Un-gel-para-construir-ciborgs

Un cíborg es un organismo vivo en el que algunas de sus funciones las lleva a cabo una parte mecánica. Por ejemplo, Darth Vader, de “La guerra de las galaxias” es un cíborg, con piernas, brazos y buena parte de sus sistema pulmonar sustituido por componentes electromecánicos. Pero no hay que irse a la ficción para encontrar auténticos cíborgs: brazos con manos que sienten, agarran y sueltan con precisión existen ya, por ejemplo. Podemos imaginar que en un futuro próximo hasta se pueda hablar de superhumanos por su integración con las máquinas; tan próximo como 2016, como pone de manifiesto la celebración de Cybathlon, el campeonato de paratletas asistidos por robots, como lo han llamado de forma políticamente correcta los organizadores.

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Compuestos químicos 3

El termino “mixtura” que los protoquímicos usaban en el siglo XVII para designar a los cuerpos compuestos no hacía prácticamente distinción alguna entre combinaciones químicas y mezclas físicas. Sin embargo, a lo largo del siglo XVIII se produjo una clara separación. En su Dictionaire de chymie (1766), por ejemplo, Pierre Joseph Macquer distinguía entre una “combinación o composición química […] en la que debe existir además una mutua adherencia entre las sustancias que se combinan” y las “mixturas, con las que uno se refiere sólo a la mezcla sencilla, una simple interposición de partes”.

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Es ya tradición de esta casa proponer de vez en cuando un entretenimiento de base científica. También es tradición que, no siendo difíciles en sí mismos, sí requieran la habilidad de buscar y relacionar información, por lo que las personas que lo resuelven suelen presentar unas determinadas características en común, entre ellas la satisfacción personal que sienten al resolver enigmas.

Concurso ED

El objetivo es responder una pregunta relacionada con un famoso científico. Pero primero hay que identificar el apellido de este científico a partir de las pistas que se dan. Cada una de estas pistas lleva a un científico, la inicial de cuyo apellido ocupa el lugar establecido en el apellido de nuestro protagonista. Para evitar confusiones con nuestro científico protagonista, será bueno saber que una sociedad científica entrega como premio una medalla con su nombre.

El apellido de nuestro científico tiene 6 letras, 123456, y las pistas son las siguientes:

1 Fue el primero en describir la microestructura de los pulmones

2 Obtuvo la adenina a partir de cianuro de hidrógeno en condiciones prebióticas

3 Obtuvo el premio Nobel y el Lenin de la Paz y un efecto físico tiene su nombre

4 Consiguió algo muy útil usando nitrato de plata y dicromato potásico

5 Transformó las ideas de Franklin en una teoría de la electricidad coherente y matemáticamente consistente

6 Cálculo de operadores en espacios de Hilbert, métodos de ignición para armas nucleares, teoría general de autómatas, etc., etc., etc.

La pregunta es:

¿Qué compuso el abuelo de la madre de nuestro científico misterioso?

Importante:

Los comentarios tienen moderación parcial, por lo que os ruego que sólo dejéis en los comentarios la respuesta a la pregunta, sin explicarla. El viernes a partir de las 19:00 publicaré la respuesta correcta.

La imagen es sólo decorativa y no guarda relación alguna con el enigma.

Solución:

La respuesta correcta es “Defence of fort M’Henry”

Veamos el proceso de resolución:

1 Malpighi

2 Oró

3 Raman

4 Golgi

5 Aepinus

6 Neumann

Por tanto el apellido de nuestro científico es Morgan. Con una medalla en su honor de la Sociedad Genética de América está Thomas Hunt Morgan, premio Nobel de medicina o fisiología 1933.

La madre de Morgan fue Ellen Key Howard, nieta de Francis Scott Key quien en 1814 compuso “Defence of fort M’Henry”, que es nuestra respuesta.

