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Traducción: “S03E09: The Vengeance Formulation”

16 noviembre 2013

En el episodio de esta noche, Sheldon está enojado. O quizás sea impresión mía. Algunos investigadores europeos aparecieron para arrebatarle a Sheldon el descubrimiento de los monopolos magnéticos. En la vida real. Y ni siquiera son físicos de partículas. Ahora bien, Sheldon podrá estar enojado, pero no puede decir que haya habido una injusticia por ser derrotado por un equipo que “llegó primero” con una mejor técnica, o al menos más rápida. Hay un único problema.

Al final de la última temporada, Sheldon condujo al equipo al ártico en una expedición de varios meses para encontrar a los monopolos magnéticos que predecía la teoría de las cuerdas. El equipo regresó en el comienzo de la nueva temporada tras una dura experiencia, pero tal como todos los experimentos realizados antes que los de ellos, sin descubrir ningún monopolo magnético. Y luego las cosas dieron un giro inesperado por todos nosotros.

Entre las fechas de la grabación de la nueva temporada (11 de agosto de 2009) y de su emisión (21 de septiembre) apareció un artículo el 3 de septiembre en la prestigiosa revista Science anunciando el descubrimiento de monopolos magnéticos. La igualmente prestigiosa revista Nature publicó inmediatamente un resumen documental, “Abrumadoras evidencias de los monopolos: Múltiples experimentos revelan materiales con puntos únicos de Norte y Sur“.

Peor aún, los investigadores entrevistados para el artículo de Nature provocaron a Sheldon en público:

“La gente ha estado buscando monopolos magnéticos en rayos cósmicos y aceleradores de partículas… incluso hasta en rocas lunares” dice Jonathan Morris, un investigador del Centro Helmholtz de Materiales y Energía de Berlín.

En vez de eso, estos investigadores clamaron haber encontrado monopolos en pequeños cristales “del tamaño de un tapón de oído”. Ja, Sheldon y todo el resto que estaba buscando monopolos en rayos cósmicos y aceleradores deben haber sido realmente estúpidos por haber buscado en todos esos lugares.

Pero aquí está el “único problema”. Por cada polo magnético Norte que los investigadores crearon en sus pequeñas muestras de cristal, otro polo magnético, el Sur, siempre podía encontrarse. Tal como Sheldon describe a Ira Flatow en el Viernes Científico de la Radio Pública Nacional, “mono-” significa uno en griego (siendo “di-” dos). Estos ejemplos siempre tuvieron dos polos. Claro, llamarlos “monopolos” es errar solamente por 1, así que tal vez por eso los editores de Nature clamaron que estaban muy cerca. Pero 1 contra 2 hace toda la diferencia entre los “monopolos” revolucionarios y los “dipolos” mundanos. El resultado de su experimento sencillamente no fue descubrir monopolos magnéticos.

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Largos tubos de campo magnético en hielos de espín producen monopolos efectivos en ambos extremos. Los dos monopolos (Norte y Sur) son en realidad un dipolo.

El experimento publicado en Science fue un tour de force. Los experimentadores hicieron un hermoso trabajo al separar los polos “Norte” y “Sur” en distancias enormes (nanómetros, o mil-millonésimas de un metro, lo que solamente a un físico le podria parecer “enorme”) en los materiales, llamados hielos de espín. Así llamados porque la forma que hacen los espines es similar al de átomos de hidrógeno en agua congelada. Los experimentadores crearon largos tubos de campos magnéticos, como spaghettis, cuyos extremos resultaron ser tales como los de monopolos magnéticos. Sin embargo, un spaghetti tiene dos extremos. Ellos crearon dos objetos como monopolos con cargas opuestas… en otras palabras, un dipolo. Ahora bien, cada uno de estos cuasi-monopolos son interesantes, igualmente. Crean una anomalía en el cristal llamada singularidad. Los investigadores midieron y cuantificaron mucho sobre el comportamiento de estas singularidades al distanciar entre ellos a los neutrones de sus muestras. Los teóricos de la materia condensada habían desarrollado interesantes modelos sobre cómo se comportarían estas singularidades, y este experimento provee datos muy necesarios para este campo.

Mi única queja es, y probablemente la de Sheldon también, que sobrevender resultados en los medios de comunicación tiene consecuencias. Naturalmente, el público mira y aleja creyendo que se hizo un descubrimiento de una magnitud totalmente diferente de la que es en realidad. ¿Qué pasaría si un día Sheldon o alguien más descubre un monopolo magnético real? Los físicos han dado falsas alarmas demasiadas veces.

Ahora, quizás los medios fueron más allá de lo que los investigadores clamaron. Por ejemplo, cuando hacía mi experimento para Ph.D. (doctorado), con el detector CDF en Fermilab, y anunciamos tener evidencia sobre el “quark cima” en 1994, el New York Times dijo que el último elemento de la materia había sido descubierto (NYT, 26/4/94). Cada uno de nosotros sabía bien que quedaba por descubrir al menos el tau-neutrino, y probablemente muchas otras partículas. Es triste decir que esto pasa bastante seguido, y los consumidores de los medios sobre ciencia deberían tomar los reportes de descubrimientos mayores con una saludable dosis de escepticismo (y yendo más allá, me pregunto cuánto deberíamos creer de lo que los reporteros dicen de política o sucesos mundiales).

Por suerte hay excepciones. A veces, luego de una entrevista, los reporteros vuelven con su reporte casi terminado y piden que les dé mi opinión. Esos reporteros saben qué hacer. Oí decir a alguien que fue a la escuela de periodismo que allí desalientan volver con los entrevistados para una revisión final, para promover la imparcialidad. ¿Pero cuál es el punto de la imparcialidad en una noticia que ni siquiera está bien?

Así que tal vez eso sea lo que les pasó a esos autores de aquí. Revisé el artículo original, y justo en el primer párrafo tienen el cuidado de aclarar que lo que ellos crearon son objetos “similares” a los monopolos. Dijeron que “son como” los monopolos magnéticos. Aunque nunca aclararon explícitamente que no eran monopolos reales, creo que los investigadores han hecho un trabajo honesto en el artículo original. Es en los resúmenes documentales, como el que puse más arriba, que hace eco en el mundo de las noticias, donde las cosas se toman con demasiado entusiasmo.

Quizás luego de escuchar la entrevista de Sheldon en el Viernes Científico de la RPN, los entrevistadores que escribieron los resúmenes documentales confundiendo esta observación experimental con los verdaderos monopolos, publicarán una aclaración. Sheldon está esperando.

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¿Vas a dejar esperando a Sheldon?

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “S03E08: The Adhesive Duck Deficiency”

13 septiembre 2013

El episodio de The Big Bang Theory de esta noche comienza con Howard, Raj y Leonard acampando para ver la lluvia de meteoros Leónidas. Justo como esperaban los escritores del programa, la lluvia de meteoros Leónidas se encuentra sobre nosotros en este mismo momento. La cantidad de meteoros por minuto llegará a su máximo esta noche (a las 5:30 a.m. del horario de California, checa por tu zona).

Pero la historia comenzó mucho antes que en la escena de apertura de esta noche, en el desierto… Comenzó el 13 de Noviembre de 1833. Tarde, durante esa noche, los estadounidenses con insomio recibieron un cielo repleto de haces de luz. No era una cualquier lluvia de meteoros, sino un extraño suceso con tantos meteoros que hace que se lo llame “tormenta de meteoros”; así se llama cuando el número de meteoros es mayor a 1000 por hora. En esa noche de 1833, ¡el número de meteoros superaba los 1000 por minuto!

