24/11/07

Prediciendo El Futuro


La ciencia es, entre otras cosas, una manera eficiente de predecir los hábitos de la naturaleza.

Una teoría científica a menudo es capaz de vislumbrar el mundo físico con más efectividad que sus creadores.

Las teorías físicas frecuentemente están formuladas en términos de ecuaciones matemáticas. Las soluciones de estas ecuaciones bajo condiciones determinadas, permiten conocer propiedades del sistema físico que se quiere modelar, prever la evolución de dicho sistema, o mejor aún, predecir la existencia de objetos de cuya existencia ni siquiera se sospechaba antes de resolver las ecuaciones.

Luego las observaciones o los experimentos, se encargarán de verificar esas predicciones. Si resultan ciertas, la teoría habrá ganado un round en su confrontación con el mundo.

Las soluciones a la teoría de gravitación universal de Newton aplicada al sistema solar permitieron comprender las propiedades de las órbitas de los planetas, y predecir eclipses y cometas. Toda la ingeniería de vuelos espaciales se basa en la predicción del futuro que nos permite la teoría de Newton. El planeta Neptuno fue predicho teóricamente por el comportamiento de la órbita de Urano. Leverrier dijo a los astrónomos: apunten sus telescopios en tal dirección y observarán un planeta.

Las simetrías de la tabla periódica permitieron predecir la existencia de nuevos elementos químicos. La existencia del neutrino, una particular elemental, fue postulada teóricamente por Pauli, antes de detectarla experimentalmente. La antimateria fue primero una solución matemática de una ecuación propuesta por Dirac, luego se descubrió el positrón, el antiprotón y el resto de las antipartículas.

Cuando se descubrió el neutrón, algunos teóricos como Lev Landau conjeturaron la existencia de estrellas neutrónicas. Al poco tiempo se observaron con los radiotelescopios: son los púlsares.

En los años cuarenta, el grupo de George Gamow, apoyándose en el modelo del Big Bang, predijo la existencia de un fondo de microondas que debía plenar uniformemente el universo. Como no existía la tecnología adecuada para detectarla, la predicción fue olvidada. En los años sesenta la radiación cósmica de fondo se descubrió accidentalmente.

Einstein pudo haber predicho la expansión del universo. Las soluciones a las ecuaciones de la relatividad general sugerían la expansión. Pero pudo más el prejuicio de un universo inmutable y Einstein modificó las ecuaciones. Cuando Hubble descubrió la expansión, Einstein se arrepintió con amargura de haber modificado sus ecuaciones.

Definitivamente la ciencia es más eficaz prediciendo el mundo, que las bolas de cristal, la borra del café o la astrología.

La Noche de San Lorenzo


El 10 de agosto del año 258, el cielo se iluminó de estrellas fugaces que parecían venir de la constelación de Perseo, las estrellas cayeron del cielo como luces de bengala, era la Noche de San Lorenzo.
Dice la Historia que ese día, un prefecto de Roma ordenó a un diácono cristiano llamado Lorenzo, que entregara los objetos valiosos de la iglesia. Lorenzo se presentó a la prefectura con un grupo de pobres y mendigos, mostrándolos como los tesoros de la iglesia. El prefecto indignado mandó a matar a Lorenzo. San Lorenzo fue atado a una parrilla de metal y asado en las brasas mientras el cielo ofrecía su baño de estrellas. Cada 6 años por la misma época se veía la misma lluvia de estrellas fugaces, que la gente llamó las “lágrimas de San Lorenzo”.
Una lluvia de estrellas fugaces es polvo de la cola de un cometa. Son partículas con tamaños tan grandes como una frambuesa y tan pequeños como un grano de arena, que al entrar en contacto con la atmósfera de la Tierra se encienden.
Cuando un cometa pasa por el interior del Sistema Solar los gases y materiales de la superficie del cometa salen despedidos al espacio, y pasan a orbitar al Sol. Así se forma una corriente o anillo de partículas, denominado técnicamente enjambre de meteoros. La órbita terrestre cruza algunos enjambres de cometas de periodo corto, produciendo lluvias de meteoros. Cuando la actividad de una lluvia de meteoros sobrepasa los 1000 meteoros por hora, se le denomina tormenta de meteoros.
Los cometas tienen órbitas regulares y su paso cerca de la Tierra es periódico. El cometa Biela dio origen a las lágrimas de San Lorenzo. El cometa Temple-Tuttle se acerca a la Tierra cada 33 años y nos deja ver el espectáculo de las llamadas Leonidas, ya que se ven cerca de la constelación de Leo. Las Leonidas fueron vistas por Alexander von Humboldt en 1799 y su última aparición fue en 1999.
Los babilonios fueron los primeros en dejar la huella de su observación de lluvias de meteoros. Se encontraron tablillas con escritura cuneiforme que datan del año 747 a.C. donde se refleja esa observación.
El cometa Biela, reapareció en 1845 pero ya partido en dos pedazos. Cada trozo tomó un rumbo distinto, y con ellos se fueron las lágrimas de San Lorenzo.

La Fuente De La Eterna Senectud


¿Por qué envejecemos? Esta inquietante pregunta ha acosado a la humanidad desde la más remota antigüedad, y ha dado lugar en muy diversas culturas a un sinnúmero de mitos y leyendas sobre la quimera de la eterna juventud.
También la ciencia se ha interesado por el asunto. Es así como en los años sesenta el investigador Hayflick descubrió que las células humanas no pueden dividirse más de unas ochenta o noventa veces. Posteriormente, dejan de funcionar, dañando incluso a las células circundantes y, aunque vivan algún tiempo más, se dirigen inexorablemente a la muerte.
Este comportamiento, llamado límite de Hayflick, no es exclusivo de las células humanas. Todos los organismos conocidos tienen tiempos de vida genéticamente limitados.
Se piensa que el límite de Hayflick se estableció en el curso de la evolución porque en la división celular es siempre posible que se produzcan errores en el copiado del ADN, que pueden causar enfermedades y otras anomalías. Con cada división la probabilidad de una mutación problemática es mayor, por lo que es conveniente que la división celular no sea infinita.
¿Cómo saben las células cuando detener la división? Los cromosomas, es decir, las cadenas de información genética contenidas en el núcleo de la célula, tienen en sus extremos una larga región de ADN repetitivo llamado telómero. El telómero no contiene información genética y su función esencial es la de proteger los cromosomas de la degradación.
Durante la división celular cada célula duplica su material genético y lo distribuye en las dos células hijas, que son, en teoría, genéticamente idénticas a la célula madre. Pero esta copia nunca es perfecta. El agente que duplica el ADN es como una impresora que no copia el final de una página. En cada división se pierde una parte del telómero, que protege así a los genes, de manera que no se pierda información genética. A medida que el telómero se agota disminuye su función protectora. El cromosoma se hace inestable y la célula deja de dividirse. Con la disminución de la longitud del telómero se reduce también una el metabolismo celular. Se cree que este mecanismo explica el límite de Hayflick.
De manera que el telómero, al tiempo que protege la información genética, hace las veces de reloj celular de la vida. Podríamos decir a ciencia cierta que es en el mejor de los sentidos, la fuente de la eterna senectud.

La Energía Del Vacío


En 1917 Einstein dejó escapar la oportunidad de hacer la predicción del siglo: nada más y nada menos que anticipar teóricamente la expansión del universo.
En efecto, las ecuaciones de la relatividad al ser aplicadas al universo, sugerían que debía expandirse o contraerse. Era una época en la que no existían demasiadas observaciones cosmológicas y Einstein sucumbió al prejuicio milenario de un universo inmutable y estático. Modificó sus ecuaciones originales para que fueran compatibles con su prejuicio, agregándoles un término que se llamaría la constante cosmológica.
La constante cosmológica se encargaría de contrarrestar la atracción gravitacional produciendo un modelo de universo estático en equilibrio.
Una década después, en 1929, los telescopios poderosos comenzaban a mostrar evidencias contundentes de que las galaxias se alejan unas de otras en una gigantesca estampida cósmica. El universo no era estático como Einstein creía, sino en expansión como sus ecuaciones originales sugerían. Fue entonces cuando Einstein abjuró de la constante cosmológica, la estigmatizó como el mayor error de su vida y volvió a las ecuaciones originales. Ese fue el segundo mayor error de su vida. La constante cosmológica, como en la fábula del aprendiz de brujo, una vez invocada, no era fácil desaparecerla.
Corresponde a las observaciones determinar si existe o no, y cuál es su valor.
Y las observaciones llegaron. En 1998 estudiando la luz de supernovas muy distantes, dos grupos de investigadores consiguieron evidencias de que el universo no sólo se expande sino que lo hace de una manera acelerada: la expansión es cada vez más rápida.
La explicación más plausible de esta aceleración es la repulsión gravitacional producida por la constante cosmológica.
La masa asociada a la constante cosmológica representa alrededor del 70% de la masa del universo.
¿Qué forma esta “energía oscura” que controla actualmente la expansión del universo?
No lo sabemos. Sabemos que no es materia ordinaria como la que nos forma a nosotros y a las estrellas. Se le asocia con el esotérico nombre de “energía de las fluctuaciones cuánticas del vacío”, pero los cálculos teóricos y las observaciones difieren abismalmente.
La constante cosmológica, abjurada por Einstein, está en el centro de una crisis sin precedentes en la física teórica. La resolución de esta crisis clama por una adecuada comprensión de la gravedad en las más pequeñas escalas imaginables, para poder entender mejor la mayor de las escalas: el inconcebible universo.

