miércoles, 5 de enero de 2011

Teoría Física del Color

En Física, cuando se emplea la palabra color, se hace únicamente de forma vaga o someramente descriptiva, pues físicamente lo que distingue una sensación de color de otra es la longitud de onda de la radiación luminosa que impresiona nuestro sentido de la vista, y si, como generalmente sucede, la radiación es compuesta, el ojo no puede analizar las distintas radiaciones o longitudes de onda que recibe y aprecia tan sólo el tinte o “color” resultante. 

Color y sentido de la vista:  

Lo que habitualmente denominamos luz es radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida entre 380 nm y 780 nm. Dichas radiaciones son registrados por minúsculas células receptoras ( conos y bastoncillos) ubicadas en la retina del ojo. La misión de ambas es captar la energía de las radiaciones que inciden en ellas y trsansformarlas en impulsos eléctricos. Con tales impulsos están formados los códigos que, a través del sistema nervioso, son enviados al cerebro, donde tiene lugar la sensación de color propiamente dicha. Como sensación experimentada por los seres humanos y determinado animales, la percepción del color es un proceso neurofisiológico muy complejo. Los métodos utilizados actualmente para la especificación del color se encuadran en la especialidad denominada colorimetría


Colorimetría

Es la ciencia del color. Permite establecer un sistema numérico capaz de describir, dentro de los límites de nuestra percepción visual, aquellos aspectos psicofísicos que atribuimos al color.

En toda radiación luminosa cabe distinguir dos aspectos: su intensidad (cantidad de energía que llega a una determinada sección por unidad de tiempo), y su cromaticidad. Este segundo aspecto viene determinado por dos sensaciones que con nuestro ojo podemos apreciar como son tono o matiz y pureza (o saturación) del color. Así, por ejemplo, cuando se dice que una radiación es roja se refiere a su matiz (o longitud de onda dominante), pero dentro del mismo tono o clase de color se distingue entre un rojo subido o un rojo pálido por su distinta pureza o saturación.

Es interesante diferenciar el color por emisión, por reflexión o por transparencia. El color de la luz emitida por un cuerpo en la oscuridad depende de la longitud de onda de la radiación que , a su vez, es función de la temperatura. Un objeto que está a una temperatura inferior a 500 ºC, nos da una radiación infrarroja, a partir de dicha temperatura, la radiación impregna nuestra retina. Por ejemplo, la superficie exterior del Sol está a unos 6000 K, temperatura a la cuál un cuerpo emite radiación que denominamos amarilla. 

Decimos que un objeto tiene un color cuando, con preferencia, refleja o transmite las radiaciones correspondientes a tal color. Por ejemplo, un cuerpo es rojo por reflexión o transparencia cuando absorbe en casi su totalidad, todas las radiaciones menos las rojas, las cuales refleja o se deja atravesar por ellas.  

El color de los cuerpos no es una propiedad intrínseca de ellos, sino que va ligado a la naturaleza de la luz que reciben. 

La luz blanca es una mezcla de radiaciones de longitudes de onda diferentes, que se extienden desde la luz roja, que tiene la longitud de onda más larga hasta la luz violeta, que tiene la longitud de onda más corta. 
Como se ha comentado, los colores de las cosas que vemos mediante la luz reflejada dependen del tipo de luz que cae sobre ellas y también depende de la naturaleza de sus superficies. Si una superficie refleja toda la luz que cae sobre ella, el color de la superficie será blanco cuando lo ilumine la luz blanca, rojo cuando lo ilumine la luz roja y así sucesivamente. Una superficie que refleja únicamente la luz verde, por ejemplo, se verá verde únicamente cuando la luz que está iluminándola contiene el color verde; si no es así, se verá negra.  Una superficie que absorbe toda la luz que le llega, se verá de color negro. 

Para comprender lo anterior, observar los payasos siguientes: el primero de ellos se ve bajo una luz blanca, por lo tanto los colores del vestido del payaso reflejan sus propias tonalidades. Los siguientes payasos están iluminados con luces verde, azul oscura, amarilla y roja, respectivamente.