Un predicador ambulante, Samuel Rogers, ya despierto a las 3 a.m. para preparar su viaje hacia el Oeste, dejó su testimonio como testigo:

Algunas de esas estrellas errantes parecían ser tan largas como la Luna llena, o casi, y en algunos casos aparecían y volaban con gran rapidez a lo largo del curso general del cuerpo principal de meteoros, dejando a su paso una luz azulada, la cual chocaba contra una delgada nube no muy diferente a una bocanada de humo salida de una pipa de tabaco. Algunos meteoros brillaban tanto que eran visibles durante algún tiempo en el comienzo del amanecer. Imagínate grandes copos de nieve viajando a gran velocidad encima de ti, tan cerca de ti que puedes distinguir uno de otro, pero aún así tan gruesos en el aire como para oscureser el cielo; luego imagina que cada copo de nieve es un meteoro, dejando atrás una cola como un pequeño cometa; meteoros de todos los tamaños, desde el de una gota de agua hasta una enorme estrella, teniendo en apariencia el tamaño de una luna llena: así entonces, puede que te des una vaga idea de lo que era esta hermosa escena.

Hubo historias similares contadas a lo largo del país. Esa noche no hubo una Luna, pero el cielo brillaba lo suficiente como para poder leer.

Las teorías proliferaron rápidamente. Pero había una observación, de 33 años atrás, que explicaba el fenómeno. A principios de 1866, la guerra civil de Estados Unidos había terminado pocos meses atras, permitiendo al joven habilitado naval Horace Tuttle conseguir un puesto en el Observatorio Naval de los Estados Unidos. Allí volvió silenciosamente a la cacería de cometas de toda su vida. Rápidamente encontró uno nuevo que pasaba directamente a través de la órbita terrestre, precisamente donde en la Tierra estarían a mediados de Noviembre (dado que este es un blog estadounidense, he ignorado convenientemente el hecho ed que Ernst Tempel, un buscador de cometas europeo, ya había lo había encontrado hacía dos semanas). Las mediciones de Tuttle mostraban que cada 33 años, este cometa, Cometa 55P/Tempel-Tuttle, dejaba su frío hogar en el cinturón de asteroides más allá de Marte, donde pasa la mayor parte del tiempo. Acelera, pasa cerca del Sol y vuelve. Pero los cometas son básicamente bolas de nieve sucias. Cuando el Cometa 55P/Tempel-Tuttle se aproxima al Sol, el calor del Sol libera material de su helado núcleo, dejando a su paso un campo de escombros en el espacio.

Los escombros orbitan el Sol por el mismo camino que un cometa, en lo que se llama “enjambre de meteoroides”. Raj nos cuenta lo que pasa a continuación, “los meteoros no vienen hacia aquí. La tierra se cruza en su camino”. Cada año, a mediados de Noviembre, los terrícolas en nuestra “nave Tierra” pasamos justo a través del campo de escombros que deja el Cometa 55P/Tempel-Tuttle. Los meteoroides en los escombros no son estacionarios, viajan en su propia órbita, siguiendo la trayectoria del cometa. El encuentro entre la Tierra y los meteoroides es un clásico accidente de tráfico en el que los autos chocan y terminan formando una letra T:

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La causa de la lluvia de meteoros Leónidas: (1) El Cometa 55P/Temple-Tuttle se fragmenta un poco mientras se aproxima al calor del Sol, (2 & 3) los escombros forman un enjambre de meteoroides, y (4) la Tierra pasa a través de los meteoroides formando la lluvia de meteoros Leónidas. (Ilustración de Chaisson & McMillon: A Beginner’s Guide to the Universe).

Los meteoroides son mayoritariamente diminutos, como granitos de arena. Sólo cuando entran a la atmósfera terrestre, a velocidades de unas 40 millas por segundo en el aire, es cuando brillan y se queman. La luz brillante, el “meteoro”, se debe al aire y silicona calientes y otros metales en el propio meteoroide brillando por el calor. Pon atención a los términos: el granito de arena es un “meteoroide”… no se vuelve un “meteoro” hasta que esté caliente y brillando en la atmósfera terrestre. Si un objeto parecido a una roca alcanzase el suelo, eso es entonces llamado “meteorito”. Y sin importar lo que puedan llegar a decirte niños de 5 años, definitivamente no son “estrellas fugaces”.

Un meteoro no necesita mucho aire para brillar. Cuando ves a los meteoros, están a una altura tal que el aire allí es cien mil veces menos denso que el aire que respiramos. Nosotros vivimos en la parte más baja de nuestra atmósfera, donde están el aire y el clima más densos, llamado “tropósfera”. Los aviones vuelan a una altura cerca de 35.000 pies de la tropósfera, un poco por debajo de la estratósfera. Un nivel muy alto de la atmósfera está a 275.000 pies. Esta capa, la “mesósfera”, es donde se forman los meteoros. Sin embargo, los científicos la nombran de otra forma: la “ignorósfera”. Eso es porque se la estudia muy poco. Está muy baja como para que satélites vuelen en ella, dado que la fricción con la poca cantidad de aire de allí destruiría sus órbitas. Pero está demasiado alta para los globos científicos, porque no tiene suficiente aire para hacer que floten. Un amigo mío la estudia con la única forma en la que se puede llegar hasta allí, mandando cohetes sonda. Pero estos cohetes sólo están entre 5 y 10 minutos en esa región antes de comenzar a caer, así que tenemos muy pocos y preciados datos directos (mi amigo no estaba muy contento durante la primera temporada, en la que Sheldon se siente ofendido por su hermana que lo llama científico de cohetes).

La tormenta Leónidas de 1833 jugó un rol muy importante en nuestro entendimiento de que los meteoroides en el espacio causan meteoros. Algunos sospechaban que los meteoros eran un fenómeno atmosférico, y dudaban de que hubiese rocas o piedritas en el espacio. Cuando dos granjeros del Norte aseguraron haber visto un meteoroide caer desde el cielo en su granja, Thomas Jefferson comentó:

Preferiría creer que dos granjeros yankis mintieron a creer que hay rocas que caen del cielo

Pero los meteoros de la tormenta de 1833 vinieron de un lugar del cielo que se movía con las estrellas. De hecho, vienen de la dirección de la constelación Leo, de ahí su nombre “Leónidas”. Al ver que su punto de origen no era un lugar fijo en la atmósfera, sino que se desplazaba al rotar la Tierra, se demostró que los meteoros eran iniciados por objetos del espacio. De todas formas, no te sientas mal por Thomas Jefferson, fue sólo una de las muchas cosas que pensó mal.

Los astrónomos predicen que el Leónidas de este año brindará un show excelente durante esta noche. Intenta salir de la ciudad y verlo. Acampa durante la noche, si puedes. ¡Pero ten cuidado! Habrá ma estros de ciencia ahí afuera.

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “S03E07: The Guitarist Amplification”

3 diciembre 2009

“Escondido en mi habitación, inmerso en una lectura [N. del T.: debe tomarse “lectura” como una explicación oral para, por ejemplo, una clase] de Richard Feynman”, así es como Sheldon nos cuenta dónde lo podríamos encontrar de niño cuando se escondía de situaciones difíciles. Pudo haber hecho esto bastante seguido, ya que hay más de 100 grabaciones de las famosas lecturas que Feyman dio ante los nuevos estudiantes de Caltech (California Institute of Technology, Instituto Tecnológico de California en español) en 1961-3. Las lecturas fueron transcritas y editadas en una famosa colección de tres libros, acertadamente titulado “The Feynman Lectures on Physics” (Las Lecturas de Física de Feynman). Si abres el libro y vas a la primera página, te toparás con una imagen que podría resultar un tanto inesperada para tratarse del autor de un libro de física.

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Richard Feynman: físico, Premio Nobel, profesor, percusionista de bongó

Cada físico ya especializado debería poseer su propia colección. Yo tengo una en mi oficina y una en mi casa, para no tener que lamentar una posible pérdida.

Formo parte de una facultad de física, y cuando, como un tonto, no camino lo suficientemente rápido por los pasillos, a veces me llaman para que los ayude a decidir qué libro deberíamos usar para nuestros cursos de primer año. Escribir un libro de física general es un acto heroico, y realmente admiro admiro el trabajo de sus autores. Sin embargo, los textos son notablemente (y probablemente sea necesario) similares en su organización y contenido. Si mirases un libro para estudiantes de primer año de hace 50 años, probablemente no notarías mucha diferencia con uno de los que usamos hoy (salvo que en los libros más modernos hay colores que distraen y entender lo que dicen cuesta más o menos el doble. Si eres un físico especializado, puedes hacerte un gran favor a ti mismo encontrando una copia usada de “Física Universitaria” de Sears y Zemansky, de la década del ’50). En contraste, las Lecturas de Feynman son únicas. Su forma de análisis es característica de él. Incluso tras todos estos años, sus lecturas son sorprentendemente innovadoras. Estas lecturas hacen algo más que explicar la física (lo que hacen fantásticamente bien); Feynman hace acercar a la física a un físico. A menudo hacen que el lector pueda ver la cuestión esencial de un tema. Son simplemente inspiradoras.