No es estrictamente correcta la respuesta “The Star-Spangled-Banner” o el himno de los Estados Unidos, porque Key compuso un poema, no una canción patriótica, ni mucho menos un himno. Efectivamente, el cuñado de Key, Joseph Nicholson, vio que podía ser cantado al ritmo de una canción popular en la época “The Anacreontic Song” del compositor inglés John Stafford Smith. Y así se publicó el poema en varios periódicos con la indicación “Tune: Anacreon in Heaven”, nombre popular de la canción de Smith.

Fue Thomas Carr, editor de música de Baltimore, el que publicó letra y música conjuntamente con el título “The Star-Spangled Banner”. La versión que hoy se conoce como himno de los Estados Unidos fue un arreglo producido por cinco músicos a los que les encomendó la tarea el presidente Woodrow Wilson; esta versión se estrenó en 1917. “The Star-Spangled Banner” se convirtió oficialmente en el himno de los Estados Unidos el 3 de marzo de 1931, por iniciativa del presidente Herbert Hoover.

Por tanto “The Star-Spangled Banner” hace referencia a una canción que usa como letra una de las cuatro estancias del poema original de Key.

Podría admitirse como válida la respuesta “When the warriors return”, esta sí canción de Key de 1805, que también usa la música de “The Anacreontic Song” y la imagen de la bandera cuajada de estrellas y que se considera un antecedente de “Defence of fort M’Henry”.

Nubes cubriendo el amazonas

Un equipo de investigadores encabezado por Mikael Ehn, del Instituto de Investigación de la Energía y el Clima (Alemania), publica en Nature el descubrimiento de la fuente de las partículas de aerosol naturales que juegan un papel tan importante en la formación de nubes. La investigación pone de manifiesto cómo la vida en la Tierra puede influir en la producción de partículas que juegan un papel importante en el clima del planeta. Los resultados podrían tener sus implicaciones para la detección de exoplanetas con vida.

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De la entropía

Posiblemente pocas ideas científicas tan fundamentales tengan más expresiones diferentes que la segunda ley de la termodinámica. Una que no suele emplearse demasiado pero que encierra en una sola frase su esencia se debe a Ludwig Boltzmann que, parafraseando a Josiah Willard Gibbs, dijo: “La imposibilidad de una disminución no compensada de la entropía parece estar reducida a una improbabilidad”. Y es que el concepto de entropía está en el centro de la termodinámica, y en el de la evolución del universo.

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Olivos-de-Jaen-580x386

El calentamiento global tendrá efectos sobre la agricultura en las próximas décadas, pero no en todos los lugares afectará igualmente para un cultivo dado. Las proyecciones que un reciente estudio realiza sobre la producción de aceite de oliva son un ejemplo de los cambios a los que tendremos que hacer frente dentro de poco.

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ReS2 2

Se llama disulfuro de renio y su descubrimiento como el primer semiconductor que tiene las mismas propiedades electrónicas tanto en monocapa como en multicapa no sólo abre la puerta a las aplicaciones electrónicas hasta ahora reservadas a los materiales de dos dimensiones a uno de tres dimensiones, también facilita el estudio de la física bidimensional usando cristales tridimensionales fáciles de obtener.

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La injusticia de Cosmos para con Robert Hooke

Hay formas y formas de ser de ser injusto. Una de ellas es empleando un lenguaje no claramente explícito basado en imágenes y gestos. En el episodio 3 de Cosmos, la serie de televisión que presenta Neil deGrasse Tyson, aparece la figura de Robert Hooke, uno de los grandes genios que en el mundo han sido, retratado como un ser ruin y miserable, intentando arrogarse un mérito, el de la ley de la gravitación universal, en el que no tiene arte ni parte. Y esto es falso.

Para intentar poner un poco de perspectiva en la disputa con Newton sobre la prioridad en el descubrimiento de la ley de gravitación universal, nos basta recordar que es esa que dice que la atracción entre dos cuerpos es proporcional a sus masas e inversa al cuadrado de la distancia que los separa.

