Física musical

  A veces es difícil transmitir la belleza de la ciencia, ya que de entrada suena complicada (que lo es) y aburrida (que no lo es). Sin embargo, navegando por Internet he encontrado a un genio que mezcla a la perfección dos de mis cosas favoritas, Física y canto "a capella" y, aunque los conceptos sobre los que canta son extremadamente complejos, consigue ponerte los pelos de punta adaptando canciones muy conocidas para explicarlos mediante la música.

  Dejo aquí un enlace a su canal de Youtube para que veáis todo lo que ha hecho, pero voy a centrarme en los tres que más me han gustado de los que he visto. Para empezar tiene una original versión en la que explica muy gráficamente la manera en la que los Físicos medimos la dirección en la que avanza el tiempo, la entropía:

  De la entropía saltamos a una verdadera obra maestra, los problemas de la gravedad en las teorías actuales explicado con... ¡¡Bohemian Rhapsody!! 

  Este es difícil de superar, pero el siguiente es realmente impresionante. Utiliza la popular canción The Shape Of You para explicar la verdadera "shape of you". Parte de los más básicos principios cuánticos y va subiendo poco a poco la escala hasta llegar desde ahí a la vida... Sin más dilación os lo dejo a continuación:

  ¿Qué os parece esta fusión de ciencia y música? No olvidéis dejar vuestras impresiones en los comentarios y ¡hasta la próxima!

¡El vidrio no es sólido!

  Corría una larga y tediosa clase de Mecánica de los Medios Continuos cuando el profesor, viendo nuestras caras de muertos en vida decidió hacer una pausa en su explicación del Tensor de Esfuerzos Viscosos para atraer nuestra atención con un dato realmente interesante, el vidrio es un líquido. 

  

  - Pero, ¿qué me estás contando?¿No te has dado un golpe con un vidrio nunca? De líquido tiene bien poco. Si fuera líquido, ¿cómo es que no se "cae" de las ventanas?

  Paciencia querido lector, vamos a estudiar poco a poco esta afirmación para ver si es verdad. Como muchos otros descubrimientos matemáticos, primero llegó la evidencia y luego se encontró la explicación. Los primeros vidrios "bien hechos" son más o menos del siglo XVII, no sé la fecha exacta pero no es relevante. Algunos de esos vidrios siguen en pie en edificios de la época, como iglesias. El caso es que si se sacan de su sitio se puede medir sin ningún tipo de duda que son más anchos por debajo que por arriba. 

  Hay gente que cree que esto es un mito, e intenta demostrar que es mentira con argumentos que desmontan esta evidencia, diciendo que "se hacían ya en la época más anchos por debajo". Si bien esto no es verdad en general, sí que muchos de los vidrios de la época se hacían más anchos por debajo. Pero eso se hacía para los vidrios de gran tamaño para que aguantaran la tensión, ya que la técnica de fabricación no estaba muy avanzada. No obstante la mayoría eran pequeños y "rectos" en su fabricación, por lo que este argumento no es válido en general, pero ya llegaremos al por qué ocurre esto.

  - ¿Y ya está? Pues no me quedo convencido de que sea un líquido. Parece más lógico pensar que si no sabían fabricarlos muy bien, se hicieran más anchos por debajo siempre.

  Ahora, querido lector, es cuando entramos en la física. Los sólidos tienen una serie de propiedades que los diferencian de otras fases, como líquido, gas o plasma. Dos de ellas son que tienen un punto un fusión y que tienen una estructura cristalina. El punto de fusión es la temperatura a la que el sólido comienza a pasar a estado líquido. Por mucho que subamos la temperatura un sólido permanece sólido hasta llegar a su punto de fusión, ni una millonésima de grado antes comienza el cambio de fase. Esto no ocurre en el vidrio, cuando se sube la temperatura no permanece "sólido", va "derritiéndose" y cada vez es "más líquido". Además no presenta una estructura repetida (que en Física llamamos cristalina) ni en su totalidad ni en dominios (pequeñas zonas dentro del material), presenta una estructura desordenada como ocurre en los líquidos.