Aunque estén pensadas para los estudiantes de primer año que aún no están graduados, las Lecturas de Feynman llegan a ellos de parte de graduados de física. Muchos programas de posgrado incluyen un gran examen para sus estudiantes al final del primer año. Tiene lugar durante varios días, y usualmente incluye un examen oral que debe darse enfrente de los profesores. Los estudiantes deben aprobarlo para poder entrar y quedarse en el programa de Ph.D. de la universidad. Es raro que las Lecturas de Feynman estén fuera del alcance de la mano de los estudiantes que tienen que pasar sus vacaciones estudiando para este examen (los estudiantes sienten temor por este examen, lo que es comprensible, pero cuando ya está todo hecho, miran hacia atrás cariñosamente y consideran que esa fue una maravillosa manera de pasar un verano). Yo pasé por el mismo ritual una vez, y hasta el día de hoy, cuando no logro entender un concepto que debo enseñarle a una clase de primer año, recurro a Feynman y, como no podría ser de otra forma, la respuesta que necesitaba está entre sus lecturas.

Desafortunadamente, la primera impresión de las Lecturas de Feynman puede ser un poco intimidante. Hay una crítica común que dice que el nivel de las lecturas está incluso por encima del de la audiencia para la que estaban pensadas. Afortunadamente y a pesar de todo, los fans de la física pueden tener un excelente ejemplo de Richard Feynman desde que el Proyecto Tuva de Microsoft lanzó una copia donde él da las “Lecturas Mensajeras“.

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Lecturas de Feynman sobre la gravedad (haz clic en la imagen para ver los videos)

Se han escrito muchas cosas de Feynman, especialmente por él mismo. Richard Feynman fue un héroe para muchos jóvenes estudiantes que crecían interesados en la física. No porque haya ganado un Premio Nobel… muchos físicos lo han hecho… sino por sus historias de una vida en la física. Lo que voy a mencionar es un clásico… lo encontré y lo devoré por primera vez cuando cursaba la secundaria; es su hilarante y levemente subversiva memoria escrita “¿Está usted de broma, Sr. Feynman?“. Si piensas leer algo sobre Feynman, o cualquier otro científico de física, te recomiendo este libro. Si buscas bien, encontrarás muchas horas de grabaciones del maestro mismo relatando las historias con las que se preparó el libro.

Es un milagro que Sheldon haya salido alguna vez de su habitación.

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “S03E06: The Cornhusker Vortex”

26 noviembre 2009

Los lectores estadounidenses de este blog pueden ser perdonados por considerar a Benjamin Franklin (1706-1790), principalmente, como un político. Ciertamente él hizo lo siguiente, entre otras cosas: colaborar con la Declaración de la Independencia de los Estados Unidos y servir como embajador en Francia, donde consiguió ayuda para la Guerra de Independencia de los Estados Unidos. Incluso fue el “Postmaster General” (el líder ejecutivo del servicio postal) cuando los servicios de correo eran importantes, y no se envíaban tantos correos-basura. Pero los escritores del programa saben, al igual que Sheldon, que Benjamin Franklin fue un destacado físico.

100 dollar bill

El FÍSICO Benjamin Franklin en la moneda corriente de los Estados Unidos

El interés de Franklin en la electricidad comenzó al electrocutar unos pavos para divertir a sus amigos, pero después de electrocutarse a sí mismo y quedar inconsciente, se concentró en tareas más científicas. En el episodio de anoche, Sheldon enumeró tres inventos de Franklin: Usando los principios de la termodinámica, inventó la “Estufa de Franklin”, que llenaba a una habitación con más aire caliente que una chimenea común, además de diferenciarse de ésta con el importante detalle de no liberar tóxicos. Aplicando los principios de la óptica, creó los “anteojos bifocales”, que tenían diferentes curvaturas en las partes superiores e inferiores de sus lentes, para así desviar la luz en ángulos más o menos pronunciados. Esto le permite a la persona poder ver cosas cercanas o lejanas con el enfoque correcto, sin cambiar de anteojos… además de facilitarnos reconocer al resto a las personas con más de 43 años. Respecto el invento del “catéter urinario flexible” de Franklin, la mejor idea es dejárselo a sitios web especializados en ese tipo de cosas.

Más allá de los pavos que electrocutó, el trabajo más significativo de Franklin fue en el campo de la electricidad. Durante la época de Franklin, se conocían dos tipos de fluidos eléctricos, consideradas ajenas entre ellas y catalogadas según el material del que provenían: vítrea y resinosa. La electricidad vítrea puede producirse frotando un vidrio contra un trozo de seda (“vitreum” es la palabra en latín para “vidrio”) y la resinosa puede producirse frotando resina fosilizada (ámbar) contra el pelo (“resina” es la palabra en español para “resina” [N. del T.: si bien eso fue un chiste -espero-, ya que el equivalente para “vítreo” en inglés es de uso poco común y el de “resina” no, la última palabra proviene del latín “resīna”]). Franklin notó una ley de conservación entre los dos tipos de fluido eléctrico, fuesen donde fuesen generados. Supuso que con el frotamiento en realidad no se creaban dos tipos de fluidos eléctricos, sino que había uno solo en todo el material, y que se limitaba a redistribuirse al frotar. Especuló que la electricidad vítrea era un exceso de este fluido eléctrico, y la resinosa un déficit. Una sola teoría del fluido eléctrico es correcta para casi todos los casos de electricidad que encontramos. La llamada por ese entonces “fluido eléctrico resinoso” pasó a ser un flujo de electrones, mientras que el vítreo pasó a ser el resto de los átomos, que quedaban atrás. Por ejemplo, en los cables de cobre de tu casa, la corriente eléctrica que fluye son en realidad electrones [N. del T.: si no lo captas: sería el fluido eléctrico resinoso. En los cables -de metal- lo que fluye son las cargas negativas]. Pero aquí pasó algo curioso. Franklin tuvo un 50% de probabilidades de adivinar cuál corriente era la del exceso y cuál la del déficit… y lo que especuló estaba mal. Desde entonces, el signo que los físicos asocian a las cargas de los electrones es negativo. En un circuito, el flujo de electrones es exactamente lo opuesto a lo que se le llama corriente eléctrica. Ese tramposo signo menos perdura hasta el día de hoy, haciendo que yo y mis colegas hagamos confundir cada año a los nuevos grupos de estudiantes de física [N. del T.: la “corriente” se definió originalmente como el flujo de cargas positivas, desde el polo positivo al negativo, pero luego se observó que en los metales son los electrones los que se mueven. Y un electrón (con carga negativa) debería fluir hasta el polo positivo, ya que negativos entre sí se repelan].

La velocidad de la corriente en el cobre, que es la velocidad de los electrones en un cable de cobre, es extraordinariamente lenta: poco más de tres quintos de centímetro por segundo. Pero incluso así, cuando mueves un interruptor de luz, las lámparas se encienden inmediatamente. Entonces, ¿cómo es que un interruptor de luz puede funcionar así de rápido? La analogía que uso para explicárselo a mis alumnos se trata de abrir la llave de agua caliente en la ducha. El agua fluye de inmediato por las cañerías ya que están llenas de agua, pero el agua que se siente al principio está fría. El agua caliente tarda un minuto en llegar; tiene que circular pasando por el calentador hasta llegar a la ducha. Algo así sucede con los electrones que están en el cableado de tu casa. Los cables de cobre están llenos de electrones, y lo que hace la compañía eléctrica es empujar los electrones hasta el final del cable. Cuando el interruptor está cerrado (“encendido”) [N. del T.: en un circuito, se dice que el interruptor está cerrado porque el paso de la corriente no se “corta”. En un plano, la figura se vería “cerrada”], ese empuje del tramo de electrones empuja a los electrones que pasan por el interruptor hasta llegar a los que están dentro de la bombilla, produciendo luz. El empuje es lo que importa. El tiempo que tardan los electrones en viajar desde la central eléctrica hasta tu lámpara por sí mismos es de un año, más o menos.

