quiero ser

QUIERO SER....
FÍSICO
A Inma, Sara y Luis
a mi familia
a Miguel y Manolo que confiaron en mí
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ÍNDICE
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
4
LOS HACEDORES DE CIENCIA
6
Galileo
6
Newton
15
Einstein
36
¿Y ahora ya no hay Físicos?
62
La física española
63
HISTORIAS DE LA FÍSICA
71
El tamaño del Universo
72
Descubriendo los ladrillos cósmicos
90
LOS NUEVOS RETOS
117
¿PUEDO EMPEZAR YA?
135
TODO ESTO EN 4 O 5 AÑOS
139
ANEXOS
Museos de la Ciencia y Planetarios
144
Facultades de Física
146
Experimentos
148
-3-
Si hoy soy licenciado en Ciencias Físicas se lo debo
a tres personas especialmente; a mis padres, oriundos de un
pueblo de la provincia de Sevilla, que pagaron la carrera y
me apoyaron en la elección, y a Carl Sagan, nacido en
Brooklyn y a quien nunca he conocido, pero que sobre 1980
tuvo la brillante idea de acercar la ciencia en general, y la
astronomía en particular, al gran público con un libro y una
serie de doce capítulos para la televisión.
Fue esa serie,"Cosmos" la que me llevó a sentir una
gran fascinación por la astronomía, y el detonante que hizo
que eligiese Física como única opción en el boletín de
inscripción de la Universidad (afortunadamente pude entrar,
si no, posiblemente no estarías leyendo esto).
Hoy, quince años después de aquella decisión,
después de celebrar el "año internacional de la Física",
quisiera con esta publicación incentivar a los jóvenes que se
plantean iniciar una carrera científica elegir la Física como
opción. También, ofertar a aquellos que aún no tienen claro
qué camino seguir, una posibilidad más en su abanico de
posibles alternativas.
¿Qué me mueve a recomendar esta profesión? No es
puro proselitismo. Siempre que pregunto a un colega o
algún compañero por la carrera, aparece en la respuesta una
palabra que para mí es la que mejor la define: apasionante.
Así la viví yo, tanto durante los años de carrera como en el
trabajo de doctorado posterior; y así pretendo mostrarla a
quienes tengo la dicha de conocer y educar.
Por otra parte, si Física te suena a fórmulas y
complicados problemas de imposible solución para la mayor
parte de los alumnos, no te preocupes, en este librito no
aparecerán fórmulas complicadas (y casi tampoco sencillas)
y no tendrás que resolver problema alguno.
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El objetivo no es otro que hacer un viaje por la
historia de esta disciplina y mostrar de manera simple, clara
y rigurosa alguno de los episodios más ilustradores y
entretenidos en la permanente búsqueda del conocimiento
de los principios que rigen el Cosmos que esta ciencia tiene
por finalidad. No olvidaré, y de hecho tendrán un lugar
preeminente en esta obra, quienes fueron protagonistas en
primera persona de dichos episodios.
LOS HACEDORES DE CIENCIA
Galileo
Corre el año de 1564 cuando en la conocida ciudad
de Pisa, el músico Vincenzo Galilei y Giulia degli
Ammannati, un 15 de febrero, tienen al primero de sus siete
hijos. Le ponen por nombre Galileo. Acababa de nacer el
que es considerado el primer científico de la historia.
La familia de Galileo pertenecía a la baja nobleza y
vivía del comercio, aunque Vincenzo, fue un afamado
músico que contribuyó a la revolución musical de principios
del barroco. Parece ser que, además, era aficionado a las
matemáticas y que ello pudo contribuir en alguno de los
logros de Galileo, en concreto en el descubrimiento de la
isocronía del péndulo.
Pero antes de comenzar a relatar los hechos más
importantes de la vida de Galileo Galilei, pongámonos en
situación sobre la época que le tocó vivir. Alrededor de
1400 comienza en Italia un nuevo período histórico que
posteriormente se denominaría Renacimiento y que pronto
se propagará por toda Europa. En este periodo, que marca el
fin de la Edad Media, los valores feudales entran en crisis,
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comienza una migración desde el campo a las ciudades,
donde se desarrollan las artes, la ciencia y la política. Se
producen cambios psico-sociales importantes, el individuo
comienza a tomar más conciencia de sí, perdiendo
importancia el hecho de pertenecer a una comunidad más
amplia, es el nacimiento del individualismo. Es época de
grandes descubrimientos y el comercio marca la economía
de las ciudades y los Estados. Las artes nos deleitan con las
obras de grandes hombres como Donatello, Sandro
Botticelli, Michelangelo, o Raffaello Sandio. Aunque si
podemos ejemplarizar esta época en un hombre, este sería
Leonardo da Vinci, pintor, ingeniero, escultor y arquitecto.