  

Colores primarios:
El ojo humano no funciona como una máquina de análisis espectral, y puede producirse la misma sensación de color con estímulos físicos diferentes. Así, una mezcla de luces roja y verde de intensidades apropiadas parece exactamente igual a una luz amarilla espectral, aunque no contiene luz de las longitudes de onda asociadas al amarillo. Puede reproducirse cualquier sensación de color mezclando aditivamente diversas cantidades de rojo, azul y verde. Por eso se conocen estos colores como colores aditivos primarios. 


La mayoría de los colores que experimentamos normalmente son mezclas de longitudes de onda que provienen de la absorción parcial del la luz blanca. Los colores que absorben la luz de los colores aditivos primarios se llaman colores sustractivos primarios. Son el magenta (que absorbe el verde), el amarillo (que absorbe el azul) y el cyan (azul verdoso, que absorbe el rojo). 

Los pigmentos son compuestos que absorben la luz de unos colores particulares con especial eficiencia. Así, el tomate contiene un pigmento carotenoide que absorbe la luz en la gama de longitudes de onda que va del violeta al verde, y refleja las demás. La clorofila del pimiento lo absorbe todo, excepto el verde, que refleja, y las antocianinas de la hortensia lo absorben todo, excepto los azules y violetas. Conviene observar como se verían, el tomate, el pimiento y la hortensia, iluminados con una luz verdosa (cian), con luz verde amarillenta (amarillo) y con luz rojo azulada (magenta).

miércoles, 6 de octubre de 2010

Nobel de Química 2010



El profesor estadounidense Richard Heck ha dicho que está encantado de recibir el premio Nobel de Química, pero que ahora su descubrimiento está mucho más allá de él mismo, dado que las empresas y los laboratorios son los que aprovechan sus usos y a menudo en gran secreto.

"Estoy muy complacido de recibir el premio", dijo Heck, profesor emérito de la Universidad de Delaware (este de Estados Unidos).

Heck (de 79 años) y los japoneses Ei-ichi Negishi (75) y Akira Suzuki (80) recibieron este miércoles el Nobel de Química por "el acoplamiento cruzado del paladio catalizado", un conjunto de reacciones químicas del carbono obtenidas gracias a un catalizador que utiliza ese metal.

"Resultó ser una reacción bastante útil", dijo Heck.

Debido a que el descubrimiento abrió la vía a formas más eficientes de crear moléculas complejas y compuestos, los científicos ahora lo usan en una amplia variedad de campos, desde la investigación sobre el cáncer y medicamentos hasta la fabricación de chips informáticos, pantallas y otros productos electrónicos.

"Es una reacción de laboratorio útil, con importantes aplicaciones en la industria. Pero buena parte de ellas son secretas, porque quieren mantener sus patentes"

martes, 5 de octubre de 2010

Grafeno. Nobel de Física 2010

Andre Geim
Konstantin NovoselovEn el día de hoy La Real Academia Sueca de Ciencias ha otorgado el Premio Nobel en Física a Andre Geim y Konstantin Novoselov, profesores en la Universidad de Manchester. La frase de la Academia ha sido "for groundbreaking experiments regarding the two-dimensional material graphene" ("demostraron que el carbono en esa forma plana tiene propiedades excepcionales").

Pero, ¿qué es el grafeno?, ¿qué propiedades posee este material y qué desarrollo ha tenido en estos últimos años como para que la academia otorgue este Nobel a estos 2 científicos?


El grafeno es un material completamente nuevo, que no sólo es el más delgado jamás obtenido, sino también el más fuerte. Conduce la electricidad tan bien como el cobre y como conductor de calor "supera a todos los materiales conocidos", señaló la Academia. Además, es casi completamente transparente y es tan denso, que ni siquiera el helio, el átomo de gas más pequeño, lo puede atravesar. 

Las sorpresas que nos depara el Carbono.

"La estructura electrónica del grafeno es única y maravillosa. Es 100 veces más fuerte que el acero", dijo Per Delsing, experto miembro del Comité Nobel. "El carbono, la base de toda la vida sobre la Tierra, nos sorprendió de nuevo", indicó el jurado Nobel. 

