jueves, 26 de diciembre de 2013

EL SANTUARIO DE MUXÍA Y LOS PARARRAYOS

Las imágenes del incendio del Santuario de la Virxe da Barca en Muxía han conmocionado a todo el país pero mucho más a los que hemos nacido cerca de tan hermoso lugar. Llevo toda mi vida visitando el Santuario, tanto en verano como en invierno. Su romería en honor a la Virgen se celebra el segundo domingo de septiembre y a ella acuden miles de peregrinos. A todos los que amamos ese paraje (y más si lo hemos conocido desde niños) nos ha dolido como la muerte de un familiar cercano.
Pero hay algo que no me resisto a comentar...
Leo en la prensa que la iglesia tenía instalado un pararrayos. El Santuario .era una ermita que incluido el campanario no supera la altura de un edificio de dos plantas y ha quedado completamente calcinada . Se abre el debate: ¿pararrayos sí o pararrayos no?
Por poner números la corriente que transporta un rayo es de varios miles de amperios y decenas de miles de voltios (pensemos que el voltaje de nuestras casas es de 220 voltios) y con esos valores logra la ruptura dieléctrica del aire, es decir, que pase a ser conductor de la electricidad.
Sospecho que detrás de la instalación de pararrayos hay intereses económicos y por eso se instalan en muchos sitios donde son innecesarios o incluso (y eso voy con este post) más perjudiciales que su ausencia. Fue inventado por el gran Benjamin Franklin en 1753 y el nombre de "pararrayos" es absolutamente desafortunado (el "lighting rod" inglés tampoco es muy acertado). El dispositivo no se fundamenta en crear una barrera protectora a modo de paraguas para evitar la caída de un rayo en un determinado lugar sino en más bien lo contrario. Su finalidad es "atraer" un rayo ionizando el aire a su alrededor que facilite (como un reguero de pólvora que queremos que explote en un sitio determinado) que la descarga de corriente de conlleva un rayo (del orden de miles de amperios) se haga a través del pararrayos evitando así daños mayores a personas y edificios. Es por así decirlo el agujero donde queremos introducir la pelota de golf. Lo vimos muy bien en la Cúpula de San Pedro el día de la renuncia del Papa Benedicto XVI:
RAYO_VATICANO
La presencia de un pararrayos en la Cúpula vaticana obviamente evitó males mayores a personas en la Plaza de San Pedro o al tendido eléctrico. El radio de acción en superficie de un pararrayos es del orden de dos veces la altura que se encuentren. A mayor altura, más número de rayos va a ser capaz de "atraer" y evitar así que lleguen al suelo. La altura de la Cúpula de San Pedro es de 136 metros, con lo cual el "paraguas" que ofrece es de 300 metros a la redonda, es decir, una superficie de 300000 metros cuadrados.
En ciudades con rascacielos los pararrayos se suelen poner en los edificios más altos de las manzanas. Por poner un ejemplo, el Empire State Building tiene 440 metros de altura y eso hace que proteja una superficie de 2 kilómetros cuadrados. La ciudad de Nueva York ha dejado hermosas imágenes de rayos sobre los tejados de los edificios:
RAYOS ny
Fíjense que los rayos se descargan sobre los tejados de los edificios y no sobre el suelo. Gran invento el de Franklin sin duda pero de escasa eficacia para un edificio de tan poca altura como el Santuario de la Virxe de la Barca (o como podría ser un colegio). Estamos hablando, no me canso de repetirlo, de un "atractor" de rayos. Con un edificio de baja altura (como es el santuario muxián) se está aumentando mucho la probabilidad que le "caiga un rayo" y que el pararrayos además de ser ineficaz en este caso hace que sea incluso peligroso.
Dejo aquí la reflexión mientras me duelen los recuerdos que tengo del Santuario de la Virxe da Barca...
César Romero
Doctor en Física
@CesarRomGa