Robert Hooke
Adivina, adivinanza, ¿quién es el joven héroe, quién su caballero protector y quién el malo malísimo? Las animaciones de Cosmos recuerdan demasiado a los planteamientos maniqueos de Disney con héroe (bien absoluto) y némesis (mal absoluto). Ya pasó con Giordano Bruno en el primer capítulo de la serie.

Decíamos antes “retratado” muy apropiadamente, porque, si bien el texto de la narración es casi correcto, las imágenes de la animación no lo son: encorvado, con el pelo descuidado, sin enseñar el rostro, siempre en penumbras, con ropas oscuras. Como tampoco lo es la imagen de tipo estirado pero en posesión de “la verdad” y santa víctima de los ardides de Hooke que se da de Isaac Newton. La historia se encargó de demostrar hasta qué punto Newton era mala persona, mientras que en Cosmos lo peor que hace es quemar un retrato de Hooke.

Digo que el texto es casi correcto porque, si bien todo lo que dice es “literalmente” correcto, hay cosas relevantes para lo que se trata que no se mencionan. Pero veamos lo que ya está asentado en la historiografía del asunto desde los años sesenta del siglo XX pero que parece que no ha llegado a los guionistas de Cosmos.

Estamos en 1669 y Newton acaba de ocupar la cátedra Lucasiana en la Universidad de Cambridge, tan sólo cuatro años y medio después de graduarse. Comienzan 15 años de una reclusión progresiva. Al comienzo de la década de los setenta mantiene discusiones epistolares sobre óptica con Christiaan Huygens y Robert Hooke, que le terminan agotando la paciencia. El profesor Newton no llevaba muy bien eso de que le llevasen la contraria. Por esta época también está en contacto con John Collins y Gottfried Leibniz, discutiendo sobre cálculo, lo que también contribuye a reforzar sus ansias de aislamiento.

Durante este periodo Newton mostró poco interés por las órbitas astronómicas hasta que Hooke, que ya había tenido contacto con él, le escribe varias cartas, la primera en noviembre de 1679, en nombre de la Royal Society, en la que era responsable de los experimentos, solicitándole algunas cosas. Entre ellas una muy particular.

Pero antes una pequeña digresión. Robert Hooke, tenía una capacidad inventiva extraordinaria, pero unida a una capacidad matemática notable. Desde 1665 era catedrático de geometría del Gresham College de Londres y en 1666 había publicado On gravity, tratado en el que ampliaba una idea que ya había apuntado en su Micrographia (1665) según la cual la gravedad era “una atracción entre los cuerpos” e incorporaba dos principios más, a saber, que todos los cuerpos se mueven en líneas rectas hasta que son desviados por una fuerza y que la fuerza atractiva es mayor cuanto más cerca están los cuerpos.

Este era el hombre que escribía a Newton solicitándole que estudiase el problema de la trayectoria de un cuerpo bajo la acción de una fuerza central que disminuye con el cuadrado de la distancia. El texto relevante está en una carta fechada el 17 de enero de 1680:

It now remaines to know the proprietys of a curve Line (not circular nor concentricall) made by a centrall attractive power which makes the velocitys of Descent from the tangent Line or equall straight motion at all Distances in a Duplicate proportion to the Distances Reciprocally taken. I doubt not but that by your excellent method you will easily find out what the Curve must be, and it proprietys, and suggest a physicall Reason of this proportion.

Lo que podría traducirse libremente como:

Queda ahora por conocer las propiedades de una curva (ni circular ni concéntrica) resultante de una fuerza central atractiva que hace las velocidades tangenciales a la curva a todas las distancias proporcionales al recíproco del cuadrado de las distancias. No me cabe duda de que gracias a su excelente método encontrará fácilmente de qué curva se trata, así como sus propiedades, y podrá sugerir una razón física para esta proporción.

Esto es, Hooke ya le está diciendo a Newton la estructura de la ley de gravitación universal, pero que necesita de la extraordinaria capacidad matemática de Newton para realizar lo más complicado, el cálculo de la curva.