  Ya hay motivos de sobra para no dudar, pero vamos a ir aún más allá. Si tenemos una cuchara con agua y la giramos el agua cae. Bien. Si hacemos lo mismo con aceite también cae. Bien. Si hacemos los mismo con miel también cae. Bien. Los líquidos caen porque pueden fluir, no tienen una forma definida, pero no todos caen igual. A la miel por ejemplo parece que le cuesta más caer que al agua. Esto se debe a que hay un rozamiento entre las capas del líquido que llamamos viscosidad, y que depende de cada líquido. En la miel la viscosidad es mucho más alta que en el agua, por lo que sus capas están más "pegajosas", y por este rozamiento le cuesta más caer. Si llevamos este planteamiento al límite, un líquido con una viscosidad exageradamente alta, casi infinita, tendría tanto rozamiento entre sus capas que si giramos la cuchara no caería, conservaría su forma, ya que la gravedad no tendría poder suficiente para vencer este rozamiento. Ampliando aún más el ejemplo, si hiciéramos una plancha de este material y lo pusiéramos en vertical, su viscosidad exagerada haría que conservara un aparente estado sólido, ya que se resistiría a fluir. Supongo que ya habréis llegado a la conclusión de que este fluido hipotético es en realidad el vidrio, y tenéis razón. Aún así, al tener una viscosidad exageradamente grande, pero no infinita, debería fluir algo si pasa tiempo suficiente. Esto explica por qué los vidrios antiguos se ensanchan por debajo, porque un par de siglos es tiempo suficiente para que se aprecie su fluir. 

  Otra propiedad interesante de la viscosidad es que por norma general disminuye con la temperatura, y por eso el vidrio "se hace más líquido" cuando vamos aumentando la temperatura, su viscosidad baja y le permite fluir mejor. De este efecto se aprovechan los sopladores de vidrio, lo calientan hasta que se puede moldear (hasta que su viscosidad no es tan alta), y luego lo enfrían para "solidificarlo"(subiendo su viscosidad hasta que ya casi no puede fluir, que es como se encuentra a temperatura ambiente).

  Detalles como este son los que te asombran y te enganchan a la Física. Si te ha resultado sorprendente, ¡no olvides plasmar tus impresiones en los comentarios!

¿Me han secuestrado?

  Los que lean este blog habrán notado que he estado desaparecido durante cerca de un año, salvo por una o dos entradas. La razón es bien sencilla, he huido de Sevilla. Este blog va sobre un estudiante de de Física, y como tal, voy a contaros qué se me pasó por la cabeza para dejar aquel infierno. 

  Veía que mis compañeros de Sevilla no sufrían tanto como yo, más de uno se puso a estudiar un mínimo de 6 horas todos los días en su casa y seguían sin sufrir como yo, y a pesar de que los que tenían talento real para la Física obtenían los mismos resultados (más o menos) que yo, seguían sin sufrir como yo. La siguiente pregunta era obvia, ¿el problema entonces era yo?

  Se me hizo evidente que no iba a lograr nada más en aquella universidad cuya única preocupación es sacar dinero y amargar estudiantes con talento, así que decidí irme. Pero no iba a permitir que me hicieran dejar de estudiar lo que yo quería, así que decidí irme a otra ciudad a estudiar Física. Un nuevo problema llegó a mi mente, si el problema era yo, el cambio no iba a solucionar mis situación, pero aún así decidí arriesgarme y contestar a la pregunta antes mencionada.

  Después de analizar varias opciones llegué a la conclusión de que mi mejor opción era ir a estudiar a la Universidad de Córdoba (UCO). Y allí acabé, en una ciudad desconocida, en una casa desconocida y en una facultad desconocida.