La Flecha del Tiempo


Usted se quedaría perplejo si viera que los trozos de un vaso que se ha hecho pedazos al caer de una mesa, se juntan espontáneamente y rehacen el vaso, que luego salta a la mesa a su posición inicial, como en una película proyectada al revés. ¿Qué impide que estos y otros hechos similares se produzcan en la naturaleza?
La mano invisible que gobierna este esencial comportamiento de la naturaleza es la segunda ley de la termodinámica, una de las leyes fundamentales de la física.
Según esta ley, en la naturaleza la energía tiende a fluir espontáneamente (si no hay impedimentos), desde el sitio en que se halla concentrada, para dispersarse irreversiblemente en el medio que la rodea.
La segunda ley prohíbe los procesos en los que la energía se concentra en vez de dispersarse: como el de los trozos de vidrio ya mencionados, que concentran energía del medio para desplazarse armoniosamente, reconstruir el vaso, y elevarlo a la mesa, donde la energía se concentra en forma de energía potencial.
La tendencia natural de los sistemas ordenados y complejos es la de hacerse más simples y desordenados con el tiempo
La segunda ley fue establecida a mediados del siglo diecinueve por Rudolf Clausius y William Thompson, a partir de los trabajos de Sadi Carnot de 1822 sobre la eficiencia de las máquinas de vapor.

Rudolf Clausius introdujo en 1865 el concepto de entropía, magnitud definida de tal manera que ella siempre crece en todo proceso espontáneo que realice un sistema cerrado. De modo que decir que la energía tiende espontáneamente a esparcirse, es lo mismo que decir que la entropía tiende siempre a crecer.
La segunda ley proporciona una “flecha del tiempo”, dado que la tendencia de los procesos naturales que ella indica, impone una dirección al flujo del tiempo. La dirección positiva del tiempo está relacionada con el crecimiento de la entropía, es decir, con el flujo espontáneo de la energía de concentrada, a difundida y esparcida.
Pero ¿qué explica entonces la aparición espontánea en la naturaleza de sistemas altamente complejos y ordenados como los seres vivos? ¿No contradice esto la segunda ley de la termodinámica? Las investigaciones de las últimas décadas muestran que la naturaleza, en su afán de hacer crecer la entropía, se inclina a veces por la producción de orden, debido a que el flujo ordenado de energía produce entropía más rápidamente que el flujo desordenado.

La Evolución Aquí Y Ahora


Las ciencias biológicas dieron un vuelco crucial con la publicación en 1859 de la obra de Charles Darwin “Sobre el origen de las especies”. Una vasta cantidad de datos acumulados para entonces sobre los seres vivos comenzó a adquirir sentido, y se tambaleó la creencia en la inmutabilidad de los seres vivos y de la naturaleza en general.
Darwin observó que los organismos producen más descendencia de la que el ambiente puede soportar. Hay entonces una lucha por la existencia entre individuos de la misma especie, o con individuos de especies distintas, o con las condiciones del ambiente.
Darwin también observó que hay variación entre los individuo de una especie, y que aquella variación que resulte ventajosa para la supervivencia tiende a la preservación de ésta, y, en general, será heredada por su descendencia. Se llega así a la evolución de las especies a través de la selección natural.
La evolución biológica se desarrolla usualmente a lo largo de intervalos de tiempo enormes, de eras geológicas. Pero en algunos casos sus efectos se pueden notar en lapsos relativamente cortos.
Tal es el caso de la mariposa del abedul de Inglaterra. Entre 1848 y 1900 las mariposas de la región de Manchester, que llegó a ser una de las regiones más industrializados del mundo, cambiaron de pálidas con manchas, a oscuras.
A los troncos donde reposan las mariposas les crecen líquenes de color pálido. Las mariposas en esos lugares son también, en su inmensa mayoría, pálidas. Cuando la contaminación industrial mata los líquenes y expone los troncos oscuros de los árboles, las mariposas son, salvo excepciones, de color oscuro.
El mecanismo de selección natural lo proporcionan los predadores, los pájaros, que divisan más fácilmente sus presas si su color destaca en el tronco donde se posan. Fue así como las mariposas oscuras, producidas por mutaciones aleatorias, se adaptaron mejor a los cambios del ambiente, y fueron favorecidas por la selección natural.
A pesar de que los hechos observados la confirman de manera extraordinaria, la Teoría de la Evolución ha encontrado resistencia entre los partidarios del creacionismo, apegados a una interpretación literal del Génesis de la Biblia. La evolución es la única teoría científica que ha llegado a la Corte Suprema de los Estados Unidos y ha vuelto a ser noticia recientemente cuando un juez de Pensilvania declaró inconstitucional la enseñanza del llamado “diseño inteligente”, una versión del creacionismo con apariencia científica.

Un Fractal En El Camino


¿Alguna vez te has topado en tu camino con un fractal? Probablemente sí, son más comunes de lo pensamos.
Estamos familiarizados con las formas regulares: las rectas, los cuadrados, los cubos, las esferas y otras formas geométricas, aunque en realidad no veamos muchas en la naturaleza.
Sin embargo estamos continuamente en contacto con formas irregulares, las piedras, las montañas, los árboles, las hojas y las flores de los árboles, las costas y las nubes.
Como los científicos siempre andan buscando normas y patrones, allí donde la Naturaleza se nos presenta con su infinita diversidad de formas y colores, en 1975, Mandelbrot acuño la palabra “fractal” para explicar algunas de estas formas irregulares.
Cuando vemos el cielo nublado, vemos muchas nubes, pero si nos concentramos en una sola, vemos que está formada por otras pequeñas nubes, que a su vez están formadas por otras pequeñitas nubes y así sucesivamente. Cada nube pequeñita es una nube como la grande, aunque no es idéntica tiene sus mismas características. Si observamos un árbol, cada rama es como el árbol y de ella crecen otras ramas más pequeñas que se parecen a ella. En un pedazo de roca observamos las irregularidades de la montaña de donde se desprendió. Cada fragmento es una réplica en miniatura del todo. Esta propiedad se llama autosimilitud. Los objetos que tienen esta propiedad se llaman fractales.
Cada una de las formas geométricas regulares también es un fractal. Un segmento está formado por segmentos más pequeños, idénticos a él. Lo mismo es cierto para un cuadrado y un cubo. La relación que hay entre el número de réplicas que se necesitan para construir un objeto igual pero de mayor tamaño permite definir una noción de dimensión. Esta nueva noción de dimensión se conoce como “dimensión de Hausdorff”. En el caso de formas regulares, es la noción que tenemos de dimensión euclídea: la dimensión de Hausdorff de una recta es uno, la de un cuadrado es dos, la de un cubo o una esfera es tres.
Sin embargo, cuando calculamos la dimensión de Hausdorff de objetos fractales irregulares obtenemos dimensiones fraccionarias, es decir, objetos que tienen dimensión un medio, tres cuartos o dos quintos. Las costas, las curvas que dibujan las orillas del océano en los continentes, tienen dimensión que varía entre 1,15 y 1,25.
Es más fácil toparse en el camino con un árbol de dimensión de Haussdorf 2,7 que con un objeto regular de dimensión entera.

