Doblando papeles (and bending minds)

 He contado a varios de mis conocidos un pequeño juego de intuición física/matemática, que consiste en imaginar lo alta que puede llegar a ser una columna de papel cuando vas doblando y doblando.

  Como sabéis, la dificultad de doblar un papel crece exponencialmente, y de hecho el récord mundial está en 13 dobleces "solamente". Vamos a imaginar que no tenemos restricciones a la hora de doblar el papel, que no cuesta nada. Os propongo que imaginéis que dobláis un papel 100 veces sobre sí mismo, y diremos que su grosor es de la décima parte de un milímetro aproximadamente. La pregunta que os hago es, ¿cómo sería el grosor de ese papel doblado cien veces? ¿Como una persona? ¿Como un edificio? ¿Como una montaña? En el siguiente párrafo daré la respuesta, así que sed sinceros con vosotros mismos y haced una apuesta antes de seguir.

  La respuesta prometida es impresionante, resulta que tiene el grosor aproximado del tamaño de... ¡¡¡El universo observable!!! Difícil de creer, ¿verdad? Vamos a hacer las cuentas para que os quedéis convencidos del todo.

  En metros, ese grosor sería 0.0001 x 2¹⁰⁰ = 1,26  ∙10²⁶ metros redondeando a dos cifras significativas, y resulta que el radio del universo observable es de 1,37 x ∙10²⁶ metros; ¡qué tamaño tan enorme!

  ¿Os esperabais que el tamaño fuera tan descomunal o vuestra apuesta fue un tamaño más humilde? ¡Plasmad cuánto os habéis acercado en los comentarios!

¿Qué le preguntarías a un físico?

   Los físicos en el fondo no son más que niños que se preguntan sobre cosas que los adultos no pueden explicarles. Todo el mundo tiene un físico dentro, porque todo el mundo de vez en cuando se hace alguna pregunta que no sabe responder, así que se me ha ocurrido un experimento, deciros directamente: ¿Qué le preguntarías a un físico?

   La cosa es bien simple. En el ámbito personal muchos me hacéis preguntas dentro del marco de la Física (aunque en realidad dado que la Física estudia la realidad, casi todas están en ese marco). Os propongo que si queréis me hagáis una pregunta en los comentarios sobre cualquier duda que os carcoma y que la Física pueda responder, y dentro de mis limitaciones, la contestaré.

   ¡Que empiece el juego!

¿Qué tienen los físicos con el oro?

   Cuando empecé a interesarme por la Física descubrí que muchos experimentos de físicos "antiguos" se hacían con láminas de oro, como el famosísimo experimento de Rutherford, que puso en evidencia al anterior modelo atómico, el modelo de Thomson. El experimento era tal que así:

   Básicamente lanzaba partículas muy muy pequeñas contra una lámina de oro muy muy fina, y algunas pasaban y otras rebotaban, dando lugar al modelo de Rutherford, en el que se diferencia de manera evidencial y por primera vez un núcleo y una corteza. El modelo era tan exacto (a un nivel muy "básico" de la física) que es el que se sigue enseñando en los colegios hoy día.

   Recuerdo que cuando me lo explicaron a mí pregunté que por qué se usaba oro pudiendo usar plomo (que es atómicamente más denso), y me dijeron que por qué no...

   Pues varios años después por fin he encontrado la respuesta. ¿Por belleza? No. ¿Por avaricia? No. La respuesta es mucho más sencilla. Imaginaos que sois un físico del S. XIX o principios del XX y necesitáis una lámina muy fina para un experimento, ¿de dónde la sacáis? Un buen primer paso es decantarse por un metal, ya que su estructura de enlace metálico favorece la obtención de láminas (propiedad conocida como maleabilidad). Y aquí llega la respuesta, en esos tiempos no había una industria del metal como la de ahora, ¡y los únicos que trabajaban el metal con maestría eran los orfebres! Claro está, los orfebres sólo sabían trabajar con oro y plata básicamente, y entre esos dos el oro permitía láminas más finas.

   ¿Os lo habíais planteado alguna vez? Pues ya conocéis la respuesta, ¡y no olvidéis comentar!

¿Existe el magnetismo?

   Qué pregunta tan idiota, ¿no? ¡Pues claro que existe el magnetismo! Si no de dónde iban a salir los imanes, por ejemplo. Desde luego nuestra experiencia nos dice que el magnetismo existe, pero creo que a lo largo de este blog he dejado bastante claro que nuestros sentidos fallan más que una escopeta de feria...

   Voy a intentar dejar en evidencia el concepto de magnetismo, y como no podría ser de otra manera, voy a usar relatividad (muy básica, no empecéis a temblar). Imaginemos una carga puntual en reposo, que genera únicamente un campo electrostático, sin nada de magnetismo. Los cálculos necesarios para poner una carga de distinto signo orbitando a su alrededor son extremadamente sencillos y no me interesan, así que para el tema voy a pasar de ellos, pero es importante tener claro que voy a poner una carga orbitando. En este supuesto contamos, pues, con una carga "quieta" y otra describiendo una circunferencia a su alrededor. Hasta aquí ningún problema.

   Ahora, como somos físicos y nos gusta sufrir, vamos a mover la carga que estaba en reposo en línea recta. Como todos sabemos deja de ser un campo electrostático porque una carga en movimiento genera campo magnético, y pasa a ser un campo electromagnético. Ahora, y este punto es importante, dejamos la otra carga orbitando a su alrededor tal como estaba antes, pero siguiendo ese movimiento en línea recta. Si miramos esa locura desde fuera (si no tenemos algo mejor que ver, como una peli) estando "quietos", como estaba antes la carga central, nos encontramos con que la carga que orbitaba ahora hace un movimiento bastante más complejo, de tipo cicloide.