  Desde la primera clase se hizo patente que estaba en otro mundo. Los profesores eran humanos e incluso buenas personas en general, hasta te hacían reír de vez en cuando. Los contenidos eran más numerosos que en Sevilla, pero lo explicaban de forma que te enterabas, no con ese halo de que eres indigno para aprender Física del que se sienten orgullosos en Sevilla. Las asignaturas estaban bien planteadas, la plataforma virtual se usaba como es debido, podías hablar con los profesores y siempre te ayudaban, etc. Además me fui enterando de que muchos de mis profesores estudiaron en Sevilla y se fueron por los mismo que me pasaba a mí. Y por si fuera poco, en general son muy buenos profesores e investigadores, con reconocidas investigaciones sobre la óptica o el plasma. Uno de mis profesores consiguió la semana pasada resolver una ecuación que se planteó en 1996 y no se había resuelto todavía en el marco de la cuántica, que por cierto es una de las especialidades en Sevilla.

  Poco a poco se acercaban los exámenes y mi miedo se hacía más sólido, la respuesta a la pregunta se acercaba. Mi primer examen me lo repartieron boca abajo y no podía estar más nervioso. Cuando pude, le di la vuelta y vi... preguntas sobre lo que me habían enseñado. No había preguntas que no tenían que ver con la materia o hechas para pillar, eran preguntas (difíciles, eso sí) sobre lo que habíamos dado en clase. No me lo podía creer. Fueron pasando los exámenes y la diferencia se hizo cada vez más notable. A pesar de que los exámenes eran sobre más materia y más difíciles que en Sevilla, estoy orgulloso de decir que no he bajado del Notable. He pasado de matarme de estudiar para aprobar por los pelos un par de asignaturas a no estudiar apenas, pero entender mucho, y obtener muy buenos resultados. Sólo un profesor no ha sabido hacer su trabajo, y ni de lejos me ha dado tantos problemas como los de Sevilla, pero eso da para otra entrada.

  

  Al fin tuve mi respuesta, el problema no era yo. Supongo que la moraleja de todo esto es que no debes rendirte si haces lo que te gusta, y mucho menos porque unos [omito palabras malsonantes] intenten que fracases.

Una cucharadita de púlsar

  Hoy en clase de Astrofísica hemos estado estudiando las distintas evoluciones que puede sufrir una estrella, desde una enana marrón cuyo tenue brillo sólo se apaga con su extinción hasta una estrella súper masiva que acaba explotando como una supernova, pasando por los agujeros negros de los que todos hemos oído hablar.

  Pero dejemos las divagaciones, he decidido escribir esta entrada porque hay un dato que me ha parecido muy curioso sobre las estrellas de neutrones que dan nombre a este blog. Resulta que un púlsar tiene tanta masa como una estrella (yo he usado 1,5 masas solares) comprendida en una "esfera" muy pequeña (yo he usado 20 km de radio), lo que la convierte en un objeto MUY denso. Esa densidad tan grande es a lo que viene esta entrada, quiero responder a la pregunta ¿cuánto "pesa" una cucharadita de una estrella de neutrones? Pues bien, vamos a verlo.

  La densidad de un púlsar es aproximadamente ρ = 2∙10¹⁹ kg/m³, y la capacidad de una cuchara es aproximadamente 2,5 cm³, que son 2,5∙10^-6 m³. Sólo hay que hacer una sencilla operación de multiplicar para obtener el resultado que queremos, que la masa de la estrella de neutrones que "podríamos coger" con esa cuchara es de 5∙10¹³ kg, es decir, 50 mil millones de toneladas. Desde luego no sería una cucharadita fácil de levantar.

  

Mentiras sobre Física

  He decidido escribir una entrada para desmentir algunas mentiras sobre el mundo de la Física que estoy harto de ver circulando por ahí. Mentiras de este tipo hay muchísimas, pero voy a hablar de tres concretas que son las que más leo en las redes sociales y que no tienen ni pies ni cabeza:

  - Niños autistas sobrehumanos: cada año se pueden leer unos 20 artículos distintos sobre niños que tienen un CI (cociente intelectual) superior al de Einstein y que van a hacer su propia teoría de la relatividad. Esto es una chorrada como un castillo por varios factores. Para empezar, los test de CI no sirven para medir la inteligencia, más bien para medir deficiencias, y no deja de ser una guía que básicamente mide la capacidad de una persona para realizar test de CI, no mide inteligencia real. Incluso si le damos valor a éstos test, el primero que se hizo fue cuando Einstein ya había publicado sus principales trabajos, y han evolucionado muchísimo, así que en el caso de que Einstein hubiera hecho alguno (cosa que no he podido descartar al 100% aún), ese resultado no sería comparable con el que se supone que obtienen éstos niños (si es que de verdad lo obtienen). Además, aunque hay estudios que respaldan que algunos niños autistas tienen ciertas facilidades en algunas materias, ni de lejos se asocia autismo con inteligencia, ningún estudio serio ha podido encontrar relación alguna entre ambos factores (y eso contando con que los test de CI sean una buena forma de medir la inteligencia, que no lo son). Por último, pero no menos importante, eso de desarrollar "su propia teoría de la relatividad" no tiene sentido de ninguna forma, la teoría de la relatividad es una teoría completa y correcta. Es como si dijeran que han descubierto "su propio color azul", ese color ya existe y es el que es, no tiene sentido que encuentren "otro". Al menos en esta mentira hay igualdad de géneros, leo mentiras sobre niñas y niños por igual.

  - Evidencias de corpúsculo y onda simultáneamente: ésta no es tan conocida para los que no leen artículos especializados, pero hay de media un artículo al respecto cada año. Como ya hemos mencionado alguna vez en este blog, toda la materia se comporta como onda y corpúsculo, pero nunca se ha conseguido poner de manifiesto ambos comportamientos a la vez en un experimento. Sin embargo hay muchos artículos de "científicos" (normalmente Estadounidenses, y rara vez físicos) que aseguran haber realizado esta proeza con algún experimento nuevo. Normalmente en unas dos semanas ya han desmentido el artículo.

  - Descubrimientos que violan las leyes de la Física: hoy mismo he leído un artículo en un periódico "serio" que aseguraba que se había inventado un motor que violaba las leyes de la Física porque en lugar de combustible usaba electricidad que convertía en microondas... Bien, en ese caso mi microondas viola las leyes de la Física, porque hace lo mismo y tampoco le tengo que echar ningún combustible, ¡magia! Personalmente esta falacia es la que más me duele. En primer lugar las leyes de la Física no se pueden violar, son leyes porque son correctas. Podría darse el caso de que estuvieran incompletas, sin ser erróneas, en cuyo caso se podrían hacer experimentos que no se pueden explicar, sin violar lo que ya existe. Esto ya ha ocurrido anteriormente, había experiencias que no se podían explicar, y precisamente fueron éstas experiencias las que culminaron en las teorías modernas de la Física (cuántica y relatividad básicamente). Eso no significa que las teorías anteriores fueran erróneas, sólo que no se podían aplicar al experimento en cuestión o que estaban incompletas. De hecho en Física hay una forma de comprobar resultados de teorías complejas, llamado Principio de correspondencia, que se trata de que si la teoría está bien hecha los resultados tienen que tender a los que ya se conocen si la situación lo hace, porque en las situaciones ya estudiadas las leyes de la Física son correctas.

  En definitiva, si algún artículo está relacionado con niños prodigio mucho más inteligentes que Einstein o con la violación de las leyes de la Física no perdáis el tiempo en leerlo, porque será falso. En cuanto a lo de poner de manifiesto la naturaleza corpuscular y ondulatoria de la materia al mismo tiempo quizás algún día sea cierto, pero de momento siempre son mentira, así que mejor esperar al visto bueno de la revisión especializada de la publicación para leerla.

¿Por qué no vemos redondas las estrellas?

  Estrellas... Esas misteriosas luces que llevan observando al ser humano desde que levantó su cabeza por primera vez por encima de la hierba, y mucho antes. Por desgracia la contaminación lumínica no nos deja observarlas como es debido hoy en día, pero todos sabemos que son más o menos así:

  Y al ver esta foto es cuando se viene a la mente la pregunta es cuestión, si la luz que vemos proviene de un cuerpo esférico, ¿por qué la vemos con puntas?