Soluciones Naturales


¿Qué podemos aprender de una abeja, un delfín o un murciélago?
La naturaleza puede ser una poderosa guía para resolver problemas de diseño e ingeniería. Como se enseña en fisiología comparada, cada animal debe resolver un problema particular para sobrevivir; de manera que cada animal es un diseño de solución para un problema determinado. La copia consciente de mecanismos de organismos naturales trata a la naturaleza como una base de datos de soluciones que funcionan.
La naturaleza atesora soluciones tecnológicas producto de millones de años de experimentos evolutivos. Si tuviéramos la fortuna de encontrar en ella algo cercano a lo que buscamos para la solución de un determinado problema, es muy poco probable que podamos hacerlo mejor; la presión evolutiva fuerza los sistemas naturales a hacerse altamente optimizados y eficientes.
Este es el principio guía de la biomimética o biónica, que busca aplicar los métodos y sistemas hallados en la naturaleza al estudio y diseño de soluciones tecnológicas. Los investigadores de esta área piensan que los sistemas biológicos pueden inspirar soluciones eficientes, prácticas y sostenibles de problemas tecnológicos, y que tienen por lo tanto el potencial de incrementar enormemente las nuevas tecnologías, los nuevos materiales y los procesos.
Ejemplos clásicos en biónica son el desarrollo de la pintura repelente del sucio y el agua, basado en la propiedad de la superficie de la flor de loto de repeler prácticamente cualquier sustancia que se le adhiera; el hule para botes, que imita la gruesa piel del delfín; el sonar, el radar y la ecosonografía de ultrasonido, que imitan la ecolocalización de los murciélagos; las neuronas artificiales y las redes neurales artificiales usadas en computación.
En la actualidad existen numerosas realizaciones y proyectos de investigación biomimética en áreas tales como la de biosensores, el diseño de materiales, los artefactos de locomoción y la organización de sistemas. Se desarrollan: una retina auditiva basada en el oído de los peces; técnicas de optimización de almacenamiento de información en sistemas informáticos basadas en las estrategias de almacenamiento de las abejas; o el uso de los principios de control neuromecánico de los animales para el diseño de prótesis y robots, entre muchas otras.
A pesar de los avances, queda todavía mucho por aprender de la naturaleza. Juliant Vincent, profesor de biomimética de la Universidad de Bath, Inglaterra, estima que en la actualidad apenas un diez por ciento de los mecanismos utilizados por la tecnología provienen de la biología.

Richard Feynman O El Placer De Descubrir


Hay científicos que no tienen el impacto publicitario de Darwin, Newton o Einstein, pero que, por la originalidad de sus ideas, merecerían estar en el panteón de los grandes de todos los tiempos. A esta estirpe de científico pertenece Richard Feynman.
Nacido en Nueva York en 1918, fue sin duda el físico más brillante de su generación. A sus escasos 24 años ya se desempeñaba como jefe de la sección de física teórica del Proyecto Manhatan, que desarrollaba la bomba atómica.
Irreverente e ingenioso, solía exasperar a los militares burlando los códigos de seguridad del servicio secreto.
Finalizada la guerra, en las universidades de Cornell y de California mostró sus dotes de profesor excepcional y conferencista inspirado. Feynman fue llamado el gran explicador. Tenía la virtud de hacer que lo dificultoso resultara sencillo. Generaciones de físicos se educaron con los tres tomos de sus Lecciones de Física. Original como pocos, mantenía que: “si no lo puedo crear, no lo entiendo”.
Hizo contribuciones en muchas áreas de la física, como la gravitación, la física estadística, la materia condensada, la física nuclear y, sobre todo, la interacción entre la luz y los electrones. Sus aportes en esta área, técnicamente conocida como electrodinámica cuántica, le hicieron merecedor del premio Nobel en 1965. Divulgador de lujo, escribió libros para el gran público, como La extraña historia de la luz y la materia o El carácter de las leyes de la física.
Supo vislumbrar lo que habría de ser la nanotecnología, es decir, la manipulación de objetos a pequeñísimas escalas, en una famosa conferencia en 1959 cuando se preguntó “¿Por qué no podemos escribir la Enciclopedia Británica en la punta de un alfiler?
Sus reflexiones acerca del futuro de las computadoras lo llevaron a ser uno de los visionarios de la computación cuántica.
Miembro de la comisión que investigó las razones del desastre del transbordador espacial Challenger en 1986, expuso brillantemente sus conclusiones que dejaron mal parada a la NASA.
De carácter extrovertido y exuberante, aprendió a tocar bongó, desfiló en escuelas de samba en Brasil y la vida nocturna no le fue desconocida.
Toda una vida dedicada a la pasión de descubrir, al irrespeto por el dogma y a la aceptación de la ignorancia finalizó cuando el cáncer apareció por segunda vez; entonces dijo “morir dos veces es demasiado aburrido”.
Richard Feynman murió en 1988.

Lo Simple Y Lo Complejo


Una anécdota corriente entre los físicos relata la historia de un colega contratado por una empresa productora de leche, interesada en mejorar su producción. Al año de trabajo, muestra los resultados a los directivos: “Sea una vaca esférica, de radio R y masa M distribuida uniformemente, que ingiere gamelote a una tasa constante G....
Risible o no, la anécdota ilustra la práctica usual de la física: simplificar una parte del mundo, despojándolo de lo accesorio y quedándose con lo fundamental. Fue lo que hizo Newton cuando simplificó al Sol al estudiar las órbitas planetarias, considerándolo un punto de masa M, sin importarle de qué está hecho. El éxito de las ciencias demuestra que es posible conocer algo sin necesidad de conocer todo. Que con ingenio podemos entender que toda la diversidad y complejidad que atestiguamos, provienen de regularidades y leyes que el mundo físico obedece.
La naturaleza nos propone un juego que no es tan elemental como el juego infantil de la vieja, ni tan complicado como para no poder averiguar sus reglas. Una imagen más justa sería la de un observador de una partida de ajedrez. Al cabo del tiempo advierte patrones, regularidades: el caballo siempre se mueve en L, el alfil en diagonal... y finalmente descubre que la casi infinita y compleja variedad de jugadas están codificadas en unas cuantas leyes simples.
¿Es realmente simple el universo? Si se le pregunta a un físico que se ocupa de las leyes básicas, la respuesta será: sí, la naturaleza es simple. Sin embargo, si se le pregunta a un meteorólogo, o a un zoólogo, la respuesta será negativa. La simplicidad o complejidad de la realidad depende de dónde se ponga el énfasis, si en las leyes básicas o en los resultados de estas leyes.
Además, la naturaleza responde muy sensiblemente a la temperatura: a mayor temperatura mayor simplicidad. Cuando un sistema se enfría, ocurren cambios que hacen al sistema más complejo.
Las estrellas son más simples por su elevada temperatura: entendemos mejor a una estrella que al clima. El universo hace miles de millones de años, fue muy caliente y muy uniforme… y por lo tanto muy simple. Tal vez sepamos más del temprano universo que de las fluctuantes economías latinoamericanas.
Entender el paso de la simplicidad a la complejidad es importante para lograr una mayor comprensión de nosotros mismos y de nuestra relación con el resto del universo.

Louis Pasteur O De Cómo El Vino, La Cerveza Y El Gusano De Seda Salvaron A La Humanidad


Estamos en el siglo XIX, el vino, la cerveza y la leche se agrian, la industria de la seda está a punto de sucumbir a causa de una terrible enfermedad que esta acabando con el gusano que la produce. Peor aún, las personas se mueren de enfermedades como la rabia, el cólera, la tuberculosis, la difteria, la septicemia…
La teoría de la generación espontánea es el paradigma que domina las ciencias naturales. Se cree que algunos seres vivos nacen espontáneamente.
Es en este ambiente que Louis Pasteur formula y demuestra experimentalmente la teoría de los micro-organismos y la enfermedad.
Pasteur demuestra que la producción de alcohol en la fermentación se debe a las levaduras y que la indeseable producción de sustancias que agrian el vino se debe a la presencia de organismos como las bacterias. Descubre que elevando la temperatura las bacterias pueden ser eliminadas evitando así la descomposición de las bebidas. Este método se utiliza hoy en día y se conoce como “pasteurización”.
Convencido de la presencia de microorganismos en la naturaleza, Pasteur realiza una serie de experimentos para comprender la procedencia de estos gérmenes. Concluye que se encuentran en el aire y penetran a otras sustancias desde su entorno. Refuta definitivamente la teoría de la generación espontánea.
Pasteur demostró que la enfermedad de los gusanos de seda, conocida como pebrina, era producida por un micro-organismo que se contagiaba y se heredaba entre las mariposas. Resolvió el problema aislando los huevos sanos, lo que permitió erradicar la epidemia. La industria de la seda se salvó del desastre.
Los trabajos de Pasteur sobre la fermentación y la generación espontánea tuvieron importantes consecuencias para la medicina, ya que el origen y evolución de las enfermedades eran análogos a los del proceso de fermentación. Pasteur probó que la enfermedad surge por el ataque de gérmenes procedentes del exterior del organismo, del mismo modo que los microorganismos no deseados invaden la leche y causan su fermentación. Este concepto, llamado teoría microbiana de la enfermedad, permitió crear vacunas contra algunas enfermedades en humanos y animales y dio origen a la medicina moderna.
Pasteur murió el 28 de septiembre de 1895, sus funerales se celebraron en la catedral de Nuestra Señora de Paris y su cuerpo fue inhumado en una cripta en el instituto que lleva su nombre.