Recientemente, algunos experimentos mostraron que el modelo de los dos fluidos de electricidad no estaba mal. Experimentos modernos, como los del de Barry Kripke, némesis de Sheldon, producen materiales llamados plasma. El plasma se crea cuando calientas tanto un material que los electrones negativos de cada átomo se liberan del núcleo atómico (cargado positivamente), e incluso haciendo que los mismos núcleos atómicos lleguen a separarse. En el plasma, tanto los electrones cargados negativamente como los núcleos atómicos cargados positivamente se mueven libremente. Los experimentos físicos del plasma como el de Kripke, manipulan ambos tipos de fluidos eléctricos.

Plasma

En ese entonces, Franklin describió su reacción a su descubrimiento como “un poco disgustante que no hayamos podido descubrir nada útil para la humanidad”. Dada la importancia de la electricidad en la vida moderna, sus palabras nos recuerdan que los frutos de la ciencia básica (la que busca el conocimiento por el conocimiento mismo) para la humanidad no siempre se perciben de inmediato.

Wolowitz termina la discusión de Benjamin Franklin diciendo “para aprender más sobre los padres fundadores, visita tu biblioteca pública más cercana”. Esa fue una frase realmente apropiada, dado que en Estados Unidos Franklin fundó la primera biblioteca de la que se pueden sacar sus libros, la predecesora de nuestras bibliotecas públicas. Al trabajo de Franklin sobre la electricidad, se lo honra el día de hoy nombrando a la unidad oficial de carga (en un sistema de centímetros-gramos-segundos) “Franklin” (Fr). Para saber más sobre la electricidad, visita tu biblioteca pública más cercana.

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “S03E05:The Creepy Candy Coating Corollary”

21 noviembre 2009

En Catch-22 (Trampa-22), Airman Dunbar pasa todo su tiempo libre con personas que no le agradan. Eso hace que el tiempo transcurra más lentamente, y así puede tener una vida más larga.

Catch-22Los físicos tienen su propia manera de enlentecer el tiempo. Ésta hace que los relojes hagan tic-tac más lentamente que el resto. No porque pase algo malo con el mecanismo de movimiento del reloj, sino que es el mismo paso del tiempo que se ralentiza. Este fenómeno, llamado “dilatación del tiempo”, está estrechamente relacionado con una broma de Leonard que los escritores idearon, sobre una cita-doble que no parecía acabar jamás: “Aproximarse a la velocidad de la luz no ralentiza el tiempo. Aproximarse a ellos, sí”.

Es tentador usar esto como punto de partida para discutir cómo un empleado poco conocido de una oficina de patentes en Suiza pasó todo su tiempo libre en 1905 meditando sobre problemas de física (no existían ni Internet ni los videojuegos) y haciendo predicciones de todos ellos. Ese era Einstein y esa era su teoría de la relatividad especial. Normalmente a mí me encanta enseñar la relatividad especial. Me encanta, especialmente, enseñarla a estudiantes universitarios de primer año, dado que el nivel de matemáticas requerido es muy bajo: solamente que la distancia es igual al producto de la velocidad y el tiempo, y cómo es el funcionamiento de un triángulo recto. Aun así, no la explicaré aquí porque no es realmente la teoría de la relatividad la razón por la que creemos que el tiempo pasa más lentamente para los objetos en movimiento. Es cierto, la teoría de la relatividad es hermosa y Einstein fue uno de los hombres más inteligentes que jamás hayan existido. Pero los tachos de basura de los departamentos de física están llenos de teorías hermosas, y muchas personas brillantes son olvidadas. La verdadera razón por la cual creemos en la dilatación del tiempo es que así lo indican los experimentos. Lo mejor es profundizar uno de ellos.

Los aceleradores de partículas (también conocidos como “colisionadores”) son grandes lugares en los que se encuentran cosas moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz. En la década del ’90 trabajé en el acelerador de partículas más grande del mundo, de un laboratorio científico llamado CERN, como un “post-doc” (“post-doc” son los años de la vida de un físico justo después de recibir un doctorado, pero antes de establecerse en un oficio permanente. Aunque nunca se haya dicho en el programa, creería que Leonard, Sheldon y Raj son post-docs). Mientras trabajaba en CERN, mis amigos y yo necesitábamos partículas para probar y ajustar nuestro detector. La división del acelerador nos envió amablemente un rayo de partículas llamadas “muones”. Los muones son como los electrones, pero pesados y poseen una desintegración radiactiva de corto tiempo, haciendo que su promedio de vida sea solamente de 2,2 millonésimas de segundo (0,0000022 segundos). Si bien estos muones se movían cerca de la velocidad de la luz, ni siquiera la propia luz llega a recorrer los 670 metros que se necesitaban en tan sólo 2,2 millonésimas de segundo. Podrías pensar que cuando se envían los muones desde un lado del (enorme) laboratorio hacia el otro, la mayoría se perdería antes de llegar. Pero no: la “dilatación del tiempo” vino al rescate. Los muones que necesitábamos para calibrar nuestro detector se movían al 99,9999% de la velocidad de la luz, y vimos a sus relojes internos ralentizarse por un factor de 1000, lo que significa que tendrían un tiempo de vida 1000 veces más larga. No hubo ningún problema para hacerlos llegar a salvo, que recorriesen la larga distancia desde el acelerador y que bajaran a nuestro experimento, donde hicimos un buen uso de ellos.

CERN

CERN. El acelerador de partículas más grande y más poderoso del mundo. Su gran "tubo" cruza dos países, Francia y Suiza.

Si pudieses preguntarles, ¿qué dirían los muones sobre lo que les pasó? Probablemente te dirían que estuvieron sin moverse todo el tiempo, o bien que yo, mis amigos y todo el laboratorio nos movíamos hacia él al 99,9999% de la velocidad de la luz. Si ellos no se hubiesen estado moviendo, entonces se podría haber seguido midiendo su vida promedio como si hubiese durado 2,2 millonésimas de segundo; pero, ¿cómo hicieron para cruzar todo el laboratorio hasta nuestro detector sin desintegrarse? Si les preguntases, los muones te podrían contestar que la distancia desde el laboratorio hasta nuestro experimento era 1000 veces menor que lo que nosotros diríamos. Al estar uno moviéndose a velocidades cercanas a la de la luz, los objetos que se mueven se vuelven mucho más pequeños. La tal “contracción de Lorentz” (contracción de longitud) es un hecho experimental. Aunque los muones y yo pudiésemos haber no estado de acuerdo en porqué llegaron a mi experimento sin desintegrarse, ambos estamos de acuerdo en la parte más importante: que lo hicieron.

¿Podría ser la velocidad el secreto para la búsqueda de la longevidad de Dunbar? ¿Pueden los físicos crear una fuente de la juventud enlenteciendo el tiempo mediante la velocidad? Sí… pero hay una trampa. Incluso si te pusiésemos en una rápida nave espacial, haciendo que el tiempo se vuelva más lento, tu metabolismo también se enlentecería. Todo a tu alrededor estaría bajo el mismo efecto, así como presenciada por el resto de nosotros. Así que Leonard tenía razón. Él experimentaría los cambios del tiempo al igual que estando quieto. De hecho, Leonard bien podría decir que en realidad es él realmente el que está en reposo, y que es el resto lo que se mueve.

Esa es una trampa… la Trampa-0,0000022.

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “S03E04: The Pirate Solution”

18 noviembre 2009

Nota del traductor: Bien, sí tuve tiempo hoy, y bastante, así que traduje una entrada… la que, además, resultó ser fácil de interpretar.