Todavía no hay aplicaciones prácticas de este material, pero los expertos creen que se podría usar en pantallas sensibles al tacto, para fabricar computadoras más rápidas o en celdas solares.
 
Geim, de 51 años, y Novoselov, de 36, extrajeron grafeno de un trozo de grafito, como el que se encuentra en los lápices, indicó la Academia Nobel, que señaló el revuelo que causó el artículo publicado por los investigadores en la revista "Science" en octubre de 2004. Un milímetro de grafito contiene tres millones de capas de grafeno.  

Expectativas de futuro
"Aún no conocemos todas las aplicaciones posibles del grafeno", dijo Geim en una comunicación telefónica organizada por la Academia Nobel. "Espero que pueda cambiar nuestras vidas como lo hizo el plástico".

Lars Bergstrom, secretario del Comité Nobel, dijo en declaraciones a la radio sueca que es posible que el material pueda ser usado en celdas solares y en aplicaciones electrónicas.

Geim dijo que no tiene previsto dejar su trabajo científico. "Algunos ganadores del Premio Nobel dejan de trabajar tras recibir el galardón. Otros piensan que lo obtuvieron por accidente. Yo no pertenezco a ninguna de estas dos categorías. Voy a continuar (mis investigaciones). Estoy muy orgulloso del Premio Nobel", indicó el especialista nacido en la ciudad rusa de Sochi.

Geim y Novoselov compartirán por partes iguales el premio de diez millones de coronas suecas (1.48 millones de dólares/1.08 millones de euros). La ceremonia de entrega de los galardones se realizará el 10 de diciembre, aniversario de muerte de Alfred Nobel, el creador de estos premios.
 


 

lunes, 4 de octubre de 2010

¿Es lo mismo 1 que 1.0 o 1.00?

Hola, hola.!!!

Ya estamos de vuelta una semana más. Hoy voy hablaros de números. Los que estén familiarizados en algún lenguaje de programación entenderán el título.
La verdad es que nos pasamos un montón de años en el colegio diciendo a los chicos que esos ceros no cambian nada y que esos números son iguales…

Pues esto es una mentira como un templo

Si hablamos de matemáticas, y esos números no representan ninguna magnitud física, es cierto.
Pero si esos números representan algo, es otro asunto.

Cuando compro un metro de cuerda en la tienda. Ni el tendero ni yo nos preocupamos de que sea un
metro exactíiiisimo y, con frecuencia, me da más: 1,5 metros, por ejemplo. En este caso el número que yo le facilitaba (1) no decía nada de si podía pasarse algunos centímetros arriba o abajo.


800px-thickness_gauge
Y así podíamos seguir…

Resumiendo, cuando das un número referido a una realidad física, y aparecen esos ceros, significa que alguien se preocupó de medir esos decimales y que valían cero ni siete, ni dos… cero. Lo que normalmente cuesta un buen dinero.
Aquí os pongo una foto de lo que se llaman galgas. Son laminitas que tienen una medida muy concreta y que sirven para comprobar piezas que fabriques o calibrar máquinas.

Fijaos en la indicación de la primera, por ejemplo.

1,00 milímetros.!!!!!!

cale_etalonAsí que el grosor de esa lámina es un milímetro, ni una décima de milímetro arriba o abajo y ni una centésima de milímetro arriba o abajo.
Os parecerá una frikada, pero valen una pasta…
Y si te mola, te puedes comprar una caja completa

Así que nunca lo olvideis:
"Una cosa son las matemáticas y otra cosa es la interpretación que le doy a los números"

lunes, 27 de septiembre de 2010

L.A.S.E.R.

En el día a día es muy común que en alguna conversación aparezca el acrónimo LASER. Quien no conoce a algun conocido que se ha operado de miopia o cada cierto tiempo acude a una sesión de depilación, por no hablar de la gran variedad de aplicaciones industriales. Pero, ¿sabemos a qué nos referimos cuando pronunciamos la palabra laser?, ¿cuál es el mecanismo físico?