                                                                                                                               
                                                                                                                                                         

jueves, 26 de septiembre de 2013

EL GRAFENO: DEL LABORATORIO A NUESTRA VIDA COTIDIANA

[Reproduzco aquí mi artículo de opinión sobre el grafeno, publicado en el suplemento especial sobre Nanotecnología que editó el diario El Mundo con fecha 28-5-2013]
http://data9.blog.de/media/721/7281721_2f05a74d20_d.pdf
Sobre el grafeno se ha dicho mucho pero queda todavía mucho por hacer. Como ante la presencia de la chica guapa en la fiesta, a los científicos nos dicen: Ahí la tienes, báilala!!
En investigación básica hay que seguir explorando las propiedades asombrosas de este material. Una línea muy prometedora para la sustitución del silicio en la informática es el estudio del magnetismo en grafeno para que una misma lámina pueda contener varios chips, lo que conducirá a una mayor miniaturización. La movilidad de los electrones en el grafeno permitirá dispositivos mucho más rápidos que los actuales y la dureza del material hará posible que sean mucho más resistentes a los golpes.
Tecnológicamente es posible modular sus propiedades induciendo defectos a escala atómica, es decir, quitando átomos de una misma lámina de manera controlada surge un material con propiedades distintas. El grafeno es un material inerte pero modificándolo químicamente (lo que nosotros llamamos funcionalizar) se podrán desarrollar minúsculos detectores de cualquier magnitud (temperatura, humedad, contaminación...).
También está presente en el campo de la investigación médica ya que, al estar formado únicamente por carbono, la biocompatibilidad está asegurada. Las propiedades ópticas del grafeno (la manera en que interacciona con la luz) va a revolucionar el campo de la energía y el medio ambiente: celdas solares basadas en grafeno mejorarán la eficiencia de las actuales y producirán mucha más corriente eléctrica aprovechando la luz del Sol. Otro resultado muy prometedor es el diseño de baterías basadas en grafeno para poder así almacenar electricidad en un volumen mucho más pequeño que las pilas convencionales.
También la industria tiene ante sí un reto. Las propiedades del grafeno son consecuencia muy directa de la simetría y la industria ha de ser capaz de producir masivamente grafeno con absoluta perfección estructural y con el tamaño preciso de lámina que necesite el cliente. Nuevas empresas, también en España, se dedican a eso en exclusiva. En esto el grafeno también es un material diferente: no se necesitan minas, ni habrá guerras entre países o facciones para su control, ni niños trabajando en condiciones infrahumanas.
Investigación básica e industria no son excluyentes. Muchas empresas nanotecnológicas han salido de los laboratorios. Han de ser capaces de realimentarse para beneficio mutuo.
Europa y sus instituciones políticas han de afrontar el reto de liderar esta revolución tecnológica. El grafeno ha sido un descubrimiento europeo y debe ser una prioridad geoestratégica. Hemos de aprovechar, y más en un mundo globalizado y competitivo, la ventaja de haber llegado antes.
Como tantas veces en la Historia, los retos superados de hoy serán los logros de mañana. El grafeno ya no es una utopía y muy pronto formará parte de nuestra vida cotidiana.
@CesarRomGa César Romero
Doctor 
en Física

lunes, 23 de septiembre de 2013

CURIE-LANGEVIN: UN AMOR QUE TRASPASÓ GENERACIONES

"No hay nada que temer en la vida.
La vida es entender lo que nos rodea.
Cuando más entendamos menos miedo tendrá la Humanidad..."