Por cierto, si ven un error de escritura (de cualquier tipo) en este blog, me gustaría que lo comentasen. No importa cuán simple sea, pero asegúrense de que sea un error. Nótese, de todas formas, que a veces quiero respetar los “errores” del autor al que traduzco. Gracias.

Por obvio que parezca, les digo a ustedes, los lectores, que es posible que no entiendan inmediatamente términos como “ruido” o “aniquilación”, que aplicados en un contexto de ciencias físicas poseen sentidos diferentes a los coloquiales. De hecho, yo muchas veces no siempre lo hago (hoy, tras realizar una corta búsqueda, aprendí lo que significa la segunda palabra que usé como ejemplo). Si desconocen el significado de un término y no dejé una nota para el mismo, ya saben que Google es su amigo.

Ya, les dejo la sexta entrada del blog de David Saltzberg traducida:

En el episodio de anoche, Raj trabajaba junto a Sheldon con el “Problema de la Materia Oscura”. En mi opinión, este es uno de los problemas actuales más grandes de la física que esperamos poder resolver.

Vera Rubin

Vera Rubin descubriendo la materia oscura.

A los físicos les encanta que las teorías tengan problemas. Al tirar de un hilo suelto de un pulóver, puede soltarse sólo un manojo o puede desarmarse la prenda entera. Y lo mejor que le puede pasar a un científico es arruinar el pulóver de alguien.

Uno de los grandes problemas de siglo XIX fue que la edad de la Tierra parecía ser mucho mayor que la del Sol. Los geólogos argumentaron (correctamente), en base a los sedimentos analizados, que la edad de la Tierra era de miles de millones de años. Pero los físicos calcularon que el Sol tendría sólo unos 20 millones de años, según indicaban las fuentes de energía conocidas [N. del T.: en ese momento no se conocían fuentes de energía que pudiesen haber permitido al Sol brillar por tanto tiempo]. Los argumentos de los físicos eran convincentes y jodieron a la geología por un siglo. Luego, el problema fue resuelto realizando un cambio significativo en la forma de entender a la energía. Gracias a la llegada de la física nuclear en la década del 30′, se explicó que los rayos solares nacen mediante reacciones nucleares. Convirtiendo masa en energía, una fuente de energía anteriormente desconocida, las reacciones nucleares son cerca de un millón de veces más poderosas que las reacciones químicas. Eso nos posibilita tener un Sol de unos 4,5 mil millones de años.

Quizás no sea el mejor ejemplo para alentar a resolver problemas. Aunque el problema de la-edad-del-Sol-contra-la-de-la-Tierra se trató de un malentendido de suma importancia, fue resuelto sólo porque se trabajó en campos completamente diferentes a la astronomía y la geología. Esta historia es típica.

A menudo, los físicos se enfocan en resolver un problema y terminan descubriendo otras cosas simplemente por golpes de suerte. Esto les pasó a unos físicos en Japón, quienes trabajaban bajo tierra con un gran tanque de agua al que llamaban “Kamiokande”. Recuerdo que de niño leí un ensayo de Isaac Asimov sobre ese experimento: “Después de muchos veranos, muere el protón”, describiendo la búsqueda de los japoneses por un protón que se desintegre. Los teóricos dijeron que deberían encontrarlo, ya que así podrían resolver varios de sus problemas. El título de Asimov fue elegido en forma precipitada… hasta ahora, pasados más de 25 años después, ni en el experimento japonés ni en ningún otro se ha visto un solo protón que se desintegre. Mientras tanto, los físicos del Kamiokande tuvieron que estudiar unas partículas llamadas “neutrinos” que percibía su detector de partículas, por la posibilidad de que fuesen ruidos. Durante el estudio descubrieron un efecto asombroso llamado “oscilación de neutrinos”, gracias al que se conocieron las propiedades elementales de este tipo de partícula. Los japoneses habían realizado el mayor descubrimiento científico de física de partículas de las últimas décadas (durante ese tiempo estuve en Ginebra, también investigando las oscilaciones de neutrinos con parámetros que, según los teóricos dijeron, eran los más probables de ser correctos. No logramos nada). Si el experimento del Kamiokande no hubiese tenido como objeto investigar la desintegración de protones, erróneamente predicho por los físicos teóricos, no habríamos tenido este importante descubrimiento.

(Aquel ensayo de Asimov fue solamente uno de los muchos que él escribió sobre ciencia para la revista “Fantasy and Science Fiction Magazine”. Cuando cursaba la escuela secundaria, era el artículo de Asimov lo primero que leía cuando llegaba la revista, no las historias de ciencia ficción. Quizás por eso ahora yo sólo sea asesor científico en lugar de escritor).

Nuestro problema del siglo, el problema de la materia oscura, tiene muchas facetas, pero la más interesante es la de la velocidad de nuestro sistema solar. Así como la Tierra y otros planetas del Sistema Solar giran alrededor del Sol, el Sistema Solar entero orbita alrededor del centro de la Vía Láctea. Así como en cada año la Tierra da una vuelta alrededor del Sol, en cada “año galáctico” (250.000.000 años terrestres, o cerca de 2 mil millones de años caninos) el Sistema Solar entero completa una órbita galáctica. Cada uno de los planetas que van alrededor del Sol, viajan tal como lo describe las leyes de la mecánica de Newton. Cuanto más lejos está un planeta del Sol, más lento debería moverse, lo que puede calcularse con precisión usando la raíz cuadrada de la distancia. Por ejemplo, Saturno está unas 9,5 veces más lejos del Sol que la Tierra, así que se mueve raíz-cuadrada(9,5)=3,1 veces más lentamente que la Tierra. Esto funciona porque la atracción gravitacional del Sol mantiene a los planetas moviéndose en círculos cercanos. Teniendo en cuenta todos los objetos que pueden ver los astrónomos, el núcleo de la galaxia debe provocar que el resto de las estrellas que formen la misma sean sometidas a recorrer órbitas análogas a las de los planetas alrededor del Sol. Sin embargo, cuando la astrofísica Vera Rubin realizó unas mediciones, no se revelaron “bajas velocidades” en absoluto. Ya que los astrónomos sólo pueden contar con lo que ven, que es luz, nosotros sospechamos que hay materia oscura en la galaxia que tira de nuestro sistema solar y de otras estrellas. 250.000.000 años podrán ser un largo tiempo, pero sin la materia oscura lo sería mucho más.

curva de rotaciones

Velocidad de las estrellas en relación con la distancia del centro de la Vía Láctea. El eje Y indica la velocidad rotacional en km/s, mientras que el eje X es el radio galáctico (distancia al centro) en kpc (kilopársec). El gráfico rojo es la curva de relación velocidad/radio esperada, mientras que el negro es la calculada. La Tierra y el Sol se encuentran cerca del 8 del eje X.

El descubrimiento de la materia oscura nos indica que ni siquiera sabemos qué es el 90% de la materia del Universo. Mientras. Ya que algunos de nosotros podríamos desear que Sheldon gane un Premio Nobel, esperemos que la Dra. Rubin también tenga ese honor.

A los físicos les encantaría encontrar más pruebas de la materia oscura, pero ni siquiera sabemos qué es. Eso es en lo que Sheldon y Raj estuvieron trabajando. Algunos físicos tratan de encontrarlo en el espacio. Si la materia oscura está hecha de partículas que pueden colisionar y aniquilarse [N. del T.: en la física, se dice que las partículas y las antipartículas “se aniquilan” cuando colisionan; luego desaparecen y liberan energía], entonces liberarían cantidades de luz energética muy altas, conocidas como “rayos gamma”. Esta luz es incluso más poderosa que los rayos X. Los telescopios de rayos gamma del mundo están buscando evidencia de estas colisiones de materia oscura. Si en la serie miras cuidadosamente al pizarrón, verás el nombre de un telescopio de rayos gamma que construyeron unos amigos míos, llamado “VERITAS”. También verás un boceto de cómo funciona: los rayos gamma golpean la superficie de la atmósfera terrestre y se producen pequeñas cantidades de luz detectadas por grandes espejos curvos situados sobre el suelo. Mientras tanto, otros físicos están compitiendo por ser los primeros en descubrir esta materia observando directamente las extremadamente pequeñas cantidades de energía que podrían depositar una partícula de materia oscura en un detector en su paso por la tierra. En algunos experimentos se usa sodio (con una masa atómica de 23) y en otros, xenón (de 131). Ahora sabes porqué Raj borra el 131 y escribe 23. Sheldon estaba calculando una tasa del material equivocado, el xenón y no el sodio.