En este periodo histórico tiene
lugar el descubrimiento de
América por Colón, la reforma
Luterana y la Contrarreforma
Católica, la invención y
desarrollo de la imprenta y, en el
ámbito científico, la exposición
por parte del canónigo polaco
Nicolás Copérnico de la teoría
heliocéntrica, que situaba al Sol
en el centro del Universo,
desplazando de este lugar a la
Tierra.
sentido, el trabajo de Galileo se considera complementario
al de su contemporáneo inglés Sir Francis Bacon, que otorga
la misma importancia a la experimentación, pero que llega a
dicha conclusión desde la filosofía y no desde la ciencia,
como hace Galileo.
Es momento ya de retomar la historia de nuestro
personaje, que apenas habíamos comenzado a relatar. Los
primeros años de su vida, hasta 1592, los pasa alternando su
residencia familiar entre Pisa y Florencia. A la edad de 17
años, a instancia de su padre, se matricula en la Universidad
de Pisa en la carrera de medicina. Durante su estancia en la
Universidad estudia mucho, pero poco de medicina, de
modo que, por problemas económicos, abandona la carrera
cuatro años después sin haberse graduado; pero con amplios
conocimientos de matemáticas y física.
Es prácticamente cuando el Renacimiento está dando
a su fin en la faceta artística, cuando nace Galileo, es él
quien simboliza la ruptura con la ciencia clásica (o filosofía
natural), estrechamente ligada a la filosofía y el comienzo de
la ciencia moderna. La característica fundamental de la
forma de hacer ciencia de Galileo es que da especial
importancia a los datos empíricos, a la experimentación, que
es la que puede refutar o validar las teorías de carácter
filosófico; y es este hecho el que supone el re-nacimiento de
la Ciencia y la derrota de la filosofía aristotélica. En este
Es en esta época en la que descubre el isocronismo
del péndulo. Si te preguntas que significa esa estrambótica
palabreja te lo puedo explicar fácilmente, un péndulo
oscilante siempre tarda lo mismo en dar una oscilación
completa, independientemente de que la amplitud de la
oscilación sea mayor o menor, a esto se llama isocronía
(“iso”=mismo, “cronos”=tiempo). Cuentan que el
descubrimiento lo realizó en la Catedral de Pisa, al percibir
que una lámpara del techo tardaba
siempre lo mismo en dar un giro
(supongo que la homilía no sería
interesante); pero en aquel tiempo
no existían los relojes mecánicos,
y mucho menos los cronómetros
de pulsera, así que ¿cómo podía
comprobar su apreciación?, muy
sencillo, se puso la mano en el
pecho y contó los latidos del
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corazón, que en reposo son un relativamente fiable y barato
reloj interno. Galileo tenía tan sólo 19 años y ya había
establecido una de las leyes importantes de la mecánica y,
de paso, iniciado el camino que llevaría con el tiempo a la
creación de los relojes de péndulo en 1656, por el también
físico Christian Huygens.
A los 25 años ya ha comenzado el estudio de varios
problemas mecánicos y ha inventado la balanza hidrostática,
además de dominar los Elementos de Euclides, obra magna
de las matemáticas de la época, ello le lleva a impartir clases
de matemáticas en la Universidad de Pisa con un salario de
60 ducados al año. Poco después, en 1592, se traslada a la
Universidad de Padua con un sueldo de 160 ducados al año,
donde estará hasta 1610 impartiendo geometría, mecánica,
óptica y astronomía.
ingresadas desde niñas en un convento, adoptando nuevos
nombres, Virginia pasó a ser Sor María Celeste y Livia Sor
Arcángela. La situación de Vincenzio fue mejor, ya que fue
reconocido por el Gran Duque de Toscana, asegurándose un
buen futuro. Marina Gamba en 1613 se casó con Giovanni
Bartoluzzi, la pareja mantuvo buenas relaciones con Galileo.
No se conoce ninguna otra relación de Galileo.
Las contribuciones de Galileo a las ciencias son
impresionantes:
- En mecánica descubrió, en contra de la creencia
aristotélica, que la caída de los cuerpos en el aire no
depende de la masa, demostró la ley de la inercia, la ley del
cuadrado y la ya mencionada ley del péndulo, que en su
último año de vida le llevó a concebir su uso en relojes;
observando proyectiles llegó a caracterizar el tiro
parabólico.
- En termodinámica inventó un antecesor del
termómetro, el termoscopio.
- En acústica se le atribuye el estudio de cuerdas
vibrantes, identificando el fenómeno de resonancia y las
ondas estacionarias; caracterizó los intervalos musicales por
frecuencias.