Marie Curie
Marie Curie (1867-1934) fue la pionera en el estudio de la radiación. Ella y su marido, Pierre, descubrieron los elementos químicos Radio y Polonio. Juntos fueron galardonados con el Premio Nobel de Física en 1903, y ella recibió otro, de Química, en 1911. Su trabajo, tan reconocido en el mundo entero, la llevó a la muerte. Falleció de una anemia aplásica (una enfermedad de la sangre) a consecuencia de su exposición a la radiactividad.
María Salomea Sklodowska nació en Varsovia, Polonia (país entonces ocupado por Rusia) el 7 de noviembre de 1867. Ella era la menor de cinco hermanos, tres hermanas mayores y un hermano. Sus padres eran maestros e insistieron mucho en la educación de sus hijos.
María y su hermana mayor Bronia deseaban fervientemente ir a la universidad pero la Universidad de Varsovia no aceptaba entonces a las mujeres. Ambas estaban interesadas en la investigación científica, pero para obtener la educación que anhelaban que tendrían que salir del país. Con 17 años María se convirtió en institutriz para ayudar a pagar a Bronia su carrera de Medicina en París. María siguió estudiando por su cuenta, con ganas de unirse a su hermana y conseguir su licenciatura.
Cuando María ingresó en la Sorbona cambió su nombre por el de "Marie" para parecer más francesa. Para pagar el alquiler tuvo que subsistir a menudo sólo con pan y té. Su salud se resintió, pero el esfuerzo valió la pena. Fue la número uno de su promoción de Física en 1893 y la número dos de la de Matemáticas en 1894. Una asociación de defensa de la educación de las mujeres le proporcionó una beca para quedarse en la Universidad y poder dedicarse a la investigación.
En los laboratorios de la Sorbona conoció a Pierre Curie (1856-1906) y se convirtieron en pareja científica y sentimental. Se casaron y tuvieron dos hijas: Irène (también Premio Nobel de Química en 1935) y Eva.
curie_marie_pierre
Pierre y Marie Curie
Aunque ambos disfrutaron juntos del reconocimiento científico hoy se le atribuye en exclusiva a Marie la hipótesis verdaderamente revolucionaria de su trabajo. Por aquella época se pensaba que el átomo era el "ladrillo" más pequeño e indivisible de la materia y que todos los elementos aún presentando propiedades químicas diferentes eran del mismo tamaño. Estudiaron una extraña forma de energía que desprendía lapechblenda, un mineral de uranio. Utilizando toneladas de ese mineral, los esposos Curie fueron capaces aislar unos poco miligramos de un nuevo elemento químico desconocido hasta entonces, al que denominaron Radio (rayo en latín) y observaron que este nuevo elemento generaba mayor cantidad de esa nueva energía. La hipótesis de Marie era que los átomos pueden fragmentarse en otro átomo más pequeño emitiendo energía en el proceso, con lo que cambiaba totalmente la concepción que por entonces se tenía de la materia. Descubrieron la energía que hoy llamamos nuclear aunque tuvieron que pasar unos años (Experimento de Rutherford, 1911) para tener el modelo de átomo, que todos conocemos, como un núcleo formado por protones y neutrones y con electrones orbitando a su alrededor. Todos los materiales que puedan emitir esa energía se les denominó materiales radiactivos, es decir, que se comportan de manera análoga al Radio. María, la chica polaca a la que denegaron la entrada en la Universidad de Varsovia por ser mujer, alcanzó el Olimpo de la Ciencia.
Marie fue una mujer que supo vivir intensamente sus pasiones, tanto en su vida científica como en su faceta personal. Era un mundo donde la mujer estaba destinada únicamente a tener hijos y a cuidar de su marido. Sólo pudo acceder a la cátedra de la Sorbona para suceder a Pierre, fallecido en 1906 atropellado por un coche de caballos. Se convirtió en viuda con 38 años. Lejos de retirarse a llorar a su marido muerto siguió trabajando frenéticamente en el laboratorio. Como dicen que el roce hace el cariño (y como ocurre tantas veces entre compañeros de trabajo) inició hacia 1910 un tórrido romance