Midiendo La Realidad


Una de las estrategias que hacen exitosa a la ciencia, es la de otorgarle valores numéricos a la realidad. Para eso es necesario medir y calcular. La medición supone la comparación directa con un referente. El cálculo permite a partir de algunas mediciones, y algo de matemáticas, obtener el valor numérico de otra cantidad. El gran Galileo comprendió profundamente el papel de las mediciones cuando afirmó: “mide todo lo que puedas, y lo que no puedas, hazlo medible”.
Aprendimos a medir y a calcular longitudes y distancias, tan pequeñas como billonésimas de centímetro o tan grandes como millones de años luz. Midiendo el tamaño de la sombra de varillas verticales en distintas ciudades, los griegos supieron calcular el radio de nuestro planeta.
Aprendimos a medir el tiempo con enorme precisión, desde lapsos tan cortos como el de vida de una partícula elemental inestable, o tan largos como la edad del universo. La medición de los períodos de los planetas fue fundamental para establecer la ley de gravitación universal.
Aprendimos a pesar los objetos y a conocer sus masas, desde los muy livianos como el electrón hasta los muy pesados como una estrella o una galaxia.
Aprendimos a calcular velocidades de objetos cayendo cerca de la superficie de la Tierra o de planetas alrededor del sol; las velocidades con las que se alejan las galaxias o con que se propaga la luz, la mayor velocidad posible.
Aprendimos a medir y a calcular temperaturas enormes o muy bajas, y densidades pequeñas o descomunales como las de una estrella de neutrones.
Supimos cómo medir aceleraciones y fuerzas entre electrones y protones, o entre planetas y el sol.
Aprendimos a medir constantes fundamentales como la carga del electrón, la masa del protón, la constante gravitacional o la constante de Planck.
A través de las mediciones podemos establecer correlaciones y descubrir regularidades, patrones de comportamiento, que codificamos en forma de leyes, ecuaciones, modelos y teorías. Las mediciones sin teoría son manía de coleccionista. La teoría sin mediciones es religión.
A su vez, las leyes nos permiten construir aparatos y sistemas de medición más sofisticados con los que escrutaremos con más precisión al mundo físico.
Una ciencia madura mezcla adecuadamente datos experimentales u observacionales, conceptos y leyes en teorías bien organizadas.
Únicamente midiendo, intuyendo leyes, calculando y volviendo a medir, ha logrado la humanidad a ciencia cierta ir poco a poco reconstruyendo el formidable crucigrama del universo.

Las Mujeres Estrella Y El Catálogo De Draper


Henry Draper fue un médico aficionado a la astronomía. Tuvo el desatino de morir a los 45 años de pulmonía cuando, habiendo dejado su profesión, se disponía a realizar su sueño: clasificar las estrellas en un catálogo. Su viuda donó sus instrumentos de astronomía y una suma importante de dinero al Observatorio de Harvard, con la intención de llevar a cabo el proyecto de su marido. Edgard Pickering, en ese entonces director del Observatorio, aceptó el reto.
El catálogo de Henry Draper es una lista de las posiciones, magnitudes y espectros de estrellas de la totalidad del cielo. Con él se inició el sistema alfabético actual de clasificación espectral de las estrellas.
Su versión preliminar, publicada 1890, contenía 10.000 estrellas. Las secciones posteriores, publicadas de 1918 a 1924, incluyeron más de 220 mil estrellas. Las extensiones posteriores han elevado el número de estrellas incluidas a 400.000. Para estrellas entre la magnitud 7 y 10 aún continua siendo el más completo catalogo existente en cuanto a información espectral.
El método disponible en esa época consistía en fotografiar los espectros que se obtenían después de encajar un prisma a las lentes del telescopio, y analizarlos visualmente. Semejante tarea requería de una mano de obra importante. Con un presupuesto limitado era imposible contratar a todo el personal que se requería para tamaña empresa. Pickering ofreció el trabajo a mujeres, quienes aceptaban hacerlo por unos pocos dólares a la semana. Las mujeres que hicieron el catálogo eran llamadas las “computadoras” y hasta se usó la medida “hora-mujer” para cuantificar el costo del laborioso trabajo. Algunas tareas llevaban varios “kilo-horas-mujer”.
Podemos imaginar que este tedioso trabajo interesaba a las mujeres por la necesidad del dinero que recibían, aunque fuese menos de lo que pagaban a los hombres. Sin embargo algunas de estas mujeres tuvieron un genuino interés por la astronomía y terminaron dedicando sus vidas a esta disciplina. Algunas de ellas hicieron importantes descubrimientos y aportes que a la comunidad científica no le quedó más remedio que reconocer. Son conocidas: Henriet Leavitt, Annie Jump Cannon, Antonia Maury y Williamina Paton. Esta última trabajaba como doméstica en la casa de Pickering y con su ayuda culminó los estudios de astronomía.
Sólo con la paciencia y la dedicación de estas mujeres-estrella fue posible llevar a cabo la colosal empresa de clasificar las estrellas del firmamento.

Un Mundo Raro


Los físicos nos informan que la materia se comporta como ondas y como partículas, altas concentraciones de materia crean un espacio-tiempo curvo, la naturaleza es intrínsecamente probabilista, la velocidad de la luz no depende del estado de movimiento de quien la mida, el universo se expande como consecuencia de un origen violento que llamamos big bang.
Estos y muchos otros resultados nos resultan incómodos, nuestra imaginación luce inapropiada para entender esos fenómenos. Ellos desafían abiertamente nuestra intuición. Por eso la física ha sido acusada de ser una disciplina demasiado abstracta y que usa técnicas matemáticas muy sofisticadas. Pero veamos la cuestión con más detenimiento.
Lo que llamamos intuición o sentido común, es el resultado de un arduo proceso de evolución durante cientos de millones de años en un ambiente particular. Somos muchísimos más grandes que los electrones y los átomos, pero ínfimos comparados con las estrellas. Las velocidades a las que estamos acostumbrados, son incomparablemente menores que la velocidad de la luz. Podemos percibir con nuestros sentidos tiempos de algunos años o décimas de segundo, pero no tenemos intuición de millonésimas de segundo o millones de años. El campo gravitacional de nuestro planeta es muy débil.
En resumen, evolucionamos en un mundo mediano, tal vez porque la complejidad que llamamos vida, no puede aparecer en condiciones extremas.
Cuando el avance científico nos permite acceder a escalas alejadas de nuestra experiencia cotidiana, es lógico que el mundo nos luzca desconcertante, raro. Y las leyes que lo describen parecen violar nuestra intuición. Por eso nos parece extraño que un reloj en movimiento atrase su ritmo o que la geometría no sea euclidiana donde hay campos gravitacionales intensos. Nuestra intuición no está preparada para esas condiciones.
La gran pregunta es: ¿A quién deben satisfacer las teorías y leyes que diseñamos para entender mejor al universo? ¿A los experimentos y observaciones? o ¿A nuestra intuición que suele ser provinciana? La respuesta es obvia. La física ha retado en muchas ocasiones a lo que nos parece razonable. Y ha tenido razón.
La física es abstracta y usa matemáticas altamente sofisticadas porque ese es el precio que tenemos que pagar para adentrarnos en mundos raros.
Es un mérito y un elogio a la inteligencia de la humanidad, lograr conocer las intimidades del mundo, en condiciones extremas, en donde las cosas no son como presumimos y cuando el sentido común se quiebra y la intuición no resulta buena consejera.