LÁSER es el acrónimo de “light amplification by stimulated emisión of radiation”, o lo que es lo mismo, amplificación de la luz mediante una emisión estimulada por una radiación. Por lo general, se trata de una luz cuya longitud de onda que se encuentra habitualmente entre los 400-700 nm, esto es, dentro del espectro de luz visible de la radiación electromagnética o muy cerca de él.

¿Qué características presenta este tipo de luz?

1.- Monocromaticidad: Emite una radiación electromagnética de una sola longitud de onda, en oposicióna las fuentes convencionales como las lámparas incandescentes (bombillas comunes) que emiten en un rango más amplio, entre el visible y el infrarrojo, de ahí que desprendan calor. La longitud de onda, en el rango del espectro electromagnético de la luz visible, se identifica por los diferentes colores (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, violeta), estando la luz blanca compuesta por todos ellos. Esto se observa fácilmente al hacer pasar un haz de luz blanca a través de un prisma. 

2.- Coherencia espacial: La radiación láser tiene una divergencia muy pequeña, es decir, puede ser proyectado a largas distancias sin que el haz se abra o disemine la misma cantidad de energía en un área mayor.

Esta propiedad se utilizó para calcular la longitud entre La Tierra y La Luna, al enviar un haz láser hacia la Luna, donde rebotó sobre un pequeño espejo situado en su superficie, y éste fue medido en La Tierra por un telescopio.

3.- Coherencia temporal: La luz láser se transmite de modo paralelo en una única dirección debido a su naturaleza de radiación estimulada, al estar constituido el haz láser con rayos de la misma fase, frecuencia y amplitud.


Física de un Laser.

De forma general los láseres constan de un medio activo capaz de generar el láser. Hay cuatro procesos básicos que se producen en la generación del láser, denominados bombeo, emisión espontánea de radiación, emisión estimulada de radiación y absorción.


Bombeo. Se provoca mediante una fuente de radiación como puede ser una lámpara, el paso de una corriente eléctrica o el uso de cualquier otro tipo de fuente energética que provoque una emisión. 

Emisión espontánea de radiación. Los electrones que vuelven al estado fundamental emiten fotones. Es un proceso aleatorio y la radiación resultante está formada por fotones que se desplazan en distintas direcciones y con fases distintas generándose una radiación monocromática incoherente. 
 
Emisión estimulada de radiación. La emisión estimulada, base de la generación de radiación de un láser, se produce cuando un átomo en estado excitado recibe un estímulo externo que lo lleva a emitir fotones y así retornar a un estado menos excitado. El estímulo en cuestión proviene de la llegada de un fotón con energía similar a la diferencia de energía entre los dos estados. Los fotones así emitidos por el átomo estimulado poseen fase, energía y dirección similares a las del fotón externo que les dio origen. La emisión estimulada descrita es la raíz de muchas de las características de la luz láser. No sólo produce luz coherente y monocroma, sino que también "amplifica" la emisión de luz, ya que por cada fotón que incide sobre un átomo excitado se genera otro fotón.

Absorción. Proceso mediante el cual se absorbe un fotón. El sistema atómico se excita a un estado de energía más alto, pasando un electrón al estado metaestable. Este fenómeno compite con el de la emisión estimulada de radiación.

En la figura se ilustra cómo se obtiene la radiación laser

jueves, 23 de septiembre de 2010

¿Cómo ver dimensiones extra?

La existencia de estas dimensiones extra es un elemento crítico no probado todavía de la teoría de las cuerdas, la principal aspirante a "teoría unificada del todo".
 
Los científicos desarrollaron la teoría de las cuerdas, que propone que todo en el universo está formado por diminutas cuerdas vibrantes de energía, para con ella tratar de abarcar los principios físicos de todos los objetos, desde las inmensas galaxias hasta las partículas subatómicas. Aunque actualmente es la favorita para explicar la constitución del cosmos, la teoría permanece sin probar hasta la fecha.

La matemática de la teoría de las cuerdas sugiere que además de nuestras cuatro dimensiones familiares (el espacio tridimensional y el tiempo) debe haber seis dimensiones espaciales extra, unas singulares dimensiones "ocultas", "enrolladas" en diminutas formas geométricas en cada punto de nuestro universo.