con un antiguo discípulo de su marido llamado Paul Langevin (1872-1946) y que causó un escándalo mayúsculo entre la sociedad francesa. Las largas jornadas en el laboratorio de la Sorbona propiciaron el amor entre Marie y Paul. Ella viuda de una gloria nacional francesa y él casado y con dos hijos. La sra. Curie era odiada y envidiada por sus colegas franceses. Envidiada por sus méritos científicos y odiada por ser mujer. Ahora se le acusaba de "conducta inmoral" por tener un romance con un hombre casado y con hijos. Hubo movimientos descarados para impedir que recibiese el Premio Nobel en 1911 haciendo llegar al entonces rey de Suecia lo impropio de la conducta de la galardonada. Gustavo V no se dio por enterado y recibió encantado a Marie en Estocolmo. Los periódicos de la época se hicieron eco de la historia entre Curie y Langevin. Un auténtico linchamiento mediático en el incipiente siglo XX. En 1911 Le Journal publicaba:
"Los fuegos del Radio que produce tan misteriosamente Madame Curie sólo han encendido el fuego en el corazón de Langevin mientras su esposa e hijos se bañan en lágrimas..."
Langevin vivió un auténtico calvario al verse sometido a tal oprobio público. Marie estaba por encima de esos convencionalismos sociales. Ya lo demostró durante la ocupación rusa estudiando en la clandestinidad la lengua y cultura polacas y ya en su adolescencia renunciando al catolicismo tan arraigado en su entonces ocupado país. Sin embargo Paul sufría lo indecible por la situación. Incluso se intentó suicidar a las afueras de París con su recién estrenado automóvil. Langevin, abrumado por la situación, tuvo que poner fin al romance. Fue breve pero intenso.
Solvay_conference
Conferencia Solvay 1911. Marie Curie es la única mujer (sentada con la cabeza apoyada con su mano). Paul Langevin es el primero de pie por la derecha (a su lado Albert Einstein)
Las vidas de ambos quedaron marcadas en el futuro por las dos Guerras Mundiales. En la Gran Guerra Marie puso todo su laboratorio al servicio de su país. Fabricó decenas de aparatos de Rayos X portátiles para que fuesen enviados al frente. Fue un avance mayúsculo para los médicos militares. Al terminar la guerra se dedicó a dar conferencias por el mundo mientras su salud se lo iba permitiendo. Los efectos de las radiaciones fueron devastadores para su cuerpo. Langevin hizo mismo que su antiguo amor y puso la Escuela Superior de Física y Química Industrial al servicio de Francia durante la Guerra del 14 pero sería en la IIª Guerra Mundial donde él y su familia dieron muestras de auténtico heroísmo. Debido a sus opiniones antifascistas fue detenido por la Gestapo y desterrado a Troyes en arresto domiciliario, donde pudo huir en 1944 a Suiza. Su hija Helene fue enviada a Auschwitz (aunque pudo regresar con vida) y su yerno Jacques fue fusilado en Mont Valérien en las cercanías de París. La prensa, que le fustigó mientras estaba con Curie, lo acabó tildando de héroe francés. Marie y Paul fueron capaces en su profesión y en su vida de entregarse a unos ideales y de saber luchar por ellos. Ese caudal de ejemplo y amor no podía morir, tendría que perdurar...
La vida tiene muchos caminos. Muchos se bifurcan y algunos se cruzan. Lo que no podían imaginar Marie y Paul es que 50 años después de ese amor surgido al calor del estudio de la radiactividad volvería a surgir entre dos nietos suyos. Helene (nieta de Marie) y Michel (nieto de Paul) continuaron el amor de sus abuelos. No sólo en el amor sino que también siguieron sus pasos en la Ciencia. Lo que otrora fue abruptamente interrumpido, ahora es un matrimonio muy duradero. Helene Joliot-Curie mantiene viva la memoria de su abuela en las conferencias que da por todo el mundo... aunque sólo habla su faceta científica para no alimentar el morbo pero es hermoso que la realización de sus abuelos se haga a través de sus nietos.
Así fue el amor entre Marie Curie y Paul Langevin: un amor que traspasó generaciones...
César Romero
Doctor en Física

