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?