El nuevo estudio, dirigido por el físico Gary Shiu (http://uw.physics.wisc.edu/~strings/shiu/shiu.html), de la Universidad de Wisconsin-Madison, puede proporcionar el fundamento que se ha buscado durante tanto tiempo, para medir este aspecto previamente inmensurable de la teoría de las cuerdas.

Dimensiones extraAunque los científicos emplean los ordenadores para visualizar lo que estas geometrías con seis dimensiones podrían parecer, realmente nadie sabe con seguridad qué formas toman. Nuestras mentes están acostumbradas a sólo tres dimensiones espaciales y carecen de un marco de referencia para las otras seis.
 
Según la matemática de la teoría de las cuerdas, las dimensiones extra podrían adoptar cualquiera de decenas de miles de posibles formas, donde cada una se correspondería teóricamente con su propio "universo", y con su propia colección de leyes físicas.

No es posible ver o medir a través de cualquier medio directo usual de observación estas dimensiones extra, lo que hace muy difícil la comprobación de este aspecto crucial de la teoría de las cuerdas.

El nuevo enfoque está basado en la idea de que las seis dimensiones extra tuvieron su mayor influencia en el universo cuando éste era una diminuta mancha muy comprimida de materia y energía, es decir, sólo un instante después del Big Bang.
 
Como no existe una máquina del tiempo para viajar hasta aquel momento, los científicos emplearon el mejor sustituto disponible: un mapa de la energía cósmica liberada por el Big Bang. La energía, vislumbrada por satélites como el WMAP de la NASA, ha persistido casi inalterada durante los últimos 13.000 millones de años, haciendo que éste mapa de energía cósmica sea como una especie de "fotografía" del universo recién nacido.

Al igual que una sombra puede dar una idea de la forma de un objeto, el modelo de la energía cósmica del firmamento puede dar una indicación de la forma de las otras seis dimensiones presentes.
Comenzando con dos tipos diferentes de geometrías matemáticamente simples, los investigadores calcularon el mapa de energía predicho que se vería en el universo descrito por cada forma geométrica. Cuando compararon ambos mapas, encontraron pequeñas pero significativas diferencias entre ellos.

Esto demuestra que las pautas específicas con que se manifiesta la energía cósmica pueden contener pistas sobre cuál es la geometría de las seis dimensiones ocultas.

Aunque los datos actualmente disponibles no son aún lo bastante precisos como para efectuar comparaciones capaces de dilucidar lo que se busca, nuevos satélites como el Planck de la Agencia Espacial Europea, debieran ser capaces de detectar en el cosmos las sutiles variaciones entre las distintas geometrías. 

 

miércoles, 22 de septiembre de 2010

Atascos de tráfico

Una línea de investigación, en la que ahora la Universidad de Bristol ha iniciado su trabajo para un nuevo proyecto, ya desveló que aunque la mayoría de los cambios en la velocidad de un vehículo y en su posición en la carretera son absorbidos por el flujo del tráfico, a veces se combinan en una "tormenta perfecta" para crear estos atascos fantasma.

En condiciones de tráfico denso, la acción de un único conductor que cruza con su vehículo de un carril a otro es suficiente para causar una "pequeña bola de nieve" que va creciendo al propagarse hacia los vehículos que marchan detrás hasta convertirse en una "gran bola de nieve" que se salda con un embotellamiento de tráfico.

Las causas de este fenómeno están siendo estudiadas en un proyecto dirigido por Eddie Wilson (http://www.enm.bris.ac.uk/scripts/conta/staffDir.php?id=bRx0v1hGJLvou35vUwlQB0vX9PB00b), quien desarrolla modelos matemáticos para describir estos atascos fantasma en las autopistas.

Eventos breves e inesperados como un camión que momentáneamente se sale de su carril en una calzada con dos carriles de sentidos opuestos, tiene un efecto mucho mayor que la brusca disminución de velocidad del vehículo que va inmediatamente por detrás. Al reducir la velocidad por debajo de una velocidad crítica, un conductor forzaría al automóvil que va justo detrás a reaccionar reduciendo más aún su velocidad, y al automóvil posterior a éste a disminuir todavía más su velocidad. El resultado de esto es que varios kilómetros por detrás, los automóviles finalmente se ven obligados a detenerse, sin que los conductores puedan imaginar la causa que provoca esa situación cuando, después de una molesta espera, logran alcanzar el otro extremo de la cola, sin haber encontrado ninguna causa visible para el atasco.