Estando en Padua conoce a la veneciana Marina
Gamba, de la que se enamora, y de la que un año después
tiene su primera hija, Virginia y al año siguiente su segunda
hija, Livia. En 1606 tiene a su primer y único hijo
Vincenzio. Habrás caído que en ningún momento he
nombrado la palabra matrimonio, y es porque Galileo no se
casó y ninguno de sus tres hijos llevó su apellido. Debido a
haber nacido fuera del matrimonio, sus dos hijas fueron
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- La óptica le debe la mejora, que no invención, del
telescopio de refracción y especialmente su uso en
astronomía, así como el microscopio que utilizó para
estudiar ejemplares de insectos.
- Inventó y construyó una balanza hidrostática, que
se utiliza para la medida del empuje de los líquidos sobre los
sólidos sumergidos; y también propuso una explicación de
las mareas.
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Además de todo lo anterior sus contribuciones a la
astronomía son asombrosas y determinantes para nuestra
concepción actual del cosmos, pero esto te lo relataré un
poco más adelante.
La mayor parte de las contribuciones de Galileo a las
ciencias las realizó entre los 25 y los 45 años. Los últimos
años de vida sufrió un largo y penoso conflicto con la
Iglesia Católica, que es representativo del enfrentamiento
ciencia-iglesia y que en el caso de Galileo se ha resuelto
hace escasos años, cuando en 1992 el Papa Juan Pablo II
pidió perdón por los errores cometidos en la persona de
Galileo Galilei.
Los orígenes del conflicto se datan en 1543, cuando
el astrónomo polaco Nicolás Copérnico publica “La
revolución de los cuerpos celestes” (De revolutionibus
orbium coelestium) en el que explica el modelo
heliocéntrico del Universo. Ya explicaré en otro capítulo el
significado de esto, por ahora baste decir que se estableció
un contencioso entre parte de la comunidad científica,
partidaria del heliocentrismo y la Iglesia católica, junto con
otra parte de la comunidad científica partidaria del
Geocentrismo. En el bando copernicano se encontraron
Galileo, Kepler o Newton.
En mayo de 1608, Galileo tiene noticias de la
invención del telescopio en Holanda, se propone por ello
construir uno propio y comienza poco después sus
observaciones astronómicas, en ellas descubre los cuatro
satélites mayores de Júpiter, a los que nombra “estrellas
Mediceas” en honor al gran duque de Toscaza, Cosimo II, y
que hoy se denominan satélites galileanos. Observa una
serie de manchas solares y también que la Luna tiene relieve
igual que la Tierra, que contradecían la idea de perfección
de los cielos, si los objetos celestes son perfectos no pueden
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tener ni manchas ni relieve,
serían en todo caso esferas
perfectas. Todo esto, junto con
otras observaciones como la
supernova de 1604 o las fases
de Venus, le llevó a adherirse a
la teoría copernicana y a
escribir sobre dichas teorías en
el libro “El mensajero sideral”
(Sidereus nuncius).
El
Vaticano intenta desacreditarle
como astrónomo, negando
incluso la validez de las
observaciones telescópicas, y
en 1615 le acusa de hereje.
Galileo se ve en la obligación
de acudir a Roma a defender
las teorías copernicanas pero con escaso éxito y se le
prohíbe la defensa y exposición de dichas teorías.
A pesar de todo esto, sus escritos tienen una gran
repercusión tanto en Italia como en el resto de Europa y la
Iglesia decide tomar cartas en el asunto, dado que la nueva
teoría podía perjudicarla en su lucha contra el
protestantismo. En 1616 la Inquisición declara falso y
erróneo al copernicanismo e incluye el libro de Copérnico
en la lista de libros prohibidos hasta su corrección por parte
de los censores. Galileo escribe al respecto que “la Biblia
enseña cómo se va al cielo, pero no cómo va el cielo”.
Unos años después, en 1621 muere el papa Pablo V
y le sucede Gregorio XV, quien muere tras medio año de
papado, dejando el cargo a Urbano VIII, quien era buen
amigo y mentor de Galileo. Aprovechando el cambio de
situación, Galileo pide audiencia y lucha por revocar el
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decreto de herejía de la teoría copernicana de 1616, sólo
consigue que el Papa le permita escribir sobre ella indicando
que no es la realidad sino una posibilidad matemática.
El nuevo Papa beneficia en lo
posible a Galileo, otorgándole una
pensión de 40 escudos al año y de 60 a
su hijo Vincenzio quien en 1629 le
hace abuelo. Una vez más Galileo se
presenta en Roma para hablar con el
Papa, esta vez desea publicar su nuevo
libro “Diálogo sobre los dos máximos
sistemas del mundo” (Dialogo sopra i
due massimi sistema del mondo).