Newton no respondió. Por lo que después contó a Edmund Halley en 1684, hemos de suponer que lo realizó (y lo perdió), ya que su respuesta “una elipse” dejó boquiabierto a Halley. Toda esta parte de la historia la podéis leer aquí.

Podríamos zanjar la discusión sobre la prioridad en el descubrimiento de la ley de gravitación con un salomónico Hooke tuvo la idea y Newton la desarrolló matemáticamente. Pero es algo más complejo. La idea del inverso del cuadrado estaba “en el ambiente” desde los años sesenta del XVII. De hecho, en el escolio de la proposición IV del libro I de los Principia Newton menciona a Christopher Wren, Edmund Halley y Robert Hooke a este respecto.

En la animación de Cosmos, en la escena que nos sirve de ilustración, esto es lo que están discutiendo antes de que Hooke escriba a Newton. Pero a Hooke se le hace parecer un ambicioso sin base, injustamente. Como dijo Alexis Clairaut en 1759 tras leer todo lo que encontró sobre la disputa Hooke-Newton:

El ejemplo de Hooke sirve para demostrar qué distancia existe entre vislumbrar una idea y demostrarla.

Del espacio y el tiempo (III)

La evolución de nuestra concepción actual del espacio y el tiempo, íntimamente ligada al desarrollo de la física, puede ser dividida en tres etapas. La primera, a la que denominaremos absolutismo, estuvo dominada por los conceptos absolutos de espacio y tiempo de Newton. La segunda, que llamaremos espaciotiempo, girará en torno a este concepto de Minkowski. Finalmente, la tercera, la que se corresponde con nuestras ideas actuales, a la que nos referiremos como estructuras dinámicas espaciales y temporales, toma como eje las estructuras de Einstein constituidas por campos gravitacionales que interactúan con objetos materiales y otros campos físicos.

Estructuras dinámicas espaciotemporales

A comienzos del siglo XIX se dieron los pasos decisivos para construir matemáticamente geometrías que Gauss denominaría no-euclídeas. De hecho, el propio Carl Friedrich Gauss en 1813 e, independientemente en 1818 Ferdinand Karl Schweikart, desarrollaron las ideas fundamentales de este tipo de geometría en la que el postulado de Euclides de las paralelas no es cierto. Ninguno de ellos publicó sus resultados.

Hubo que esperar a 1830 a que János Bolyai y Nikolái Ivánovich Lobachevski publicasen, también independientemente, sendos tratados sobre geometría hiperbólica para que la geometría no-euclidiana comenzase a ser considerada en círculos académicos. Bolyai acaba su tratado afirmando que no corresponde al razonamiento matemático aislado determinar si la geometría del universo físico se corresponde a una geometría euclidiana o no, sino a las ciencias físicas.

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La pequeña historia no contada de los modos B

En 1996 el cosmólogo Uros Seljak, hoy catedrático de astrofísica en la Universidad de California en Berkeley, estaba realizando una estancia postdoctoral en el Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian tras doctorarse en el MIT. El objeto de su investigación era el Fondo Cósmico de Microondas (CMB, por sus siglas en inglés) y cómo extraer información de él. La distribución de las anisotropías en el CMB, en este caso pequeñísimas diferencias en la temperatura, podría contener información sobre la estructura a gran escala del universo. Si, además, hubiese una forma de detectar la polarización del mismo CMB se podría obtener mucha más información, incluso intentar detectar el efecto de las ondas gravitacionales, la última gran predicción de Einstein pendiente de comprobar desde 1916.

En 1996 los cosmólogos ya asumían que la teoría de la inflación era esencialmente correcta: la expansión prácticamente instantánea tras el Big Bang (a una velocidad superior a la de la luz, porque no existe límite a la velocidad a la que puede expandirse el espaciotiempo aunque sí a la que los objetos se pueden desplazar en él) explicaba cómo regiones del universo que nunca podrían haber estado en contacto de otra manera se habrían originado, de hecho, a partir de las mismas condiciones iniciales.