Nicolás Bourbaki: Un Matemático Policéfalo


A finales de los años treinta, la revista de la Academia de Ciencias de Paris publicó una nota de matemática firmado por Nicolás Bourbaki, miembro de la Real Academia de Poldevia. Poldevia no existía, ¿se trataba de una broma? ¿Quién era entonces Nicolás Bourbaki?
Su nombre es griego, su nacionalidad francesa y su historia es curiosa. Es uno de los matemáticos más influyentes del siglo XX. Existen muchas leyendas acerca de él, y cada día hay más. Casi todos los matemáticos conocen sus historias y probablemente han inventado también alguna. Sus trabajos se leen y se citan extensamente en todo el mundo. Existen jóvenes en Río de Janeiro cuya educación matemática ha sido basada casi enteramente en sus trabajos y existen famosos matemáticos en Berkeley y en Göttingen que piensan que su influencia es perniciosa. Tiene partidarios fervientes y detractores vociferantes en la comunidad matemática. El hecho más extraño sobre él, sin embargo, es que no existe.
Así escribió el matemático Paul Halmos en 1957.
En un café de Paris, cerca de la Sorbona, un grupo de jóvenes matemáticos, irreverentes y brillantes, graduados en la Escuela Normal Superior discuten la posibilidad de escribir un nuevo texto de Análisis Matemático.
De estas reuniones surge el ambicioso proyecto de escribir toda la matemática de una manera rigurosa y precisa, ya que han concluido que todo lo escrito está en cuestión.
Se deciden por un trabajo colectivo firmado con el seudónimo de Nicolás Bourbaki.
La Segunda Guerra Mundial interrumpe su labor, algunos de sus miembros parten al frente, otros al extranjero.
El grupo Bourbaki reaparece al final de la guerra y se vuelve un grupo de trabajo constante. Hacen reuniones anuales en lugares agradables y rociadas de abundante vino. La condición es ser menor de 50 años de edad y no hay ninguna regla para la discusión.
El resultado es 20 volúmenes donde son desarrollados minuciosamente distintas áreas de la matemática. No es precisamente la pedagogía lo que los motiva, no hay un solo gráfico en toda la obra. Es sobre todo el rigor: una muestra de esto es su definición del número “1”. Dedican casi doscientas páginas a la preparación de la definición misma.
Nicolás Bourbaki existió, como matemático de varios cerebros, no siempre los mismos, pero siempre jóvenes, siempre brillantes. Una ingeniosa burla que engrandeció a la matemática universal.

23/11/07

La Naturaleza, Magnífica Chapucera



Una orquídea, la Epipactus de las marismas utiliza su pétalo más grande, llamado labelo, a modo de trampa. El labelo configura una suerte de pista de aterrizaje. Un insecto que se posa sobre la pista la hace descender, se abre así el acceso a la suculenta copa de néctar. El insecto penetra hasta la copa y el pétalo regresa a su posición original, cerrando la salida y atrapándolo dentro de la copa de néctar. El insecto retrocede a lo largo de la única salida posible: un sendero que lo obliga a rozarse contra la masa de polen. La notable máquina natural cumple su función.
Charles Darwin nos muestra con otros ejemplos cómo el mismo labelo evoluciona en otras variedades de orquídeas para formar una serie de ingeniosos mecanismos que garantizan la fecundación cruzada. Pueden formar plegamientos, contener acanaladuras o formar túneles. Los diversos colores y aromas también tienen el mismo fin.
Darwin, en su libro titulado “Sobre los diversos mecanismos por los que las orquídeas británicas y extranjeras son fertilizadas por insectos”, parte de una importante premisa: “la auto fertilización continuada es una mala estrategia para la supervivencia a largo plazo, ya que la descendencia lleva los genes de un solo pariente, y las poblaciones no mantienen la suficiente variación para disponer de una flexibilidad evolutiva frente al cambio ambiental. Así pues, las plantas con flores que tienen tanto órganos sexuales femeninos como masculinos, desarrollan habitualmente una asombrosa variedad de artilugios para atraer a los insectos, asegurarse de que el adherente polen se pegue a sus visitantes y garantizar que éste entre en contacto con los órganos sexuales femeninos de la siguiente orquídea que sea visitada por el insecto”.
Las orquídeas elaboran sus intrincados dispositivos evolucionando a partir de los componentes comunes de las flores vulgares, partes que cumplen generalmente otras funciones. Las hermosas orquídeas no son obra de una ingeniería ideal; son ajustes provisionales hechos a partir de un juego limitado de piezas disponibles.
La evolución no lleva necesariamente a soluciones óptimas. En palabras de Darwin: “toda una prodigalidad de recursos para llegar a un mismo fin, a saber, la fecundación de una flor por el polen de otra planta”.
La naturaleza es, en palabras del biólogo François Jacob, “una magnífica chapucera, no un divino artífice”.

Mito, Religión y Ciencia


Sur América, Siglo XIV:
La mitología Guaraní advierte que en un tiempo indeterminado del pasado el Dios Supremo, Ñamandú hace surgir su propio cuerpo en medio de un resplandor, a partir del caos originario. Luego crea a los cuatro dioses: Ñamandú, dueño de las palabras; Karaí, dueño del fuego solar; Jakairá, dueño de las tinieblas, y Tupá, dueño del agua y del relámpago. Ellos lo ayudarán a comenzar el universo.
Irlanda. Año 1611:
La voz clara e inteligible del Arzobispo James Ussher resonó cóncavamente al anunciar que el universo tuvo su comienzo el jueves 26 de octubre del año 4004 A.C. a las nueve de la mañana. A una impertinente pregunta acerca de la ocupación de Dios en los momentos previos a la creación, la voz atronadora de Ussher dio a entender que Dios creaba los infiernos para los que formulaban esas preguntas.
Años dos mil y tantos:
Los científicos nos informan que nuestro universo tuvo su comienzo en un evento singular del cual emergió toda la materia, radiación, y el propio espacio y el tiempo, hace 13,7 millardos de años. Es el big-bang, el más violento parto del que se tenga noticia. En sus primerísimos inicios la materia y la radiación compactada a enormes presiones y temperaturas descomunales se expandía con violencia. Se fraguaron los constituyentes de los núcleos atómicos y a medida que el universo se enfriaba debido a la expansión, los procesos se fueron haciendo menos energéticos. Aparecieron los protones y neutrones, luego los núcleos de helio. Cuando transcurrieron unos 300.000 años se formaron los átomos. La materia, libre del efecto perturbador de la radiación comenzó a aglomerarse por atracción gravitacional y a formar estructuras más complejas como estrellas y galaxias. En los centros de las estrellas el hidrógeno originado en el big-bang se convierte en combustible nuclear donde se cocinarán lentamente, durante miles de millones de años, núcleos más pesados. Cada átomo de oxígeno, nitrógeno o hierro del universo ha sido fabricado en las estrellas. Alrededor de una de esas estrellas, en uno de sus planetas, en un ambiente hospitalario, los átomos formaron moléculas complejas que dieron lugar a vida que eventualmente intentaría reconstruir toda la historia creando mitos, religiones y ciencias.
Cada uno de ellos, a su modo es un esfuerzo por entendernos a nosotros mismos y nuestro lugar en el universo, y no morir en el intento.