Espera hasta la siguiente semana dos semanas para ver los pizarrones del departamento que Sheldon reescribió para estudiar al sodio.

Artículo original por David Saltzberg

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Bonus del traductor: los siguientes son unos comentarios publicados en la entrada original, traducidos:

BigBongTheory Says: ¿Por qué el xenón es el material equivocado?
David Saltzberg: Hay muchos experimentos que buscan hacer contacto directo con partículas de materia oscura. Algunos usan yoduro de sodio, xenón o germanio y silicio. Raj y Sheldon estaban discutiendo sobre el que usa sodio (yoduro de sodio) y Sheldon se había confundido con otro experimento, que usa xenón.

Traducción: “S03E03:The Gothowitz Deviation”

12 noviembre 2009

En el episodio de The Big Bang Theory de esta noche, los escritores se atrevieron a ir donde la mayoría de los físicos no lo haría, a los fundamentos filosóficos de la mecánica cuántica. Cuando Penny le pide a Sheldon que baile con ella, él responde:

cita

Sheldon: Penny, aunque soy de los que creen en la teoría de los universos paralelos que postula la existencia de un infinito número de Sheldons en un infinito número de universos, te aseguro que en ninguno de ellos estoy bailando

Para asimilar la teoría de los universos paralelos de la mecánica cuántica (llamada más a menudo “interpretación” que “teoría”), primero debemos adentrarnos en la propia mecánica cuántica.

Antes de que los físicos se diesen cuenta de la necesidad de la física cuántica, su visión del mundo sostenía que el final de cualquier evento podía ser calculado… siempre que se hiciesen mediciones lo suficientemente precisas de antemano. Si tiraras el pétalo de una rosa a un huracán, todo lo que necesitarías serían las posiciones y las velocidades de cada molécula de aire en un mismo momento, para luego podrías calcular la posición final del pétalo de rosa en forma certera (bien, también necesitarías saber todo sobre todas las aves del lugar y sobre los pedazos voladores de revestimiento de las casas que están alrededor del huracán). En la práctica, realmente no podrías hacer esto, pero al menos como principio hubiese sido posible.

Esta perspectiva cambió con el descubrimiento de la física cuántica en la década del ’20 y sus pruebas experimentales posteriores. El resultado de muchas situaciones jamás podría ser predicho con certeza. Tomemos como ejemplo al carbono-11, un átomo radiactivo usado por médicos en generadores de imágenes llamados escáneres PET. La “hemivida” de este átomo es de 2 minutos, lo que significa que la mitad de los átomos de carbono-11 que tengas en un momento dado se desintegrarán y desaparecerán en 2 minutos. ¿Pero qué pasaría si tuvieses un único átomo de carbono-11? Ningún físico podría decirte jamás, con seguridad, cuánto tardaría en desintegrarse. Lo mejor que podemos hacer es decir que hay 50% de probabilidades de que su existencia alcance los 2 minutos, 25% de que alcance los 4 minutos y una probabilidad de 1 en mil millones de que alcance una hora. Conocer el destino exacto de un átomo no es cuestión de no poder ver bien el interior de un átomo. No hay forma de saberlo.

Esta descripción que era fundamentalmente acerca de probabilidades naturales molestó a algunos físicos. Incluso hay una famosa frase de rechazo dicha por Einstein: “estoy convencido de que Él (Dios) no juega a los dados”. Así de convencido, y brillante como era, el experimento le ganó al genio. Experimentos esclarecedores han demostrado que no hay lugar para lo que Einstein creía seguro: variables determinantes ocultas que forman las leyes de probabilidad de la mecánica cuántica.

Las cuestiones filosóficas surgen cuando pones el átomo en una caja por 2 minutos, por suponer, y no dejas que nadie la examine. Mientras tanto, la condición del átomo durante ese período de tiempo puede seguir afectando otras mediciones, así que las descripciones [N. del T.: descripción como “descripción teórica”] del átomo durante ese mismo período pueden resultar importantes y dar paso a las interpretaciones. Los fundadores de la mecánica cuántica, quienes realizaron gran parte de su trabajo en Copenhague, creían que el mejor punto de vista era considerar que el átomo estaba en varios estados simultáneamente. Decían que sólo después de que un observador se acerque y mire dentro de la caja, el átomo pasaría a estar sólo en uno u otro estado. En la interpretación de Copenhague, observar [N. del T.: “observar” con un significado similar a “interactuar”, no “ver”] provoca cambios en el universo. Esta es la típica enseñanza dada a los físicos como yo, graduados de pregrado.

En la interpretación de Copenhague surgen dificultades, tal vez preguntas sin respuestas: ¿Cuán grande tiene que ser algo para considerarse observador? Si un átomo rebota con otro átomo y éste detecta su presencia, ¿se convierte en observador por eso? ¿Un gran y complicado detector (de partículas) es un observador válido? ¿El observador debe tener conciencia?
¿Debe ser necesariamente la conciencia de un ser humano, o puede ser la de un gato? ¿Un observador que no conoce las consecuencias tiene una “realidad” diferente? La respuesta más común a estas preguntas es “¡cállate y calcula!”.

Así quedaron las cosas por décadas. Una alternativa, la llamada “Universos paralelos” en español (el nombre original es “many-worlds interpretation”, o sea, “interpretación de los muchos mundos”), surgió con la tésis del Ph.D. Hugh Everett en Princeton. Everett nunca etiquetó su interpretación como “universos paralelos”, sino de una forma más original, como “mecánica ondulatoria sin probabilidad” (siendo “mecánica ondulatoria” lo mismo que “mecánica cuántica”). Más tarde cambió el título a algo más abstruso para aplacar a su comité de Ph.D.

En la interpretación de Everett, las probabildades son sólo una consecuencia, no una parte elemental de la teoría. No sólo describe el estado del átomo mediante ecuaciones de mecánica cuántica, sino también de todos los detectores y observadores del mundo. Cuando un objeto y un observador se encuentran, los dos se afectan entre sí según las leyes comunes de la mecánica cuántica. La observación en sí no determina cambios en el mundo. Por supuesto, cuando el que haga el experimento observe el átomo, podrá percibirlo como desintegrado o no; pero ahora él también forma parte del sistema [N. del T.: Saltzberg se refiere a un sistema físico], incluyendo al átomo, experimentando únicamente una vista “interna” del sistema. Mientras tanto, alguien más, con una vista “externa”, contempla todos los resultados. La interpretación no descansa en el dado.

La persistencia de ambos resultados en la interpretación de Everett es descrita como dos mundos diferentes que avanzan hacia delante e independientemente del tiempo: hay un mundo donde el átomo se desintegró y uno en donde no. Suponiendo que la vida de un gato dependiese del estado del átomo, se dice que nuestro mundo oscila entre dos mundos, uno con un gato vivo y otro con un gato muerto (ahora estamos usando el ejemplo del gato de Schrödinger, descrito en el final de la primera temporada, S01E16. Estos experimentos son sólo hipotéticos… ningún gato ha sido lastimado). La pregunta crítica sobre porqué nuestra experiencia del mundo nos muestra gatos 100% vivos o 100% muertos, pero nunca los dos resultados a la vez en el mismo gato, fue dejado por Everett como un ejercicio para el lector.

Poco después de completar su tésis de Ph.D., Everett viajó a Copenhague para explicarle sus ideas a Niels Bohr. Falló miserablemente. Everett abandonó la academia y nunca regresó. El mundo apenas advirtió su trabajo.