Obtiene permiso de su amigo Urbano
VIII condicionado a que exponga ambas teorías
(copernicana y tolemaica) sin tomar partido por ninguna de
ellas. El libro es aprobado por la censura, se termina de
imprimir en febrero de 1632. La obra nos presenta tres
personajes, Salviati, defensor del sistema de Copérnico;
Simplicio defensor de las teorías imperantes en la época y
Sagredo, juez que, según transcurren las páginas, se va
decantando por las tesis de Salviati. La difusión de la obra
es espectacular y, viendo que el tratado contribuía a
propagar el modelo heliocéntrico, el Papa Urbano se retracta
de su palabra y pone a Galileo a disposición de la
Inquisición. El juicio es especialmente injusto y cruel con el
autor de los Diálogos y éste, ante la posibilidad de ser
condenado a muerte, se retracta de sus ideas y afirma “no
sostengo ni he sostenido estas ideas desde que se me ordenó
abandonarlas”, la leyenda afirma que tras estas palabras, en
voz baja, añadió “Eppur si muove”, es decir, “Y sin
embargo se mueve”. A pesar de su retracto, de ser ya un
anciano de 68 años, estar casi ciego y sordo y de padecer de
hernia, la Inquisición no se apiada de él y le condena a
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arresto domiciliario de por vida, primero en Siena y
posteriormente en su villa de Arcetri, cerca de Florencia.
En los años de reclusión, Galileo terminó su última
obra “Discurso sobre dos nuevas ciencias” (Discorsi e
dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze
attenenti alla meccanica), donde determina la ley de
aceleración de caída de los cuerpos y la ley de inercia, este
escrito iluminó a Newton para afinar su teoría sobre la
gravitación universal. El libro salió de Italia en secreto y se
publicó en 1639 en Holanda, estando ya su autor
completamente ciego.
El 8 de enero de 1642 muere Galileo en su domicilio
de Arcetri, el día siguiente es inhumado en Florencia.
Los antiguos griegos pusieron a sus héroes entre las
estrellas para perpetuar sus obras. También Galileo y su
familia se encuentran presentes en el cielo. Honrando a
Galileo se habla de los satélites galileanos (Io, Europa,
Ganímedes y Calisto); un cráter en la Luna y otro en Marte
llevan su nombre; y en Ganímedes existe la Región de
Galileo. El asteroide 697 se denomina Galilea y el asteroide
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Eros tiene un cráter de nombre Gamba. En memoria de su
hija, un cráter de de Venus lleva por nombre María Celeste.
anterior matrimonio de su esposa, por lo que este es enviado
a casa de su abuela. El Newton niño vivió esta experiencia
traumáticamente, pues supuso que había sido abandonado
por su madre.
Newton
El mismo año en que se apagó definitivamente en
Arcetri la estrella de Galilei, se encendió la más brillante de
las estrellas de la ciencia, algo más al norte, en el día de
navidad de 1642 del calendario Juliano (4 de enero por el
actual calendario Gregoriano), en la pequeña villa británica
de Woolsthorpe. Al recién nacido le pusieron por nombre
Isaac Newton. Vio la luz prematuramente y era tan pequeño
que cabía en un bocal de litro, hoy es, sin duda, el mayor
genio científico de la historia.
………………………..
El padre de Isaac había muerto antes del nacimiento
de su hijo. Su madre, Anna Ayscough, de familia más o
menos acomodada, se casó por segunda vez cuando su
primer hijo tenía tres años. Es posible que éste fuese uno de
los acontecimientos más decisivos en la vida de nuestro
protagonista. Tras las nupcias la familia se traslada a la villa
de North Withan, localidad en la que vivía Barnaby Smith,
nuevo esposo de la madre de Isaac; sin embargo parece que
el señor Smith no está dispuesto a hacerse cargo del hijo del
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LOS NUEVOS RETOS
En esta sección me gustaría mostrar una idea muy
simple, tanto la Física como el resto de ciencias no, repito
no, son una disciplinas concluidas. Hemos visto en los
capítulos precedentes cómo las visiones científicas de los
hechos y las interpretaciones del cosmos, el espacio y el
mismo tiempo han sufrido variaciones a lo largo de la
historia. Del mismo modo en la actualidad existen aún
incógnitas en espera de respuesta. Quisiera mostrar algunas
de ellas.
Antes de iniciar el listado una advertencia, algunos
de los retos se refieren a la física más avanzada y compleja,
puesto que quedan pocos enigmas por explicar que lleguen
al siglo de antigüedad. Procuraré simplificar el lenguaje y
explicarlo de modo sencillo, pero si no lo consigo, disculpa
y no te preocupes, hay mucha información en revistas y en
internet que puedes consultar. Por otro lado, otras hipótesis
que se proponen en la actualidad rozan casi la ciencia
ficción, pero no quisiera que les restases por ello
credibilidad. Cuando a finales del siglo XIX, Julio Verne
escribía sus novelas, se podía decir que escribía ciencia
ficción, ahora esas novelas muestran inventos ya superados,
quizás ocurra lo mismo con alguna de las más arriesgadas
conjeturas del momento.