  La respuesta se encuentra en un fenómeno conocido como difracción de la luz. Efectivamente, la "imagen" que sale de las estrellas hasta nosotros es redonda, como tiene que ser, pero el problema está en los dispositivos que recogen esa imagen. Todo dispositivo óptico hace pasar la luz por agujeros circulares (normalmente a modo de colimación para poder usar la aproximación paraxial y minimizar aberraciones), ya sea la pupila de nuestro ojo o artilugios más complejos como diafragmas en telescopios. El problema es que es imposible conseguir un círculo perfecto, por el momento al menos, y todos estos círculos tienen impurezas en sus bordes, "picos". Cuando la luz llega a esos círculos se difracta, y el patrón que debería observarse sería el de un círculo con anillos a su alrededor (conocido como disco de Airy). Efectivamente este patrón se observa, pero queda eclipsado por las puntas de luz brillante que provienen de la difracción de la luz en las impurezas de los bordes circulares, esos "picos" que mencionamos antes.

  Desde que se conoce la causa de este fenómeno, se ha conseguido minimizar mucho (incluso anular en algunos casos) el efecto de la difracción por los "picos", normalmente con medidas de tipo tecnológico o de postprocesamiento de imágenes. Pero por mucho que avance la tecnología, los niños seguirán pintando las estrellas con puntas, porque cada uno mirará con sus perfectamente imperfectas pupilas al cielo y verá su particular patrón de difracción para las estrellas, como hizo el primero que levantó la cabeza por encima de la hierba para devolverles la mirada.

¿Por qué la leche es blanca?

  Para dar respuesta a una pregunta así de simple tenemos que volver a sumergirnos en el mundo cuántico, pero por suerte a un nivel superficial.

  De Broglie propuso allá por los años veinte una hipótesis un poco rara: si las ondas pueden comportarse como materia, ¿por qué no iba la materia a comportarse como ondas? Esto es dualidad onda-corpúsculo en estado puro.

  La realidad es que acertó, toda la materia tiene una longitud de onda asociada y en ciertos escenarios debería comportarse (y se comporta) como una onda. Ahora supongo que estáis pensando "yo estoy hecho de materia y nunca me he difractado, por ejemplo, como una onda". Cierto es, ¿pero por qué?

  La longitud de onda que se asocia a la materia depende de la constante de Planck, que es muy muy pequeña, aproximadamente 6,6x10^-34 (o sea, 0,(33 ceros)66); y además se divide por la masa, o sea, más pequeña todavía. Por esto, a no ser que la materia de que disponemos pese muy muy poco, la longitud de onda asociada a dicha materia no será apreciable.

  Si conseguimos tener una longitud de onda apreciable aparece otro problema, la materia sólo interacciona de forma ondulatoria con obstáculos que sean del mismo orden de magnitud aproximadamente que su longitud de onda, o sea, como mucho con obstáculos 100 veces más grandes o más pequeños.

  Y ahora amigos volvemos al tema inicial, la leche. La leche prácticamente es agua, por lo que debería ser transparente, ¿no? Pero no es exactamente agua, tiene más cosas dentro, flotando. Esas "cosas" que tiene flotando por ahí son moléculas orgánicas (como proteínas), y si hay algo que distingue a las moléculas orgánicas es que son muy grandes, incluso de cientos de átomos encadenados. Algunas son tan grandes, que se acercan a la longitud de onda de la luz visible, y es cuando se produce la magia.

  Cuando los fotones se encuentran con esas moléculas tan grandes, tan grandes que se pueden comparar a su longitud de onda (en el rango de la luz visible), se pueden producir fenómenos ondulatorios, y se producen. En concreto se produce un fenómeno conocido como "scattering", algo así como "esparcimiento" de la luz. Se puede explicar como que cada molécula de la leche interacciona con la luz esparciéndola en direcciones aleatorias. El resultado de un número gigantesco de moléculas esparciendo luz blanca en todas direcciones es ese color blanco tan característico de la leche.

  ¿Os esperábais que algo tan mundano como el color de la leche estuviera teñido de tanta física?