Pero los tiempos han cambiado. En un reciente congreso de físicos cuánticos, la interpretación de los universos paralelos recibió más votos que la vieja interpretación de Copenhague como la idea más cercana a los puntos de vista de los participantes. Claro que la física no es un concurso de popularidad. Estas fueron opiniones personales, al igual que la afirmación del dado de Einstein, que carecía de sustentabilidad. Para que el debate tenga sentido debe existir alguna predicción válida para una e inválida para la otra. Hay esperanza en algunos lugares de que se podrán hacer las pruebas correctas para eso, pero no encuentro ningún experimento específico puesto en marcha. Realmente no importa cuán opuestos estuvieron los puntos de vista de los físicos en el tema. Sin una predicción experimental que difiera entre las interpretaciones, la lucha es sólo una guerra de palabras, no de física. Son distintas, pero sin diferencias.

Excepto por una. Escritores de ciencia ficción y físicos por igual han ideado un intrépido experimento. Se basa en tener un experimentador que no tenga miedo de acercarse al suicidio… jugando una ruleta rusa cuántica. El observador dispara un arma en su cabeza con un 50% de probabilidades de dar al blanco y morir. Sólo después de muchos intentos el físico sabrá si la interpretación de los universos paralelos resulta favorecida, puesto que no hay conclusión en el otro mundo resultante donde se que se está muerto [N. del T.: la idea es que por cada disparo, en un mundo seguiremos viviendo y en otro moriremos. Aceptando esta premisa, es posible la existencia de otro “yo” que atraviese cientos de mundos sin morir. Claro que por cada intento, hay un muerto: si nos disparamos 100 veces, habrán 100 versiones muertas de nosotros]. La interpretación de los universos paralelos predice que el observador eventualmente vivirá en un mundo habiendo sobrevivido 100 veces o más. Desafortunadamente, no podremos saber nunca los resultados de nuestro bravo amigo físico. No hay forma de que el/los sobreviviente/s, si hay alguno, nos diga/n.

He hecho cosas estúpidas para la física…

firewalk2pero no seré voluntario para el experimento del suicidio cuántico. Viola el protocolo ético para experimentos con sujetos humanos de prueba de mi universidad.

En la interpretación de los universos paralelos, algunas mediciones pueden  mostrar un número infinito de estados finales, o como Sheldon lo caracteriza: un número infinito de Sheldons en un número infinito de universos. Afortunadamente para nosotros, el número de Sheldons no es un infinito ordinario, sino uno más grande llamado infinito incontable de Sheldons.

(Nota importante: Yo soy apenas un novato en esta profunda discusión que los físicos han tenido por décadas. La historia completa es mucho más compleja que la aquí descrita. A lo mejor, le he dado al lector cierta orientación en el tema, aunque espero no haberme equivocado en lo que he dicho. Los e-mails o comentarios sobre cualquier punto incorrecto que haya tenido son bien recibidos).

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “S03E02: The Jiminy Conjecture”

9 noviembre 2009

Me temo que este episodio pudo haber decepcionado a más de 10 millones de personas… porque no hubo nada sobre física. Sí tuvo cosas de biología: cantos de grillos, entomología, e incluso una discusión de neurobiología sobre los efectos del alcohol en el cerebro. Pero aparentemente, nada de física.

No tan rápido… los físicos trabajan con problemas de biología todo el tiempo. Tanto así que en mi propia universidad, la UCLA, hay un popular estudiante de pregrado especializado en biofísica. La ecuación fundamental del episodio, la relación entre la tasa de cantos de un grillo con la temperatura del ambiente, como nos mencionó Sheldon, fue dictada por A. E. Dolbear en 1890. El Dr. Dolbear fue un profesor de física en la Universidad de Tufts, no de biología. Si miras con atención, verás sus ecuaciones describiendo la temperatura (en Fahrenheit) en relación al número de los cantos de un grillo por minuto en el pizarrón del departamento de los chicos.

dolbear2

Ley de Dolbear: Ecuación describiendo cómo la cantidad de cantos de un grillo por minuto (N) se relaciona con la temperatura ambiente (T).

Por supuesto, debe aplicarse por separado tanto para el grillo de campo (field cricket, FC) como para el grillo de árbol nevado (snowy tree cricket, STC) e incluso para el grillo de matorral (katydid, K). Cada canto se produce cuando el grillo frota su ala delantera derecha contra su ala delantera izquierda, que está cubierta de crestas. En este proceso, la producción del sonido es muy similar a frotar una uña contra los dientes de un peine. En el caso de los insectos, este comportamiento es llamado “estridulación”. En el caso de una persona haciendo ruido con un peine, probablemente sea llamado “molestia”.

Con respecto a la imagen de arriba, los espectadores atentos notarán que en el episodio uno de los dígitos del pizarrón era diferente. Además, el nombre del profesor Dolbear era Amos, y no Emile. Cosas que se le han escapado al supervisor de la serie.

Los biofísicos modernos tienen una perspectiva diferente que los de la época de Dolbear. Los físicos trabajan con problemas biológicos fundamentales, como cómo funciona una célula con puntos de vista especiales y usando herramientas con las que han sido entrenados. Por ejemplo, las proteínas se encargan de gran parte de la actividad de una célula, y el plegamiento y desplegamiento de proteínas que se produce en relación a la temperatura son clave en la actividad celular. Con el uso de la mecánica estadística, los sistemas dinámicos no lineales y técnicas de laboratorio propios de las ciencias físicas, los físicos están caracterizando este aspecto clave de las proteínas y, por lo tanto, entendiendo el funcionamiento interno de una célula. En otro ejemplo, un amigo mío trata de entender cómo nuestro oído interno es capaz de ser un amplificador así de bueno, permitiéndonos escuchar sonidos extremadamente calmados o ruidosos mediante pequeños cabellos que se mueven sólo una milmillonésima de metro, y que producen muy pocos ruidos extraños.

Algunos años antes, Dolbier había hecho un trabajo muy importante como científico. En 1885 realizó la primera telegrafía inalámbrica, varios años antes que Guglielmo Marconi.

disputa

Artículo de New York Times, 6 de octubre de 1899.

Traducción del fragmento de arriba:

SE DISPUTA LA SOLICITUD DE MARCONI

El profesor Dolbear dice que él es el descubridor de la telegrafía inalámbrica y que protegerá sus derechos

Es probable que la telegrafía inalámbrica sea objeto de litigio. El profesor Amos E. Dolbear de la Universidad de Tufts declara que él es el descubridor de la telegrafía inalámbrica, y está determinado a tomar medidas para evitar que Signor Marconi infrinja sus derechos […]

Así que Dolbear fue el primero en hacer una telegrafía inalámbrica. Sin telegrafía inalámbrica no hubiésemos tenido radio. Sin radio tampoco hubiésemos tenido la tecnología para la televisión, ni los primeros sitcoms escritos para radio. Y tampoco hubiésemos tenido The Big Bang Theory.

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “S03E01: The Electric Can Opener Fluctuation”

8 noviembre 2009

Sheldon, Leonard, Raj y Howard finalmente han regresado de su expedición del National Science Foundation del círculo ártico, habiendo estado lejos del departamento (y de nosotros) por los pasados tres meses. Incluso no hay cambios en los pizarrones del departamento… siguen como los dejaron en el final de la temporada pasada. Sheldon está excitado por su travesía, convencido de que los datos que recolectó lo llevarán a ganar un Premio Nobel. Sheldon ha observado finalmente una señal de los monopolos magnéticos.

¿Es así realmente? Sheldon es un físico teórico, y no un físico experimental. Ya vimos lo que son las habilidades de experimentación de Sheldon en el capítulo de los robots luchadores… ni siquiera podía abrir una caja de herramientas. Un experimentalista siempre está atento por si hay señales extrañas o “ruidos”. Cada descubrimiento no es bienvenido con gritos y champán como uno esperaría, sino con minuciosos análisis a cada señal encontrada; un proceso común y corriente, ya que podría tratarse de ruidos que hayan “engañado” a los aparatos. Este proceso puede llevar años.