En la búsqueda de vida, inteligente o no, en el
cosmos se parte de una breve serie de suposiciones
razonables. Primero, que debe nacer sobre la superficie de
un planeta; es un supuesto casi indudable que los
componentes que formarán la vida necesitan una cierta
densidad de moléculas, que sólo puede encontrarse sobre
superficies sólidas y/o líquidas. Segundo, que, aunque hay
otras posibilidades, las formas de vida se basen en el
carbono y su principal disolvente sea el agua. Tercero, el
planeta debe encontrarse
orbitando una estrella que
proporcione
energía
suficiente y no mortal.
Los presupuestos
anteriores limitan el tipo
de planeta en el que puede
surgir formas de vida. Los
candidatos deben ser de
tipo rocoso (no gaseosos
como Júpiter o Saturno) y la temperatura en superficie debe
permitir la existencia de agua líquida.
Existe una gran dificultad para detectar estos
planetas extrasolares debido a la luminosidad de la estrella
en torno a la cual orbitan. Es algo similar a intentar ver a un
mosquito sobre un foco de 100 W a una distancia de un
kilómetro.
Una de las preguntas esenciales en el hombre desde
que descubrió el vasto Universo es, ¿estamos solos? La
ciencia no puede aún responder a dicha pregunta, pero por
fin está delimitando las posibles respuestas.
A pesar de ello, se han establecido distintos métodos
para encontrar dichos planetas. Uno de ellos se basa en la
disminución del brillo en la estrella a causa del paso del
planeta opaco por delante de ésta. Otros infieren la
existencia del planeta por un levísimo movimiento de
vibración en la estrella. Y hay otros métodos más complejos
basados en propiedades relativistas. En todo caso, en ningún
caso el planeta puede "verse", sólo se deduce su existencia
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Búsqueda de planetas extrasolares o exoplanetas
basándose en datos razonables.
Después de grandes esfuerzos en la búsqueda de
exoplanetas se descubre el primero en 1995 en torno a la
estrella 51 Pegasi b. Los descubridores, Michel Mayor y
Didier Queloz, calcularon la masa del planeta, asignándole
un valor comparable al del planeta Júpiter.
En la actualidad
la lista de planetas se
amplía casi cada mes, a
4 de agosto de 2005 se
contabilizan
162
exoplanetas en 138
sistemas.
Por
los
métodos utilizados, los
planetas
detectados
suelen ser de tamaño
igual o superior a
Júpiter, tan sólo uno de
ellos es de tipo terrestre.
Hemos dado un gran paso al descubrir
empíricamente la existencia de sistemas planetarios
extrasolares, queda por desarrollar métodos de análisis que
nos permitan saber si en estos exoplanetas hay vida o no.
Teletransporte
El 8 de septiembre de 1966 se emite el primer
episodio de la mítica serie de televisión Star Trek. El
argumento de la serie consiste en una sucesión de viajes y
aventuras de una nave y su tripulación por los confines de la
galaxia. Obviamente, parte de la acción transcurre en la
nave, llamada USS Enterprise y parte en exóticos planetas
extrasolares. Cuando los productores de la serie se
enfrentaron al primer aterrizaje planetario vieron que
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resultaba muy caro filmar un transporte que saliese del la
USS Enterprise y llegase al planeta. Para abaratar costes
“inventaron” la teletransportación, consistente en que los
protagonistas desaparecían de una sala de la nave y
reaparecían en el planeta o donde deseasen. Reconozco que
quedaba muy espectacular. No necesito insistir para que me
creas si te digo que esta teletransportación no es físicamente
posible... aún y con objetos macroscópicos.
Al adentrarnos en el mundo de lo muy pequeño, las
leyes vigentes son las cuánticas establecidas en la primera
mitad del siglo XX. El
mundo
cuántico
está
repleto de paradojas y falto
de nuestro sentido común,
las cosas no ocurren como
en
nuestro
mundo
macroscópico. Existe una
característica
llamada
entrelazamiento
que
permite que dos objetos
tengan
las
mismas
propiedades,
independientemente de la distancia a la que se encuentren.
Usando esta propiedad, un equipo de físicos de varios
laboratorios dispersos por el mundo, consiguieron el
teletransporte de un fotón en 1993. Ya sé que no parece
mucho, pero es más de lo que te imaginabas posible antes de
leer es párrafo. Este teletransporte tiene varias limitaciones,
primero hay que entrelazar, poner en relación dos fotones,
uno irá al lugar de partida y otro al de llegada del transporte
cuántico; segundo, hay que enviar información desde el
punto de salida al de llegada y esta información no puede
superar la velocidad de la luz.
Aunque sólo se ha conseguido este fenómeno con
fotones es posible realizarlo también con átomos, moléculas
- 20 -
sencillas o iones. Actualmente se considera inviable con
objetos macroscópicos. Entonces, ¿de qué sirve este
teletransporte? Su uso se especula que está encaminado a la
producción de los llamados computadores cuánticos,
ordenadores que, usando estas propiedades cuánticas de la
materia, procesan la información muchísimo más deprisa
que los utilizados en la actualidad, con tamaños mucho
menores.