Partículas Fantasmagóricas: Los Neutrinos


¿Puedes imaginar que mientras oyes este programa, diez mil billones de partículas provenientes del sol, atraviesan impunemente tu cuerpo?
Son los neutrinos, una de las partículas elementales prima hermana del electrón.
El neutrino fue primero una hipótesis. Wolfgang Pauli conjeturó su existencia en 1930 para que no se violara la ley de conservación de la energía en el proceso de desintegración de los neutrones. La hipotética partícula no podía tener carga eléctrica y sólo era afectada por una fuerza subatómica de corto alcance y extraordinariamente débil.
Precisamente por eso fue tan difícil detectar neutrinos. Ellos pueden atravesar grandes cantidades de materia sin verse afectados por ella. Fue tan sólo en 1956 cuando los presuntos neutrinos fueron detectados experimentalmente por primera vez.
Hoy sabemos que hay tres tipos diferentes de neutrinos, el neutrino del electrón, el del tau y el del muón. Además hay fuertes evidencias de que no hay sino estas tres clases.
Las reacciones nucleares responsables del brillo del sol, generan, además de helio y radiación, un abundante flujo de neutrinos que viajan desde el interior del sol sin ninguna interferencia. En modernos detectores como Superkamiokande, en Japón, se comenzaron a detectar los neutrinos provenientes del sol. Las observaciones mostraban apenas un tercio de los neutrinos que debían llegar de acuerdo con los modelos del sol. El conflicto se resolvió al advertir que si los neutrinos tienen masa, pueden cambiar de clase mientras viajan del sol hasta la tierra. Antes se pensaba que los neutrinos, al igual que los fotones, no tenían masa. La evidencia de que los neutrinos tienen masa obliga a profundos cambios en nuestra comprensión de las partículas elementales.
Por otra parte surgió la posibilidad de que los neutrinos pudieran ser la materia oscura tan invocada por los astrofísicos para explicar muchas observaciones. Pero el neutrino es demasiado liviano; su masa, unas doscientas mil veces menor que la del electrón, lo invalidan como candidato a materia oscura del universo.
Los neutrinos juegan un papel fundamental en las explosiones de las supernovas: son ellos los que expulsan el material de la estrella, contribuyendo a dispersar elementos pesados al medio interestelar. En la supernova 1987A se detectó la cantidad esperada de neutrinos, corroborando los modelos de explosiones estelares.
Te atraviesan impunemente los neutrinos. Partículas extrañas en el mundo cotidiano, pero imprescindibles en trance de comprender el mundo físico y sus intimidades.

La Noche Oscura Y La Paradoja De Olbers


¿Qué afirmación puede ser más evidente que decir que la noche es oscura? Y sin embargo, tras la inocencia de esa frase se esconde una verdad de profundas consecuencias cosmológicas.
Ya Kepler en 1610 había notado que si el número de estrella es ilimitado, en cualquier dirección que miremos debíamos toparnos con alguna, y por tanto el cielo nocturno debería de ser brillante.
La observación de Kepler fue advertida por el astrónomo Halley en la época de Newton, y más tarde, en el siglo XIX, discutida de manera muy precisa por Olbers. Desde entonces se le conoce como la Paradoja de Olbers.
Si suponemos que el universo en infinito, estático, y uniformemente poblado de estrellas que han existido eternamente, entonces resulta que la luz de todas ellas iluminaría intensamente cualquier punto del espacio. De la misma manera como en un bosque extenso, en cualquier dirección que miremos siempre nos encontraremos con el tronco de un árbol, en un universo así, en cualquier dirección siempre encontraremos una estrella, por muy alejada que esté. La bóveda celeste sería insoportablemente brillante, con una temperatura de unos 6000 grados, como la superficie del sol.
Naturalmente, esto no ocurre así. De allí el carácter paradójico de la observación. La lógica del universo newtoniano conduce a una contradicción con los hechos difícil de resolver.
Una o varias de las suposiciones hechas tiene que ser falsa.
Ocurre que las estrellas no han existido desde siempre: la suposición de que las estrellas han existido eternamente, es falsa. De acuerdo con la cosmología actual, las primeras estrellas se formaron unos 400 millones de años después del big bang, hace unos 13 mil millones de años. La luz de las estrellas muy distantes aún no ha tenido tiempo suficiente para llegar a nosotros. El universo puede ser infinito, pero el universo observable tiene un tamaño finito. El cielo nocturno es oscuro porque nos llega la luz tan sólo de un número limitado de estrellas, y esto es así porque estrellas y galaxias no han existido por siempre. Asombrosamente una explicación en estos términos fue hecha por el escritor inglés Edgar Allan Poe en su poema Eureka.
La ciencia recorre caminos curiosos. La inocente observación de la noche oscura nos estaba revelando la respuesta a una pregunta que no estábamos formulando. La noche oscura nos hablaba del big bang y no lo sabíamos.

Nuestro Inquieto Planeta



Surgen cadenas de montañas; los volcanes expulsan con violencia su lava; los mares avanzan y retroceden; los sismos estremecen los suelos.
¿Por qué esta inquietud del planeta? ¿Cómo explicar la incesante actividad que despliega la Tierra?
La respuesta a estas preguntas esenciales comenzó a perfilarse en el siglo XVII cuando se observó que la costa occidental de África y la costa oriental de la América del Sur encajan una en la otra casi perfectamente.
En 1912, el meteorólogo alemán Alfred Wegener observó que existe además coincidencia de los contornos geológicos de una y otra costa, la misma secuencia de rocas antiguas y fauna y flora fósiles idénticas. Esto lo llevó a formular la hipótesis del desplazamiento de los continentes.
Pero su teoría fue rechazada por no lograr explicar a qué se debía ese desplazamiento. 50 años después, del estudio del fondo marino surgió la clave. Inmensas cadenas volcánicas atraviesan los fondos marinos, que resultaron tener apenas 200 millones de años, cuando la edad de la Tierra es de unos 4 mil quinientos millones de años. Se hallaron además fosas o zonas en las que las rocas del suelo oceánico se sumergen.
En 1962 Harry Hess, geólogo norteamericano, ofreció una primera explicación: La convección térmica mantiene el manto terrestre en permanente circulación entre el núcleo terrestre, muy caliente debido a la radioactividad allí existente, y la superficie fría. La materia caliente sube desde las profundidades hasta las cadenas volcánicas oceánicas y se desplaza a ambos lados de ellas, formando el nuevo suelo marino. Este suelo se enfría y se hunde de nuevo en el manto, al alcanzar las fosas que bordean ciertos continentes. De aquí surge la moderna teoría de las placas tectónicas según la cual, la capa superficial de la tierra, la litosfera, la forman grandes costras casi indeformables, de unos cien kilómetros de espesor, que encajan unas en las otras como en un rompecabezas. Esas placas flotan sobre un sustrato viscoso, y se desplazan entre ellas algunos centímetros por año, unas veces separándose, otras colisionando o deslizándose unas contra otras, dando lugar a fenómenos como la subducción o el surgimiento de cadenas montañosas como Los Andes, Los Alpes y Los Himalayas.
La teoría de las placas tectónicas revolucionó las ciencias de la Tierra y proporcionó un cuadro unificador que permite explicar, desde la acumulación de terremotos en ciertas regiones, hasta la evolución del planeta desde su formación hasta nuestros días.

Un Número De Oro


¿Qué tienen en común: la espiral de un caracol, una flor, una piña, la Monalisa de Leonardo Da Vinci, las pirámides de Egipto, una sonata de Mozart y una estrella de cinco picos?
La respuesta es “el número de oro”.
El número de oro vale exactamente la mitad de uno mas la raíz cuadrada de cinco y es un número irracional, es decir, que tiene infinitos decimales que no pueden predecirse. Es aproximadamente igual a 1,61803… Se le denota con la letra Phi del alfabeto griego y hay varias maneras de construirlo.
Tomemos un segmento de cualquier longitud y lo dividimos en otros dos segmentos, pero de tal manera que la división de la longitud del segmento completo entre la longitud del segmento mayor sea igual a la división del segmento mayor entre el segmento menor. Es decir, queremos que los dos nuevos segmentos estén en “proporción áurea”. Obtenemos entonces que el cociente de las longitudes de los dos nuevos segmentos, la mayor entre la menor, es igual al número de oro.
También podemos comenzar haciendo una lista de números: comenzamos con el 0 y el 1; el siguiente se construye sumando los dos anteriores. Obtenemos así la sucesión: 0, 1, 1, 2, 3, 5, 8, 13,.. y así sucesivamente. Esta lista se conoce como la sucesión de Fibonacci, en honor al matemático italiano Leonardo de Pisa que la estudió en el siglo XIII. Lo mágico de la sucesión de Fibonacci es que el cociente de dos números consecutivos, (siempre el mayor entre el menor) se aproxima al número de oro.
El número de oro aparece en la naturaleza asociado a la armonía, a la simetría y a la belleza. Las distancias entre las espirales de un caracol, la disposición de los pétalos de una flor, la disposición de las hojas alrededor de un tallo, las distancias entre las espirales de una piña, están en relación áurea. Por esta razón fascinó a músicos, pintores y arquitectos.
Las dimensiones de las pirámides de Egipto están en proporción áurea. Los cuadros del Renacimientos están plasmados en lienzos que están en relación áurea. También composiciones musicales de Mozart, Beethoven, Schubert y Debussy.
Las dimensiones del cuerpo y el rostro humano, considerado “perfecto” mantienen proporciones áureas, y por esta razón Da Vinci y otros pintores las usaron en sus retratos. El rostro de la Monalisa, o el cuerpo del Emigrante, mantienen éstas proporciones.
El astrónomo Johannes Kepler descubridor de la naturaleza elíptica de las órbitas de los planetas alrededor del Sol, creyente como era, dijo refiriéndose a la divina proporción: "no cabe duda de que Dios es un gran matemático".