Hace unos años, estaba trabajando con los datos recibidos por unos sistemas electrónicos que habíamos instalado con científicos del Jet Propulsion Lab (Laboratorio de Propulsión a Chorro, abreviado JPL) en la base de un gran radiotelescopio (de 70 metros de diámetro) de ellos. Diseñamos los sistemas electrónicos para buscar neutrinos, pero por su diseño el aparato registraba una señal, o más probablemente radiactividad natural, una vez cada seis minutos. Pero algo más estaba pasando. A veces veíamos ráfagas de señales interpretadas como una única. ¿Podría haber sido que los neutrinos estuviesen llegando en ráfagas? En realidad resultó ser que esto sucedía siempre que alguien se sentase en una silla en particular. Cuando las ruedas pasaban por encima de una mota de suciedad del piso, el peso lo comprimía ligeramente y se producía una descarga diminuta, similar a la forma en la que funciona un encendedor de cigarrillos piezoeléctrico. Esa era la fuente del ruido electrónico. Tras una rápida modificación a los sistemas electrónicos, nos pusimos nuevamente en marcha sin más registros producidos por esa silla.

Volviendo al experimento de Sheldon, hace un tiempo un experimento en Stanford contempló un precioso candidato a monopolo magnético. La corriente inducida en el circuito de un cable superconductor produjo un salto repentino, como se puede apreciar en las mediciones de flujo magnético. El suceso se hizo famoso:

flux-jump

Figura 2: registros de datos mostrando (a) estabilidad típica y (b) el evento candidato a monopolo

En otros experimentos se advirtieron saltos que podrían haber sido producidos por ruidos eléctricos comunes: interferencia, tal vez de bujías de encendido, o, como Sheldon se enteró eventualmente, de un motor pequeño cercano. Un motor eléctrico produce y deja de producir constantemente contacto eléctrico a través de pequeñas escobillas que trasladan la corriente desde una “rueda de hilado” (rotor). Estas interrupciones en el circuito pueden crear descargas realmente diminutas, y esto puede producir falsas señales eléctricas (ruido). A veces puedes escucharlas en tu radio AM en forma de estática. Sin embargo, el de Stanford era un caso especial, ya que el cambio de corriente era del valor exacto que se esperaría de un monopolo magnético. Los experimentadores fueron absolutamente de primera clase, y se esforzaron por demostrar que no eran propensos a ser engañados por ruidos eléctricos. Nunca volvió a verse un monopolo. Pero este candidato nunca ha sido refutado.

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “S02E23: The Monopolar Expedition”

8 noviembre 2009

En este episodio, el final de la segunda temporada, Sheldon gana una beca del National Science Foundation (“Fundación de Ciencia Nacional”, abreviado NSF) para ir al ártico y buscar monopolos magnéticos. Está excitado ya que si él los descubriese, ganaría finalmente su Premio Nobel.

¿Qué es un monopolo magnético? “Mono” significa “solo” en griego, pero cada imán hecho o encontrado siempre ha tenido al menos dos polos, llamados Norte y Sur. De niño jugaba con imanes de dos polos, como el que se ve aquí:

dipole-b

El polo Norte de un imán siempre es atraído hacia un polo Sur, y los polos que son iguales (Norte-Norte y Sur-Sur) siempre se repelan.

Si alguna vez alguien descubriese un monopolo magnético, tendría un Premio Nobel asegurado. Así que valdría la pena intentarlo. ¿Qué pasaría usases tu astucia y tratases de crear un monopolo cortando al imán por la mitad? Puedes probar hacer esto con una sierra y el imán de un amigo:

two-dipoles-b

Muy mal. Lo único que has logrado es formar dos imanes más pequeños, cada uno con sus propios polos Norte y Sur. Probemos nuevamente. El resultado es el mismo:

four-dipoles-b

Ad infinitem (o más precisamente, la equivalencia que sea de “hacia lo más pequeño” en Latín). En algún punto cortarás el imán haciéndolo tan pequeño que será del tamaño de un átomo (siendo “átomo” el griego de “indivisible”). Incluso así, un átomo suele comportarse como un imán, pero siempre con un polo Norte y uno Sur, y no podrías fraccionarlo más. Bien, quizás con un montón de dinero podrías cortar incluso al átomo separándolo en partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones, pero incluso estos pequeños imanes tendrán dos polos, tanto el Norte como el Sur. Con un pilón más de dinero, podrías cortar los protones y los neutrones en sus partes más pequeñas, los quarks, pero seguirías teniendo polos Norte y Sur. Nadie sabe si es posible cortar un electrón o un quark, pero los físicos de partículas siguen intentándolo.

Los monopolos magnéticos han fascinado a los científicos por más de un siglo. En el siglo XIX, el teórico escocés James Clerk Maxwell resumió todo lo que se sabía sobre la electricidad y el magnetismo mediante cuatro simples ecuaciones (no era tan simple la forma en la que las escribió, pero desde entonces las hemos mejorado). Estas ecuaciones muestran una hermosa simetría entre la electricidad y el magnetismo. De hecho, un punto de las ecuaciones donde se carecía de simetría entre electricidad y magnetismo llevó a Maxwell a agregar un término y lograr (correctamente) mostrar un resultado que predecía cómo la luz estaba compuesta de campos eléctricos y magnéticos oscilantes. Este fue uno de los momentos más fascinantes de todos en la física.

Pero hay una obvia falta de simetría por resolver en las ecuaciones de Maxwell. Los monopolos eléctricos están donde sea que mires: los electrones son monopolos de un tipo de carga, y los protones son del otro. Aún no se ha encontrado un solo monopolo magnético. Estamos forzados a incluir un cero en las ecuaciones de Maxwell que rompe la estructura simétrica entre la electricidad y el magnetismo. Ahora, unos cien años más tarde, las teorías modernas como la Teoría de las Cuerdas predicen la existencia de monopolos magnéticos. De cualquier forma, como es poco lo que la Teoría de las Cuerdas no predice, la cuestión se reduce a probarla mediante experimentación, quizás con el experimento de Sheldon.

Los científicos han buscado monopolos magnéticos, en particular en los ’80, cuando fueron predichas por una teoría de la Gran Unificación, la cual era hermosa, teóricamente convincente, y errónea. Incentivado por la Teoría de las Cuerdas, la idea de Sheldon consistía en mejorar la vieja técnica de experimentación usando el campo magnético de la Tierra para incrementar las probabilidades de éxito. Así como tú puedes juntar más agua y medir con mayor precisión la caída de la lluvia al poner un embudo sobre una cubeta, la idea de Sheldon era usar el campo magnético terrestre como embudo para los monopolos magnéticos. Curiosamente, el polo magnético Norte de la Tierra es el polo Sur del imán terrestre, y viceversa. Eso significa que los polos magnéticos “Norte” se dirigirían hacia el ártico, y los polos magnéticos “Sur” se dirigirían al antártico.

Hay una mención de que los monopolos no pueden estar moviéndose rápidamente. Escucha los diálogos con atención y oirás decir a Sheldon “monopolos magnéticos de movimiento lento”.

Los escritores del programa supieron que el antártico es inaccesible en Mayo (cuando se emitió el final de la temporada), así que envíaron a Sheldon y a sus amigos al ártico.

Los programas del National Science Foundation ayudan a los científicos, incluyéndome a mí, a moverse ellos mismo y su equipo hacia regiones polares y trasladar su ciencia. Ellos nos dan el equipo, el entrenamiento y el apoyo para que no nos muramos en el lugar. Para este episodio, el NSF le dio al programa su logo oficial, que puedes ver en todas las cajas de transporte de los chicos. Los chicos se visten exactamente igual que los científicos del verdadero programa polar: sus parkas rojas son extremadamente cálidas y llamadas “Big Red” (Gran Roja) por los científicos polares. Incluso sus botas aisladas, que los científicos llaman “bunny boots” (botas de conejo) son dadas a los científicos por el NSF. Esta es una foto de nuestro equipo de ciencia vistiendo el equipo sobre hielo:

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Físicos sobre hielo

Una curiosidad para mostrarles a tus amigos al ver la re-emisión del episodio: los diagramas de los pizarrones del departamento de Sheldon y Leonard muestran las ecuaciones clásicas que describen a los monopolos magnéticos.

Artículo original por David Saltzberg


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