hacer un pequeño ejemplo para ver como afecta la velocidad al tiempo en dos distintos sistemas:

V=0,00133% C (10 veces V sonido en el aire) tp= 12 meses tm=12 (prácticamente no varia)

V=50% C tp= 12 meses tm= 10,39 meses

V=75% C tp= 12 meses tm= 7,94 meses

V=90% C tp= 12 meses tm= 5,23 meses

V=96% C tp= 12 mese tm= 3,36 meses

V=99% C tp= 12 meses tm= 1,69 meses

Incluso a velocidades pequeñas el tiempo no es el mismo que en el reposo, aun asi la diferencia es totalmente despreciable.Podemos ver claramente que al aumentar la velocidad de un sistema, disminuye el tiempo que transcurre en este, podríamos incluso calcular el tiempo que transcurre en el limite de velocidad C:

con esto podemos por tanto ver que si nos movemos a velocidades muy elevadas podemos ver el futuro con respecto a un sistema que haya permanecido en reposo respecto a nosotros.Ahora bien, la pregunta es obvia ¿seria posible viajar al pasado?

Por primera vez se empezó a creer que esto era posible cuando en 1949 Kurt Godel descubrió una nueva solución de las ecuaciones de Einstein, osea un nuevo espacio-tiempo permitido por la teoría de la relatividad. El espacio-tiempo de Godel tenia una propiedad curiosa; todo el universo rotaba. Un efecto colateral matemático de esta rotación es que existiría la posibilidad de recorrer una larguísima distancia alejándonos de la tierra y a nuestro retorno podríamos volver a la tierra antes de nuestra salida.Aun así se ha visto que las conclusiones de Godel no son validas para nuestro universo porque no coinciden con las observaciones realizadas.

Sin embargo una posibilidad para viajar al pasado si la hay. Es probable que se pueda deformar el espacio-tiempo de modo que se cree un atajo entre 2 puntos muy distantes entre si. A esto se le llama túnel espacio-temporal, y en caso sean descubiertos podrían ser una verdadera alternativa a los viajes al pasado sin necesidad de superar la velocidad de la luz.Esta idea no es pura ciencia ficción, ya Einstein y Nathan Rosen escribieron un articulo en el que mostraban como la relatividad general permita la existencia de objetos que ellos llamaban “puentes”.

El efecto mariposa (The butterfly effect)

Me gustaría estrenar este blog con una gran película. Para ello he elegido “El efecto mariposa”. Desde el punto de vista crítico tiene algún que otro defecto sin embargo es una de las películas que más me ha gustado. Mucho mejor la versión en lengua inglesa (original) aunque en su defecto esta bien también en castellano.

Todo empieza con un comentario que puede dar mucho juego pero que es muy difícil de cumplir, las palabras son las siguientes:

“It has been said that something as small as the flutter of
a butterfly’s wing can ultimately cause a typhoon halfway
around the world” --Chaos Theory

Traducido al castellano seria:

“se dice que algo tan insignificante como el aleteo de una mariposa
puede desencadenar un huracán al otro lado del mundo” esto según la Teoría del caos.

Pues bien, ante todo ¿que es la Teoría del caos y de que trata?
La Teoría del caos es un sector de la Teoría matemática de sistemas dinámicos que se ocupa de los conocidos como sistemas caóticos.
Generalmente un sistema se define caótico si presenta las siguientes características:
1) Sensibilidad a las condiciones iniciales, es decir, una variación infinitesimal de las condiciones del entorno corresponden a variaciones dadas en salida. Ejemplo simple: el humo de varias cerillas encendidas en condiciones macroscópicamente muy parecidas (presión, temperatura, corrientes de aire) sigue trayectorias de vez en vez muy diferentes.

2) Imprevisibilidad: es decir no se puede prevenir la evolución del sistema anticipadamente

3) Las orbitas en el espacio de las fases quedan confinadas, es decir el sistema no evoluciona hacia el infinito a través de ninguna variable. Se habla en este caso de Atractores

Hay que tener claro que hasta ahora comportamientos caóticos se pueden encontrar en metereología, climatología, fluido dinámica, teoría del láser y en ecología. Digo hasta ahora porque en la película encontramos algo nuevo.
El protagonista de la película se llama Evan. Es un niño que tiene un problema psicológico desconocido y que acude al psicólogo para intentar solucionarlo, los síntomas son; fuertes jaquecas con perdida temporánea de memoria en cuanto le ocurre algo malo, desmayos y hemorragias nasales. Hasta aquí todo aparentemente dentro de lo normal. Evan crece y empieza a estudiar psicología en la universidad, sus jaquecas desaparecen, además su afición principal es escribir todo lo que le ocurre a lo largo de su vida en un diario. Este diario será la clave de los siguientes hechos.
Evan se da cuenta que la vida de sus amigos no va bien y menos la de la chica que siempre le llamo la atención de pequeño por tanto decide de cualquier manera cambiarla, y aquí lo complicado del asunto.
Evan es capaz de volver al pasado leyendo sus escritos en el diario y de revivir el pasado modificándolo, lo que llevara a una modificación del futuro.Y asi es, eso hace durante gran parte de la película hasta que consigue el final ( o futuro) que el quiere.
Perfecto, pero todo esto que tiene que ver con la teoría del caos??
Ante todo no estamos ante un sistema caótico, estamos hablando del tiempo, el tiempo no es reversible, es decir, tiene una unica direccion no se puede invertir leyendo un diario. existen cantidades de formas de demostrar que no es posible volver al pasado y otras tantas que si dan la posibilidad de hacerlo, vamos a centrarnos ahora en este tema.