Oh Sole Mío


La energía solar aparece como la gran esperanza de la civilización una vez que se agoten el carbón y el petróleo. Es tecnológicamente posible y relativamente económico, a través de paneles solares, convertir la energía solar en electricidad. Es de hecho utilizada en regiones donde otras fuentes de energía son de difícil acceso.
Sin embargo, para sustituir todas las fuentes de energía actuales por energía solar serían necesarias alrededor de un millón de kilómetros cuadrados de paneles solares, lo que equivale más o menos a la superficie de Venezuela.
Pero, para ser justos, todas nuestras fuentes de energía actuales, con excepción de la energía nuclear, provienen del sol.
Las energías fósiles: el carbón, el gas natural y el petróleo son los restos de plantas y animales que vivieron hace millones de años. Toda forma de vida sobre la Tierra se debe al sol y en consecuencia también la energía que obtenemos de los fósiles.
Las centrales hidráulicas recuperan la energía gravitacional del agua en movimiento. Los generadores convierten la energía gravitacional del agua en energía eléctrica que es transportada por hilos de cobre hasta nuestros hogares.
¿Pero que tiene que ver el sol con todo este proceso?
El calor del sol evapora el agua de los océanos, que es empujada por los vientos, que forman las nubes, y que finalmente cae en forma de lluvia o nieve formando ríos y cascadas.
Pero también la energía eólica proviene del sol. Sí, los vientos también son responsabilidad del sol. Los rayos del sol calientan la superficie de la Tierra, un poco por aquí, un poco por allá, en función de las estaciones, la latitud, las nubes y otros factores. Esto produce masas de aire a diferentes temperaturas en la superficie del globo terrestre. Las masas de aire caliente suben y las de aire frío bajan para reemplazarlas, el aire circula produciendo los vientos.
La propia energía nuclear del sol, la obtenida de la fusión nuclear que se produce en su núcleo, se traduce en luz y calor para nosotros, y todas nuestras fuentes de energía actuales provienen de esa luz y ese calor. Ellas son entonces energía solar, en el estricto sentido del término.
O sole mio, quiero que vivas
en todas mis canciones, mientras yo viva
cantaré por ti.

Escribió Eduardo di Capua y cantó Carusso, y con razón porque el sol es nuestro pasado, nuestro presente y nuestro futuro.

La Paradoja De Los Gemelos


Imaginemos que nacen dos gemelos, Vilma y Sergio. Inmediatamente Vilma es embarcada en una nave espacial que se aleja de la Tierra al 60% de la velocidad de la luz. Transcurridos 10 años en la Tierra, Vilma emprende el regreso que dura diez años más, y llega a tiempo para asistir a la celebración de los veinte años de Sergio. Los asistentes a la celebración constatan con asombro que ¡Vilma tiene tan sólo 16 años!
¿Ciencia ficción? ¿Trampas del lenguaje? ¿Fantasía de los físicos?
No, relatividad pura y dura.
Esta es la famosa paradoja de los gemelos. En realidad lo único paradójico es que a más de un siglo de haber sido creada la relatividad, exista quien crea que se trata de una paradoja.
No la hay. Es una predicción matemáticamente precisa y bien formulada de la teoría de la relatividad que el ritmo de un reloj en movimiento disminuye comparado con el de otro reloj idéntico que esté en reposo. Así, cuando un reloj realiza un viaje de ida y vuelta, el número de tic-tacs es menor que el del reloj estacionario; es decir, que ha envejecido menos.
Es un efecto real, consecuencia ineludible de que la velocidad de la luz es una constante universal que tiene el mismo valor independientemente del estado de movimiento del que la mida.
Tan real es el efecto que fue medido y corroborado experimentalmente. En 1971, Hafele y Keating colocaron relojes atómicos de cesio de gran precisión, en aviones comerciales que le dieron la vuelta al planeta, mientras que otro reloj idéntico permaneció en Washington. Al reunirlos detectaron que el reloj que viajó señalaba 275 nanosegundos menos que el quedó en tierra, en perfecto acuerdo con la predicción de la relatividad.
¿Por qué este comportamiento del tiempo nos luce tan extraño que pareciera violar nuestra intuición?
Porque las velocidades a las que estamos acostumbrados son pequeñísimas comparadas con la velocidad de la luz, y por eso los efectos de la dilación del tiempo son imperceptibles. Una persona viajando 80 años en un avión será apenas una milésima de segundo más joven que si se quedara en Tierra.
Lo asombroso de la ciencia es que es capaz de adentrarse en zonas muy alejadas de nuestra experiencia cotidiana y entender lo que allí ocurre; así el precio que debemos pagar, es sacrificar nuestra pobre y provinciana intuición.

Un Paseo Al Azar

Imaginemos que estamos parados en un plano cuadriculado infinito, una suerte de tablero de ajedrez ilimitado. Escojamos uno de los vértices como origen y comenzamos nuestra caminata al azar: lanzamos una moneda y damos un paso hacia el vértice opuesto sobre la diagonal derecha, si el resultado de la moneda es cara, pero si el resultado de la moneda es sello, el paso se hace hacia el vértice opuesto sobre la diagonal izquierda. A cada paso lanzamos de nuevo la moneda y así nos vamos desplazando en una caminata aleatoria o paseo al azar.
Este juego aparentemente infantil es la base para la solución de complejos problemas en ciencias naturales y que los matemáticos han estudiado exhaustivamente.
Con un tratamiento de Teoría de la Probabilidades elemental podemos predecir hacia donde va el caminante. Nos respondemos a preguntas como: ¿Es posible que el caminante pase por algún punto preciso en 50 pasos? ¿Hasta donde puede llegar? ¿Pasará más tiempo por debajo o por arriba de un nivel dado? Y muchas más.
Pero no todo es juego. El lanzamiento de una moneda es una manera de describir un fenómeno aleatorio que tiene sólo dos posibles resultados. En la Naturaleza hay muchos fenómenos que ocurren o no ocurren con una cierta probabilidad. Por ejemplo, pasa electricidad o no pasa, dos partículas chocan o no chocan, etc. El inocente juego del paseo al azar permite describir una gran cantidad de fenómenos y con las matemáticas podemos predecir, en un sentido probabilístico, su comportamiento.
En el año 1822 el biólogo Robert Brown, tratando de explicar la trayectoria recorrida por un grano de polen en una superficie de agua, describió lo que hoy se conoce como Movimiento Browniano. En 1905 Albert Einstein explicó el fenómeno y más tarde, el matemático Norbert Wiener formalizó la teoría que hoy hace del movimiento Browniano una de las herramientas fundamentales de la modelización en física, economía, finanzas, biología, meteorología, etc.
¿Qué tiene que ver el paseo al azar con el movimiento Browniano?
Si en lugar de un caminante tenemos una partícula que se desplaza en un tablero cuyos cuadros son infinitamente pequeños y de esta manera cada paso es infinitesimal, es decir, tan pequeño como se quiera, entonces el paseo al azar describe la trayectoria de un movimiento Browniano.
Así es la ciencia, lo que puede parecer un juego, puede llevarnos a comprender un poco más el complejo mundo en que vivimos.