El efecto es más fuerte en carreteras muy llenas.

Esa cadena de disminuciones de velocidad se propaga hacia atrás a través del tráfico, como una especie de ola solitaria, que los conductores pueden encontrar muchos kilómetros atrás, varios minutos después de que fuera activada.

Antes de un estudio previo, efectuado también por un equipo de la Universidad de Bristol, en colaboración con las de Exeter y Budapest, los conductores, los policías de tráfico y los responsables de los diversos aspectos de la infraestructura de transporte por carretera no sabían por qué se producen atascos como estos.
 
Un tráfico denso no lleva de manera automática a la congestión. El margen de tiempo de que disponen los conductores para reaccionar es un factor clave. Un margen de tiempo corto, por haber tardado demasiado el conductor en detectar el problema, o por otras causas, le lleva a frenar más bruscamente de lo que habría hecho si su margen de tiempo hubiera sido mayor.

Y ahí se pone en marcha el fenómeno comparable a una bola de nieve aumentando de tamaño según rueda ladera abajo. Es determinante cuán bruscamente frena el conductor. Un frenado suave de alguien que ha logrado identificar con suficiente antelación un problema momentáneo permitirá que el flujo del tráfico se mantenga igual que antes. Un frenazo brusco, normalmente causado por un conductor que reacciona tarde a un problema o que se encuentra con que éste se produce a corta distancia de él y de modo imprevisible, puede afectar al flujo del tráfico durante muchos kilómetros hacia atrás.

Wilson destaca al respecto que el embotellamiento récord entre los atascos fantasma alcanzó nada menos que unos 80 kilómetros de largo.

lunes, 20 de septiembre de 2010

La superconductividad

Los materiales metálicos se caracterizan por presentar una resistencia casi nula al paso de la corriente eléctrica, es decir, al paso de electrones de conducción a través de sus orbitales. Esta característica hace que sean utilizados en las aplicaciones en las que el transporte de electricidad es necesario, como es el caso de los cables conductores, de ahí que sean mayormente de cobre o aluminio, o en los conectores, algunos de ellos bañados en oro, por ser éste un muy buen conductor.

La resistencia que presentan los materiales al paso de la corriente eléctrica, muy pequeña en el caso de los metales, se transforma en calor, denominado Efecto Joule, por el choque de los electrones entre sí o con los átomos que componen la red cristalina en la que se encuentran, como consecuencia de la oscilación térmica. Por ello, para transportar la corriente a largas distancias a través de los tendidos eléctricos, se transforma ésta a altas tensiones, reduciendo la intensidad y así la temperatura que alcanzan los cables y con ello evitando que se derritan.

Superconductividad

La superconductividad es la capacidad intrínseca que poseen ciertos materiales para conducir corriente eléctrica con resistencia y pérdida de energía cercanas a cero en ciertas condiciones, siendo una de éstas, el encontrarse a muy bajas temperaturas, cercanas al cero absoluto (-273ºC). Esta propiedad fue descubierta en 1911 por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes, cuando observó que la resistencia eléctrica del mercurio desaparecía cuando se lo enfriaba a 4º Kelvin (-269 °C).



La aparición del superdiamagnetismo es debida a la capacidad del material de crear supercorrientes. Éstas son corrientes de electrones que no disipan energía, de manera que se pueden mantener eternamente sin obedecer el Efecto Joule de pérdida de energía por generación de calor. Las corrientes crean el intenso campo magnético necesario para sustentar el efecto Meissner. Estas mismas corrientes permiten transmitir energía sin gasto energético, lo que representa el efecto más espectacular de este tipo de materiales.



Levitación magnética.

Otra de de las características que define a un supercondutor es que el campo magnético inducido por un campo magnético externo débil es cero en su interior cuando éste es enfriado por debajo de su temperatura de transición superconductora. Este efecto es llamado Meissner-Ochsenfel y es el que permite que los imanes leviten sobre un superconductor (diamagnético perfecto).