Viajes en el tiempo y el espacio
La novela de
Pierre Boulle "El planeta
de los simios", llevada ya
en dos ocasiones a la
gran pantalla, plantea una
fantástica situación en la
que un viajero estelar
regresa a su planeta de
origen, la Tierra, y se
encuentra
con
un
desconcertante
futuro.
Básicamente, podemos
decir que realiza un viaje
en el tiempo. Por poco
cotidiano que esto nos
pueda parecer, es uno de los resultados de la teoría especial
de la relatividad: cualquier nave que alcanzase una
velocidad cercana a la de la luz conseguiría que el tiempo
fluyese más despacio que para aquellos que quedasen en
Tierra. Esta situación ya la describió el mismo padre de la
relatividad en la llamada paradoja de los gemelos. Describe
la misma, que uno de dos gemelos idénticos viaja a la
estrella Alfa Centauri, que dista 4'3 años-luz de nuestro
planeta a una velocidad del 90% de la de la luz (esto se
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escribe 0'9c). El otro gemelo queda esperando al pasado.
Ninguna de las teorías firmemente establecidas en estos
momentos posibilita retroceder en Tierra. Según un
calendario terrestre el gemelo viajero invierte algo más de
cuatro años en el viaje de ida, 4’8 años, pero un calendario
de la astronave marcará sólo 2 años gracias a un fenómeno
relativista llamado dilatación del tiempo. El resultado es que
a la vuelta al planeta de origen el gemelo viajero tiene 4
años más que a su partida y el que esperó en Tierra 9'6 años
más.
Estos viajes hacia el futuro son posibles, pero otra
cosa es viajar en el tiempo... pero ni la teoría de la
relatividad ni ninguna otra lo prohíben.
Desde hace varias décadas, los físicos se empeñan en
averiguar procesos que permitan viajes en el tiempo tanto al
futuro como al pasado y trayectos espaciales sin el límite
impuesto por la velocidad de la luz. Las teorías
desarrolladas hablan de los llamados agujeros de gusano;
éstos son regiones del espacio en el que éste se encuentra
curvado de tal modo que permite el paso a regiones espaciotemporales muy distantes entre sí en el tejido ordinario del
cosmos. Esto es algo similar a alguien que desea ir desde
Santiago de Compostela hasta Santiago de Chile por el
camino más rápido; para ello prueba con un avión
supersónico sobrevolando tierras y océanos. Aunque este
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camino sería muy rápido, sería mucho más si pudiese
atrochar por un gran agujero que atravesase la Tierra en
línea recta. Esto es lo que se pretende con los agujeros de
gusano, atravesar el espacio “por dentro”, sólo hay que
encontrar el modo.
Aunque en un principio se dudó de la existencia de
estos agujeros de gusano cósmicos, hoy día no se duda de su
viabilidad como portadores incluso de naves que
posibilitasen los viajes interestelares. Obviamente existen
importantes escollos para el desarrollo de tales vehículos
espaciales: para su funcionamiento es necesario una fuente
de energía negativa y ésta no es sencilla de producir,
además, todo parece indicar que los agujeros son inestables
y se colapsarían en poco tiempo, por lo que habría que
buscar métodos de estabilización que evitasen su
desaparición.
……………….
¿PUEDO EMPEZAR YA?
Un conocido dicho dice que “a andar se aprende
andando”. Los avances sugeridos en los retos que te he
expuesto en el capítulo anterior no están al alcance de ser
resueltos por cualquiera. Ahora bien, para llegar a la meta
hay que dar los primeros pasos en la salida, y esos pasos sí
puedes marcarlos ya. En el capítulo presente te expondré
algunas actividades, sencillas de poner en práctica, y que
suponen un comienzo en la física.
El primer paso para ser un buen físico en un futuro
es el siguiente: mira bien cuanto te rodea, observa
detenidamente lo que hay a tu alrededor, deja que surja la
pregunta ¿por qué? ¿Por qué ocurren las cosas? ¿Por qué el
mundo es así y no de otro modo? ¿Qué reglas gobiernan el
Universo? Es imprescindible sentir curiosidad por el mundo
que nos rodea, desear comprenderlo.
El segundo paso lleva a ampliar horizontes. La física
de los fenómenos cotidianos es el primer peldaño, pero
detrás hay muchos más. Se esconden en los libros de texto y
en otros que puedes encontrar en las bibliotecas, en las
enciclopedias o en miles de páginas de internet. Espero que
no seas de esos que desdeñan los libros por “no ser
modernos”, en ellos se encuentra la sabiduría de muchos
hombres extendida durante muchas generaciones.