@CesarRomGa

domingo, 5 de mayo de 2013

... Y LA LUZ SE CURVÓ!!!

En estos días la prestigiosa revista científica Science ha publicado una nueva prueba de la veracidad de la Teoría General de la Relatividad de Einstein. El estudio fue realizado en el Observatorio Europeo Austral, con sede en Garching (Alemania). El diario El Mundo (vía Efe) se ha hecho eco de la publicación:
Einstein publicó su Teoría General de la Relatividad en 1916 y este estudio de una estrella doble es una prueba más de lo perfecta que es su Teoría. Las estrellas dobles siempre han fascinado a los astrónomos. Son dos estrellas que orbitan entre sí alrededor de un centro de masas común. Es un problema clásico dedos cuerpos, estudiando las órbitas (es fácil porque ambos cuerpos emiten luz) se puede deducir la masa y el tamaño de ambas estrellas.
Ya he tratado en un post anterior el asunto de la Relatividad:
La novedad de la teoría de Einstein (hecho impensable hasta entonces) es que la velocidad de la luz es absoluta es decir, es una constante universal que ha de ser igual en cualquier sistema de referencia. La consecuencia de este hecho es que espacio y tiempo dejan de ser absolutos y pasan a ser relativos. El reloj (como veíamos en el cuadro de Dalí) y la regla para medir depende del observador. Habrá segundos más largos (dilatación temporal) y metros más pequeños (contracción de longitudes).
Otra consecuencia de la relatividad del espacio es que los objetos con masa lo "deforman". Es como una malla llena de fruta que con el peso se deforma; la urdimbre de la malla cambia. Gráficamente la presencia de un planeta en una región del espacio crea a su alrededor como un pozo en el que "caemos". Fuera de ese pozo (es decir, del campo gravitatorio) "flotamos" tal y como vemos en los astronautas en las misiones espaciales. Traté, en otro contexto, el tema de la gravedad cero en otro post:
Esa curvatura del espacio alrededor de objetos masivos cambia las trayectorias incluso la de la luz. La luz no tiene masa y desde el punto de vista de la Física Clásica no se ve afectada por los campos gravitatorios. Entonces la propagación de la luz de una estrella ha de ser rectilínea con independencia de los planetas cercanos que atraviese. Pero esto no es así...
La primera prueba de veracidad de la Teoría General de la Relatividad nos la dio el astrofísico inglés Arthur Eddington (1882-1944). Convencido de que Einstein tenía razón se fue a isla Príncipe en el Golfo de Guinea para estudiar el eclipse solar del 29 de mayo de 1919. Era en esa la región del planeta donde iba a ser más espectacular ese eclipse. Ha sido el el eclipse total más largo(6 minutos) del siglo XX. En los eclipses totales la luna se pone por delante del Sol y todo se oscurece como si se hiciese de noche.
La intuición y sapiencia de Eddington fueron cruciales. Intuición por confianza en Einstein y sapiencia porque por sus largas horas de observaciones astronómicas sabía que entonces había en el firmamento otra estrella alineada con el Sol ("detrás" del Sol pero muy alejada)en las que, suponiendo las trayectorias rectilíneas que decía la Física Clásica que seguía la luz, no se podría ver nunca. Es como si tenemos un camión (Sol) tapando la luz de una linterna (estrella de Eddington). Este es un esquema de lo que esperaba ver Sir Arthur en la Isla Príncipe:
ESQUEMA EDDINGTON
Faltaría poner en el dibujo la Luna entre Tierra y Sol, pero donde se hace un esquema de la deformación en el espacio que provoca la masa del Sol (cuadrícula perfecta=ausencia de gravedad).
Con una simple cámara fotográfica de las de entonces Eddington obtiene la primera prueba de que Einstein está en lo cierto. Ver en la fotografía siguiente ese halo de luz curvo que emerge desde la parte de abajo del Sol, ensombrecido por la Luna.
FOTO EDDINGTON
En dos palabras, señores: im-presionante.... Y LA LUZ SE CURVÓ!!

César Romero
Doctor en Física
@CesarRomGa

viernes, 8 de marzo de 2013

EL PROBLEMA DE FERMI: ¿Cuántos afinadores de piano hay en Chicago?