En la levitación magnética se utiliza nitrógeno líquido en ebullición, que mantiene al superconductor en un estado de resistencia nula, al aproximar su temperatura al cero absoluto. Cuando el imán desciende hacia el superconductor, induce una corriente eléctrica, que a su vez crea un campo magnético opuesto al del imán. Como el superconductor no tiene resistencia eléctrica, la corriente inducida sigue fluyendo y mantiene el imán suspendido indefinidamente.

Pinchad en este link:  http://www.youtube.com/watch?v=g1gIdv6QV_I
Mañana continuamos con las aplicaciones de estos materiales.

¿Os imaginais materiales superconductores a temperatura ambiente?
 
 


miércoles, 15 de septiembre de 2010

La paradoja del gato de Schrödinger

Hola, hola!!!
Hoy vamos a intentar explicar cómo nos manejamos en el mundo cuántico. Para ello recurro al más que famoso "gato de Schrödinger", para muchos conocidos. Personalmente, yo recurro a la mecánica cuántica en mis investigaciones día a día.

El experimento mental consiste en imaginar a un gato metido dentro de una caja que también contiene un curioso y peligroso dispositivo. Este dispositivo está formado por una ampolla de vidrio que contiene un veneno muy volátil y por un martillo sujeto sobre la ampolla de forma que si cae sobre ella la rompe y se escapa el veneno con lo que el gato moriría. El martillo está conectado a un mecanismo detector de partículas alfa; si llega una partícula alfa el martillo cae rompiendo la ampolla con lo que el gato muere, por el contrario, si no llega no ocurre nada y el gato continua vivo.

Cuando todo el dispositivo está preparado, se realiza el experimento. Al lado del detector se sitúa un átomo radiactivo con unas determinadas características: tiene un 50% de probabilidades de emitir una partícula alfa en una hora. Evidentemente, al cabo de una hora habrá ocurrido uno de los dos sucesos posibles: el átomo ha emitido una partícula alfa o no la ha emitido (la probabilidad de que ocurra una cosa o la otra es la misma). Como resultado de la interacción, en el interior de la caja, el gato está vivo o está muerto. Pero no podemos saberlo si no la abrimos para comprobarlo.

Si lo que ocurre en el interior de la caja lo intentamos describir aplicando las leyes de la mecánica cuántica, llegamos a una conclusión muy extraña. El gato vendrá descrito por una función de onda extremadamente compleja resultado de la superposición de dos estados combinados al cincuenta por ciento: "gato vivo" y "gato muerto". Es decir, aplicando el formalismo cuántico, el gato estaría a la vez vivo y muerto; se trataría de dos estados indistinguibles.

La única forma de averiguar qué ha ocurrido con el gato es realizar una medida: abrir la caja y mirar dentro. En unos casos nos encontraremos al gato vivo y en otros muerto. Pero, ¿qué ha ocurrido? Al realizar la medida, el observador interactúa con el sistema y lo altera, rompe la superposición de estados y el sistema se decanta por uno de sus dos estados posibles. El sentido común nos indica que el gato no puede estar vivo y muerto a la vez. Pero la mecánica cuántica dice que mientras nadie mire en el interior de la caja el gato se encuentra en una superposición de los dos estados: vivo y muerto.

Esta superposición de estados es una consecuencia de la naturaleza ondulatoria de la materia y su aplicación a la descripción mecanocuántica de los sistemas físicos, lo que permite explicar el comportamiento de las partículas elementales y de los átomos. La aplicación a sistemas macroscópicos como el gato o, incluso, si así se prefiere, cualquier profesor de física, nos llevaría a la paradoja que nos propone Schrödinger.