Acostúmbrate a leer habitualmente revistas científicas,
comienza con las más divulgativas y, cuando puedas, pasa a
las de mayor nivel. Hay en los kioscos una gran variedad
para elegir, que se puede complementar con las secciones de
ciencia de la mayoría de los periódicos para mantenerse al
día.
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El mundo de la física no debe quedarse sólo en
teorías escritas. En un primer nivel, es necesario que pueda
“tocarse”, que se hagan sensibles para nosotros los
fenómenos escondidos tras las fórmulas. Afortunadamente
hay repartidos por el territorio nacional una interesante
colección de museos de ciencia. Estos museos suelen
ofrecer a sus visitantes experiencias simples y atractivas
para despertar el interés por fenómenos naturales básicos
(ver Anexo 1).
Si puedes, no pierdas la oportunidad de visitar
alguno o algunos de ellos. En todo caso, si no te es posible
esto último e incluso si ya has realizado la visita, hay una
tarea muy interesante de llevar a cabo: experimenta por tu
cuenta. Para hacer física no es necesario un material
extraordinario ni gastar un gran capital. Con canicas,
cuerdas, cables, espejos... materiales que puedes encontrar
en las tiendas de todo a 100 (60 c€) o en cualquier ferretería,
puedes realizar sugestivas experiencias que seguro no te
dejarán indiferente (ver propuestas en Anexo 3).
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Algo muy sencillo y que puede enseñarte mucha
física, en concreto meteorología, es estar atento a la
información del tiempo que las cadenas de televisión suelen
ofrecer tras los informativos. En nuestro país es de muy
buena calidad y siempre que hay algún fenómeno poco
común suelen hacer el esfuerzo de explicarlo con todo lujo
de detalles.
Una cosa más si eres de los que no te contentas con
poca cosa, puedes participar ya en experimentos de física de
alto nivel ofreciendo algo de la potencia de cálculo de tu
ordenador conectado a internet. El proyecto SETI lleva
décadas buscando rastros de vida inteligente en el cosmos,
es tal la cantidad de información que reciben que no pueden
procesarla en un tiempo razonable, por lo que piden ayuda
de cualquiera que desee colaborar. Puedes encontrar más
información del proyecto y la manera de contribuir con él en
la página http://setiathome.ssl.berkeley.edu/. También se
puede poner a disposición de la NASA parte de la capacidad
de cálculo de nuestro ordenador en el estudio de las
partículas recogidas por la sonda espacial StarDust, lo
encontrarás
en
la
dirección
http://stardustathome.ssl.berkeley.edu. En la misma línea se
- 26 -
encuentran
los
proyectos
mostrados
en
http://distributedcomputing.info/projects.html, que permiten
encontrar partículas elementales o modelos evolutivos.
Para terminar, un campo en el que el aficionado
puede realizar grandes contribuciones a la ciencia formal es
la astronomía. Además de poder descubrir objetos
astronómicos y poder ponerles nombre, la astronomía
realizada por los aficionados es muy apreciada por los
profesionales. Para iniciarte en esta disciplina sólo tienes
que adquirir un telescopio decente, algún buen manual, y
buscar un lugar con buena visibilidad. Manuales de
iniciación a la astronomía abundan en el mercado, aunque
posiblemente sea de más ayuda una persona con experiencia
que te muestre el camino.
--------------------------------------BIBLIOGRAFÍA
Página donde encontrar sencillas pero interesantes
experiencias de física:
- http://www.tianguisdefisica.com
Proyectos internacionales:
- Proyecto SETI at Home http://setiathome.ssl.berkeley.edu/
- http://distributedcomputing.info/projects.html
Astronomía:
- “Guía del firmamento”. José Luis Comellas. Editorial
Rialp.
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ANEXO 3: EXPERIMENTOS
EXPERIENCIA 1: CAMPO MAGNÉTICO
Material:
Cables
Fuente de tensión (transformador, pilas o baterías)
Descripción:
¿Quién no ha jugado en alguna ocasión con una
brújula? ¿quién la ha construido? Esto último no reviste
mayor dificultad, es suficiente con imantar una aguja,
por ejemplo frotándola con un imán, y ponerla sobre un
corcho flotando sobre agua.
Al margen de esta sencilla práctica es fácil jugar con
el campo magnético, creándolo con una corriente
eléctrica.
Advertencia: jugar con electricidad puede ser
peligroso, toma siempre las precauciones necesarias y no
uses la red doméstica de corriente.
Creación de un campo magnético
Para fabricar un campo magnético basta con
cualquier corriente eléctrica. Sin embargo, para que sus
efectos sean aparentes hay que esmerarse un poco. La
forma más sencilla es coger un cable y enrollarlo en
torno a una pieza metálica. El cable deberá conectarse
con una pila (de petaca o 9 V) o un transformador de
corriente (de cualquier aparato eléctrico o un cargador
de móviles). Los efectos pueden notarse sobre otro imán
o sobre otra pieza metálica. Te recomiendo que intentes
calcular los efectos empíricamente, por ejemplo
colgando la pieza metálica de un hilo y midiendo el
ángulo desplazado. Tendrás que probar con distintos
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materiales metálicos, verás como algunos crean un
campo magnético intenso y otros incluso no producen
efectos apreciables. También puedes modificar el voltaje
de la pila (transformador) y observar los distintos
efectos.