   Bueno, de momento todo está claro, esa carga no podría orbitar a otra en movimiento si no apareciera una fuerza de origen no eléctrico que le permitiera hacer ese movimiento tipo cicloide, que en efecto es el magnetismo, así que de momento me trago mis palabras... de momento...

   Ahora propongo un juego físico, que es como uno normal pero para pensar hasta que te sangren los oídos, os propongo correr al lado de la carga que se mueve en línea recta con su misma velocidad, ¿qué veis? Lo mismo que cuando estaba "quieta", una carga orbitando a otra, sin más... ¿Cómo es posible que un observador externo vea una "fuerza magnética" y otro que se mueve con el sistema físico en cuestión no vea dicha fuerza?

   La respuesta es para dejaros de piedra. La manera más fácil de explicar este fenómeno es recurrir a una propiedad de los sistemas físicos sometidos a reglas relativistas, una propiedad que dice que los resultados son absolutos aunque se observen desde distintos sistemas de referencia. Por ejemplo, si yo miro como disparan a alguien que huye del disparador y esa bala le alcanza, da igual mi sistema de referencia o a qué velocidad vaya, por mucho que se deformen el tiempo y el espacio esa bala va a alcanzarle, no se pueden ver dos resultados distintos.

   Si habéis entendido esto último probablemente ya habréis llegado a la conclusión. Como los dos observadores tienen que ver como la carga orbita alrededor de la otra, esté el sistema "quieto" o en movimiento, la naturaleza hace una "corrección relativista" a la fuerza eléctrica proporcional a lo rápido que se mueve con respecto a nosotros, y esa corrección es lo que conocemos como magnetismo.

  ¿Qué os ha parecido la respuesta? ¡Comentad lo que se os pase por la cabeza!

Metafísica en la Física

   Aunque parezca una contradicción, en esta entrada voy a hablar de la metafísica que anida dentro de la Física, más concretamente dentro de la Física Cuántica.

   Esta historia empieza a principios del S. XX, donde algunas de las mentes más brillantes de la historia juntaron sus esfuerzos en darse cuenta de que no entendían para nada como funcionaba la naturaleza, y apoyándose unos en otros fueron creando la rama del conocimiento conceptualmente más compleja que existe, la teoría cuántica. A pesar de que ellos mismos la creaban paso a paso (a partir de una brillante idea de Max Planck), y de que crearon una base matemática extremadamente compleja pero que a día de hoy sigue siendo la teoría más exacta en sus predicciones, esas mentes privilegiadas no conseguían comprenderlo.

   ¿Eran acaso mentes del calibre de Planck, Schrödinger o el mismísimo Einstein tan idiotas de no comprenderlo? La respuesta es sí, con un peeeeeeero...

   Resulta que entender la Física Cuántica es el problema más complicado al que se ha enfrentado la humanidad, hasta el punto de que en realidad no se puede comprender. Al observar la naturaleza con las mejores gafas que se han hecho, la teoría cuántica, las mentes más brillantes se dieron cuenta de que la misma no quiere ser observada, y que modifica su comportamiento en función a lo que queramos obtener. ¿Tiene consciencia la naturaleza? Casi casi...

   Después de mucho exprimirse los sesos, llegaron a la conclusión de que la Física Cuántica no puede ser comprendida, ya que la naturaleza no quiere ser comprendida, a pesar del poder de predicción tan exacto de las matemáticas que la rigen (sólo diré que la probabilidad adquiere carácter tangible de magnitud física, como la electricidad, y al igual que en la electricidad se producen corrientes, pero de probabilidad...). Sin embargo sí puede ser interpretada, y no sólo eso, sino que más o menos sólo hay 3 posibles interpretaciones, y por mucho que pienses vas a acabar cayendo en alguna de ellas:

  - Interpretación REALISTA: podríamos determinar los fenómenos de la naturaleza con total precisión si consiguiéramos todas las variables del sistema (a las que Einstein llamó variables ocultas). Es como decir que podríamos predecir con total seguridad lo que saldrá en un dado si conocemos resistencia del aire, fuerza de la mano, peso de la tinta, momentos de inercia...

  - Interpretación ORTODOXA: La medida fuerza a las partículas a “aparecer”. En palabras de Jordan: “La observación no sólo perturba el sistema, sino que lo genera; i.e., obligamos a

la partícula a tomar una posición”. Esta interpretación también se conoce como interpretación de Copenhague, y es la más aceptada hoy en día. No obstante, esta interpretación genera un dilema, ¿acaso existe entonces la naturaleza si nadie la mira? Ahí lo dejo para que no podáis dormir.

  - Interpretación AGNÓSTICA: la pregunta "¿dónde está una partícula antes de medirla?" no tiene sentido. Simplemente no te importa si has creado la naturaleza o si ya existía, en cualquier caso las medidas tomadas permiten hacer predicciones extraordinariamente exactas con la teoría cuántica.

   A estas interpretaciones hay que añadirles el aporte de Bell: "hay una diferencia observable si la partícula tenía una posición precisa antes de la medida". A simple vista parece una tontería, pero si se piensa en dos partículas cuyo espín está ligado y medimos el de una, por ejemplo, resulta que entra en conflicto con la última, y si se piensa un poco casi que con todas.

  Lo único que se puede sacar en claro es que la naturaleza es tan esquiva como maravillosa. Podríais preguntaros que cuál es entonces el sentido de la Física Cuántica, es más, del comportamiento de la naturaleza. Sinceramente, buena suerte buscando... ¡Y si lo encontráis no olvidéis plasmarlo en los comentarios!