Enrico Fermi (Roma 1901, Chicago 1954) fue un gigante de la Física del siglo XX. Por desgracia se murió muy joven debido a un cáncer de estómago. Le quedaban 25 o 30 años de carrera científica por delante. ¡Cuánto más no avanzaría la Física si Fermi hubiese llegado a anciano! También es un gran desconocido. La fama de Albert Einstein eclipsó a toda su generación. Puso a Italia a la vanguardia de la Ciencia y tras ganar el Premio Nobel en 1938 se estableció en Estados Unidos huyendo de las leyes antisemitas de Benito Mussolini. Laura, su mujer, era judía. Primero la Universidad de Columbia y después la de Chicago tuvieron la inmensa suerte de contar con uno de los más grandes físicos experimentales de la historia de la Ciencia. Fue el creador del primer reactor nuclear, es decir, fue la primera persona en "domar" la energía de fisión (ruptura) del núcleo atómico mediante la reacción en cadena controlada. Participó también en el Proyecto Manhattan para la construcción de la bomba atómica (se debería llamar "nuclear" pero quedó lo de "atómica" por culpa de la prensa de la época).
Además de ser un físico experimental admirable tenía la enorme habilidad de hacer cálculos muy sencillos para predecir los resultados de los experimentos. En la primera prueba de la bomba atómica realizada en Los Álamos (Nuevo México) fue capaz de calcular la potencia detonada a partir de la distancia a la que se movieron los papeles de su despacho debido a la onda expansiva. Casi clava su valor en pocos minutos. El valor "real" de la potencia disipada tardaron días en saberlo (básicamente, y utilizando a muchas personas, midiendo el boquete que hizo la bomba en el desierto). Una anécdota que demuestra su arte haciendo estimaciones es el conocido como Problema de Fermi. Cuentan que Laura, su mujer, era aficionada a tocar el piano. Una noche, tras pasar todo el día en la Universidad, su mujer le cuenta que ese día ha venido un afinador a poner a punto su piano. Fermi, muy en su línea, le dice:
 -Oye, Laura, ¿cuántos afinadores de piano hay en Chicago?
FERMI
Antes de que su mujer respondiese que no tenía ni la menor idea, que siempre llamaba al mismo afinador, Fermi papel y lápiz en mano se puso a calcularlo. En voz alta iría diciendo:
- Chicago tiene 5 millones de habitantes y en promedio hay dos personas por hogar.
- Pongamos que en 1 de cada 20 hogares hay un piano y que es costumbre afinarlo una vez al año.
Con estos datos se puede calcular el número de afinaciones de piano en un año en Chicago:
(5.000.000 personas en Chicago) / (2 personas / hogar) × (1 piano/20 hogares) × (1 afinación del piano por el piano por año) = 125.000 afinaciones de piano por año en todo Chicago.
- Incluyendo viaje entre casa y casa, lleva 2 horas afinar un piano. Pensemos en una jornada laboral de 8 horas al día, 5 días a la semana y 50 semanas al año. Se puede calcular así las afinaciones que hace al año cada afinador de piano:
(50 semanas / año) x (5 días / semana) x (8 horas / día) / (2 horas para afinar un piano) = 1000 afinaciones de piano por año y afinador de pianos.
Sabiendo las afinaciones totales y cuantas afinaciones hace en promedio cada afinador el cálculo de cuantos afinadores hay en Chicago es trivial:
(125.000 afinaciones de piano por año en Chicago (1000) / afinación de piano por año y afinador de pianos) = 125 afinadores de piano en Chicago.
Obviamente sería mucha casualidad que verdaderamente hubiese 125 afinadores de piano en Chicago. Pero seguro que Fermi "clava" el orden de magnitud: no habrá ni 5 ni 1000.
¿Matemáticamente por qué ocurre eso? Porque las sobreestimaciones y subestimaciones de las hipótesis se acaban anulando entre sí. A lo mejor con el número de personas en cada hogar Fermi se quedaba corto pero se compensa porque fue demasiado generoso estimando un piano por cada 20 hogares.
Así surgen los llamados Problemas de Fermi: cómo a partir de pocos datos de partida podemos extraer un caudal enorme de información con un poco de cálculo y mucha lógica. Los estudios de mercado para determinar si un negocio puede ser rentable en un barrio o ciudad (con hipótesis más refinadas sobre el número de clientes potenciales) son un claro ejemplo.
¡Qué envidia cómo razonaba Enrico Fermi! Hizo fácil lo que era muy difícil. Tanto en el cálculo del número de afinadores como construyendo el primer reactor nuclear.
César Romero 
@CesarRomGa
                                                                           Doctor en Física