Experiencia de Oersted
Esta experiencia fundamental en la historia de la
física es realmente fácil de repetir ahora en casa. La idea
que subyace al fenómeno es que la electricidad es capaz
de crear magnetismo, como ya habrás comprobado si
has seguido las instrucciones anteriores. Para
comprobarlo vamos a usar una brújula como detector del
campo magnético, podrá darte la dirección que sigue
éste. El montaje es muy simple, conecta un cable o barra
metálica a una pila o transformador (cuanto más voltaje
e intensidad mejor). Acerca la barra o cable a la brújula
y observa como reacciona, varía las distancias y ángulos
de acercamiento, toma nota de lo observado.
para probar que funciona se puede usar una bombillita o
led de bajo voltaje o un polímetro. Coge el cable y
enróllalo cuantas veces puedas en torno a un eje que
luego deberá girar, así que disponlo para que esto sea
posible. Cerca del enrollamiento del cable (que
llamaremos bobinado) fija el/los muelles. Lo más
complicado de conseguir es obtener la electricidad que
se obtendrá al girar el eje con el bobinado, para ello
debes usar los dos extremos del cable y un dispositivo de
escobillas similar al de los coches del scalextric. Por
último prepara un circuito externo con la bombilla, led o
voltímetro.
Creación de una corriente eléctrica
Habrás comprobado que las corrientes eléctricas
pueden crear campos magnéticos, pero también es cierto
lo contrario, los campos magnéticos pueden producir
corrientes eléctricas; de hecho es el proceso que
consigue la electricidad que llega a nuestras casas.
Primero te animo a que desarmes una dinamo (de
una bici o un cargador manual de móviles) y dibujes su
interior. Te animo también a que desarmes un
transformador, dibuja su interior y compáralo con el de
la dinamo, ¿qué diferencias y analogías ves entre ellos?
Si la cosa no te queda clara toma un libro o busca en
internet para resolver tus dudas.
Ahora puedes construir un productor de electricidad
casero (dinamo). Necesitarás cables e imanes potentes;
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EXPERIENCIA 2: ASTRONOMÍA
Material:
Telescopio
Papel milimetrado, lápiz y regla
Puede deducirse del estudio de las manchas solares la
actividad solar o el período de rotación, para ellos
tendrás que perseverar en las observaciones un mínimo
de tres meses con un par de observaciones semanales al
menos.
Descripción:
Satélites de Júpiter
Con un telescopio sencillo puedes iniciarte en la
astronomía realizando unas experiencias muy simples,
No necesitarás más que un telescopio, papel y lápiz, una
linternita y un buen sitio de observación, que quizás sea
lo más difícil de conseguir; busca evitar la luz de las
ciudades y que el cielo esté limpio de polución. Si no
estás acostumbrado al uso del telescopio mira primero
las instrucciones de uso y de calibración del aparato.
Ya he mencionado los satélites Galileanos en la
biografía de Galileo, puedes emularle tres siglos después
realizando un estudio de éstos. Al observar Júpiter
(hazte primero con un programa de cartas celestes, hay
muchos, buenos y la mayoría gratuitos, para saber dónde
buscar) verás un círculo con unas lucecitas (hasta cuatro)
cerca suya. Estas “luces”, que parecen estrellas son los
satélites mayores Io, Europa, Ganimedes y Calixto. Se
puede calcular el periodo de cada uno de ellos en su
viaje en torno al gigante Júpiter, basta con medir el
tiempo que tardan en encontrarse de nuevo en la misma
posición después de haber dado un vuelta en torno al
planeta.
Observación lunar
La zona más interesante de la Luna es la que separa
la sombra de la luz, es el llamado terminador. Es en
dicha zona donde mejor se aprecia la orografía lunar.
Comienza observando la luna tomándote tu tiempo y
luego dedícale cuanto sea necesario para dibujarla con
detalle. Debieras hacer una rejilla tanto en el ocular
como en el papel para mantener la escala. Una vez
realizado el dibujo localiza las zonas que puedas con un
atlas lunar.
Observación solar
Muy importante, nunca debes observar el Sol
directamente, la forma correcta es indirectamente, por
ejemplo, enviando la imagen a una cartulina situada
detrás del ocular. Lo más interesante del Sol es el
estudio del comportamiento y evolución de las manchas
solares. Se puede estudiar cómo se mueven, nacen y
desaparecen, para ello es recomendable que sigas un
registro con los dibujos o fotografías de las manchas.
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