Por esto terminamos esta semana, mis disculpas pero tengo asuntos propios. Dentro de este maravilloso mundo hay fenomenos muy diferentes a los que observamos an nuestro mundo. En días sucesivos comentaremos más cosas.
Pero os dejo una cuestión al hilo de este artículo:
¿Cómo es posible que una partícula vaya de un punto A a un punto B, sin pasar por el punto medio del segmento AB?
PISTA: en el mundo microscópico no existe el concepto trayectoria.

martes, 14 de septiembre de 2010

La alquimia y la Piedra Filosofal. Historia de la Química

Quizás este artículo sea uno de mis favoritos. Os voy a tratar de explicar en pocas palabras el principio de la Química. Vamos a ello!!!.

La alquimia es una de las ciencias cuyo nombre evoca ya las más contrarias y diversas reacciones: atracción, desprecio, curiosidad, incertidumbre... sentimientos opuestos, provocados en parte por la falta de información concisa sobre su origen y desarrollo.

La percepción más común y popular que se propaga sobre los alquimistas es que eran pseudocientíficos, mentirosos y charlatanes que intentaban convertir el plomo en oro, creían que el universo estaba compuesto de los cuatro elementos clásicos (tierra, aire, fuego y agua) y empleaban la mayor parte de su tiempo elaborando remedios milagrosos, venenos y pociones mágicas.

La Alquimia es un arte tan antiguo como la propia humanidad. El significado de este término parece tener una procedencia dudosa aunque muchos afirman que la expresión actual, es legada directamente por los árabes y que puede ser dividida en dos partes: el artículo "al" y el término "chemia" que significa "tierra o suelo negro". Según esta hipótesis, los musulmanes se referían a las oscuras tierras de Egipto donde habrían aprendido los primeros secretos de la misteriosa ciencia. La figura del filósofo egipcio Hermes Trimegistus se consideraría entonces como padre del saber humano y de ahí derivaría el término "hermético" que con tanta frecuencia aparece relacionado con la alquimia.

Dejando aparte su faceta misteriosa y oculta, hay que hacer notar que la alquimia contribuyó de forma muy importante al progreso de la química de laboratorio. Nuevos aparatos como el alambique y nuevas técnicas como la destilación se convirtieron el algo de uso cotidiano, al mismo tiempo que se descubrían sustancias hasta entonces ignoradas como el aceite de vitriolo (ácido sulfúrico), el agua regia, el agua fuerte (ácido nítrico), el amoníaco, etc.

Pero la alquimia era ante todo una ciencia hermética alrededor de la cual se fue tejiendo un halo de misterio y secreto, originado en parte por las aspiraciones extrañas y a menudo incomprensibles de algunos de sus seguidores, así como por la forma simbólica y casi indescifrable de sus escritos. No es fácil resumir en pocas palabras la labor de un alquimista. Esta se centraba especialmente en tres facetas distintas: por una parte la búsqueda de la piedra filosofal, en presencia de la cual todos los metales podían ser convertidos en oro; en segundo lugar el descubrimiento del elixir de larga vida, imaginado como una sustancia capaz de evitar la corrupción de la materia y por último la consecución de la "Gran Obra", cuyo objetivo era elevar al propio alquimista a un estado superior de existencia, en una situación privilegiada frente al Universo.  


La piedra filosofal

La piedra filosofal es una sustancia que según los creyentes en la alquimia tendría propiedades extraordinarias, como la capacidad de trasmutar los metales vulgares en oro; existen dos tipos de piedra: la roja, capaz de transmutar metales innobles en oro y la blanca, cuyo uso transforma dichos metales innobles en plata. La roja se obtiene empleando la Vía Seca, la blanca a través de la Vía Húmeda; en ambos casos el elemento de partida es la pirita de hierro. 

La piedra filosofal, o elixir de la vida era algo ansiosamente buscado y codiciado porque se le suponían virtudes maravillosas, no sólo la de conseguir el oro sino la de curar algunas enfermedades y otorgar la inmortalidad. Para la fabricación de oro se buscaba un material que facilitase la mezcla de mercurio y azufre porque se suponía que ese era el camino acertado. A partir de esa mezcla hallarían el noble metal. Estos dos aspectos están relacionados, una característica del oro es que se oxida mas lentamente que otros metales, es decir el oro es "inmortal" por lo tanto si descubrían como formar oro a partir de , tal vez podrían hacer que el pobre cuerpo mortal se volviera inmortal.