Pero, ¿cómo comprobar observacionalmente que la teoría de la inflación era correcta? Era posible que la clave estuviese en los distintos efectos que distintos tipos de campos tienen sobre la polarización de la radiación electromagnética. Simplificando muy mucho, la estructura a gran escala del universo tiene su origen en un campo escalar, mientras que la existencia de ondas gravitacionales primigenias, el fruto de la fluctuación del espaciotiempo en los modelos inflacionarios, se asocia a un campo tensorial (una descripción muy sencilla de lo que es un tensor se encuentra aquí).

Seljak subió un artículo al repositorio arXiv el 20 de agosto de 1996 (que se publicaría poco después en el Astrophysical Journal) en el que describía cómo podía usarse la polarización para encontrar señales del efecto de un campo tensorial en el CMB, incluyendo las ondas gravitacionales primigenias. El 19 de septiembre Marc Kamionkowski, Arthur Kosowsky, y Albert Stebbins, del Fermilab, proponían de forma independiente una solución similar. El 25 de septiembre, Seljak con la colaboración de Matias Zaldarriaga, en aquel entonces haciendo su doctorado en el MIT, dieron nombre a los modos E y B en la polarización del CMB, tomando los símbolos tradicionales de los campos eléctrico (E) y magnético (B) de la radiación electromagnética: los campos escalares producirían polarización modo E y el campo tensorial gravitacional produciría los dos, por lo que la presencia del modo-B en el CMB señalaría el efecto de las ondas gravitacionales primigenias.

Ya tenemos la teoría. Ahora hace falta medir el efecto.

Para ello tenemos que remontarnos a 1878, momento en el cual Samuel Pierpont Langley presenta el primer bolómetro en sociedad. Un bolómetro es un dispositivo que es capaz de medir la potencia de la radiación electromagnética incidente mediante el calentamiento de un material cuya resistencia eléctrica depende de la temperatura. En 1942 D.H. Andrews y colaboradores construyen el primer bolómetro con sensor superconductor de transición abrupta (TES, por sus siglas en inglés), un bolómetro criogénico que explota la extrema sensibilidad a la temperatura que tiene la resistencia eléctrica durante el cambio de fase superconductora. Sin embargo, las sutilezas de su funcionamiento no permitieron su adopción como dispositivo ultrasensible de medida hasta mediados de los años noventa cuando se solventaron esos problemas.

Fue un profesor de Berkeley, Adrian Lee, que entre sus antecedentes tiene el de investigar el encéfalo humano en Stanford usando resonancia magnética funcional, quien propuso la idea en 2000 de usar TES suspendidos para estudiar las anisotropías del CMB. Lee integró TES con otras funciones en chips montables en los planos focales de los telescopios que analizaban el CMB. El BICEP2 usa una evolución de estos chips.

La pequeña historia no contada de los modos B 2

El 17 de marzo de 2014 la colaboración BICEP2 anunciaba la primera detección de polarización modo-B en el CMB. La primera prueba directa de la inflación. Una señal mucho mayor de la que los científicos esperaban.

Mucha más información sobre el descubrimiento de los modos B y su relevancia cosmológica la podéis encontrar, entre otros sitios, en:

Francis R. Villatoro: ”La inflación cósmica y el multiverso inflacionario” ; “BICEP2 obtiene la primera prueba directa de la inflación cósmica” ; “Un poco de sal a la observación de BICEP2

Enrique Fernández Borja: ”El universo saca Bicep2

Jorge Díaz: “Descubrimiento de modos B en la polarización del CMB

Javier Fernández Panadero: “El gran descubrimiento de ayer

Daniel Marín: “Un par de apuntes sobre la confirmación del modelo inflacionario del Big Bang

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la L Edición del Carnaval de la Física, cuyo blog anfitrión es El mundo de las Ideas