Paul Erdös: El Matemático Errante


Paul Erdös fue sin duda uno de los matemáticos más fascinantes del siglo XX. Su vida la dedicó casi exclusivamente a esta disciplina en la cual publicó más de 1500 artículos. Hay que decir que en matemática este número de publicaciones para una sola vida es extraordinario.
Aunque sus aportes fueron en muy diversas áreas de las matemáticas, los problemas que más lo motivaron fueron en Teoría de Números, Teoría de Grafos y Combinatoria. Su pasión por la matemática lo llevaba, no sólo a plantearse y solucionar problemas, sino a mejorar sus demostraciones hasta hacerlas ejemplos de sencillez y elegancia.
Podríamos pensar que este colosal trabajo fue realizado entre cuatro paredes de una oficina de alguna cómoda universidad del mundo. Pues no, Paul Erdös nunca tuvo un puesto fijo en ninguna universidad, ni siquiera una casa fija donde vivir. Pasó la mayor parte de su vida errando de universidad en universidad, en puestos temporales, y viviendo entre residencias universitarias y casas de amigos.
Nacido en el año 1913, en Budapest, en el seno de una familia judía húngara. Le tocó vivir en los difíciles años de las persecuciones a los judíos, antes y durante la segunda guerra mundial.
Siendo hijo único de padres matemáticos, el niño prodigio Paul se destacó muy pronto en el oficio familiar. Fue notable en toda su vida el gran apego a su madre, a quien visitaba con frecuencia, a pesar de su complicada vida.
Erdös pasa los años de la guerra en Estados Unidos, país que se ve obligado a dejar en la época del macarthismo. Sólo puede regresar en el año 1963. A partir de este momento vive viajando de universidad en universidad.
Esta vida errante le permite a Erdös relacionarse con matemáticos del mundo entero. Va de un sitio a otro proponiendo y resolviendo problemas. Poco le interesa lo que gana, se queda justo con lo indispensable y regala su dinero a los más necesitados.
Murió en 1996, a los 83 años de edad.
Los matemáticos del mundo llevan un número consigo. Erdös lleva el número 0. El número de Erdös 1: son todos aquellos que publicaron un artículo con él; el número de Erdös 2: aquellos que publicaron con alguien que publicó con él; el número de Erdös 3: los que publicaron con alguien que publicó con alguien que publicó con él; y así sucesivamente.
El 90% de los matemáticos del mundo tiene un número de Erdös menor a 10. Albert Einstein tiene el número 2.

Un Problema De Un Millón De Dólares


Es sábado en la noche y usted acaba de llegar a una fiesta. Sintiéndose un poco tímido, se pregunta para sus adentros si conocerá a alguno de los invitados a la fiesta. Su anfitrión le dice "usted seguramente conoce a Rita, la mujer que se encuentra en la esquina cerca de la bandeja de quesos". En una fracción de segundo usted es capaz de echarle una mirada a Rita y verificar si realmente su anfitrión está en lo correcto o no. Sin embargo, en ausencia de esta sugerencia de su anfitrión, usted estaría obligado a realizar una revisión exhaustiva por todo el salón, chequeando las personas de la fiesta una por una, para ver si entre ellas hay alguna conocida.
Este es un ejemplo de un fenómeno general según el cual, en la mayoría de los problemas de decisión, generar una solución es mucho más difícil que comprobar que una solución específica es correcta. Por ejemplo, si alguien nos dice que el número 13.717.421 puede ser escrito como el producto de dos números menores, tal vez usted no sepa si creerle o no, pero si esta misma persona le dice que, en efecto, tal número se escribe como el producto de 3607 por 3803, entonces usted podrá comprobarlo muy fácilmente con la ayuda de una calculadora de bolsillo o manualmente.
Uno de los problemas más famosos en lógica matemática y en las ciencias de la computación es determinar si existen problemas de decisión que puedan ser resueltos por simples comprobaciones algorítmicas (por ejemplo, con la ayuda de una computadora) pero en cuyo proceso de solución se requiera de mucho más tiempo que lo usual. Pareciera que éste es el caso en una gran variedad de problemas de decisión bien estudiados, aunque hasta la fecha nadie ha podido demostrarlo formalmente.
Stephen Cook formuló este problema en 1971, que se le conoce como el Problema "P versus NP" y actualmente se le considera el problema central de las Ciencias de la Computación.
Este problema forma parte de los siete problemas del milenio, por los cuales el Instituto Clay ha ofrecido un millón de dólares por su solución.
Aunque es un problema que concierne sobre todo a las ciencias de la computación, su formulación se hace en el área de la lógica matemática, una de las áreas más abstractas de las matemáticas.

¿Puede Un Chimpancé Escribir El Hamlet De Shakespeare?

Un chimpancé teclea el tablero de una computadora. Lo hace de manera errática, totalmente al azar, sin establecer ningún orden. Nos preguntamos, ¿cuántas veces tendrá que teclear hasta que por casualidad aparezca la famosa frase “ser o no ser”? ¿Cuál es la probabilidad de que el chimpancé escriba por obra y gracia del azar, el texto completo del “Hamlet” de Shakespeare? Esa es la cuestión.
Respondamos primero una pregunta más sencilla. ¿Cuál es la probabilidad de que nuestro chimpancé escriba la secuencia del alfabeto en orden, es decir, abcd… hasta la z?
La probabilidad de tipear la letra “a” en un primer intento es 1/26. La probabilidad de que le siga la letra “b” es la multiplicación de 1/26 por 1/26. En consecuencia, la probabilidad de tipear el alfabeto completo en orden es el producto de 1/26, 26 veces. Este número es tan pequeño que nuestro chimpancé necesitaría alrededor de un 3 seguido de 37 ceros de ensayos para tener un 99% de certeza de lograr el objetivo. Ese es un número verdaderamente grande.
Volvamos al Hamlet. El cálculo demuestra que se necesitarían 6 seguido de 27 ceros de ensayos para que el chimpancé escriba la frase “to be or not to be”, un poco menos si la escribimos en español “ser o no ser”. La obra completa es una sucesión de alrededor de 250.000 caracteres ordenados que han sido elegidos entre las 26 letras del alfabeto, los signos de puntuación y los espacios en blanco.
El número de ensayos que necesitaríamos para estar más o menos seguros de que el Hamlet resultara del azar es descomunal: un 1 seguido de 386.000 ceros.
No importa si el chimpancé realiza un ensayo cada segundo, no ha habido suficiente tiempo para repetir este número de ensayos. El número de segundos transcurridos desde el big bang es “apenas” alrededor de un 1 seguido de 18 ceros.
Sin embargo, la teoría establece que el ensayo exitoso puede ser cualquiera de ellos, ¡hasta podría ser el primero!
En la práctica los científicos aproximan, redondean. Un número como éste es considerado cero para todo tipo de efectos, y por lo tanto nuestro evento resulta imposible. Pero muchos eventos cuyas probabilidades de ocurrencia son ínfimas pueden ocurrir, de hecho, son los más difíciles de estudiar y los que tienen consecuencias más costosas, en todo sentido, para la humanidad. Esa es la cuestión.

20/11/07

Los Racionales, Los Irracionales Y La Música

La música revela los rasgos profundos de la cultura de cada grupo humano y la música se construye con notas, es decir con frecuencias. La pregunta se impone: ¿Cómo se elije el inventario de notas con los que se compone la música? ¿Por qué unas notas sí y otras no? Dicho en otras palabras, ¿cuáles son los criterios para seleccionar una escala musical?
La historia demuestra que diversas culturas han recurrido a diversos criterios de carácter físico y matemático, pero intervenidos por necesidades de orden práctico.
Pitágoras descubrió que los sonidos armoniosos tienen frecuencias relacionadas entre sí por números racionales simples. Por ejemplo, un Do y el Do octavado tienen frecuencias que están en la proporción 2/1. Un Do y un Sol están en la proporción 3/2, el Do y el Fa está en la proporción 4/3. Diferentes civilizaciones han construido escalas con un número diferente de notas entre dos octavas consecutivas: por ejemplo la escala china o pentatónica, de cinco notas, la escala heptatónica de siete notas, escalas hindúes de 22 notas o la escala cromática, de doce notas, usada por la música occidental.
La afinación pitagórica usando los números racionales conduce a una asimetría en los intervalos entre tono y tono: hay intervalos más grandes que otros. Por eso hay notas como Si o como Mi que no tienen sostenido.

El fantasma de los números irracionales acosó siempre a Pitágoras. Él, que creía que los números racionales encerraban el secreto del universo, fue precisamente quien descubrió que la raíz cuadrada de dos, es un número irracional porque no puede expresarse como la relación entre dos números naturales.
En el siglo XVIII de la mano del formidable Johann Sebastián Bach, la escala pitagórica fue modificada haciéndola más simétrica. La frecuencia de cada una de las 12 notas de la escala se obtiene de la nota inmediata anterior, multiplicándola por la raíz doceava de 2. Al aplicar este procedimiento doce veces, se habrá llegado al doble de la frecuencia inicial, es decir, a la octava. Así, las doce notas de esta escala, llamada temperada, forman una serie geométrica cuya razón es la raíz doceava de dos, un número irracional.
La escala temperada, que es la base de toda música occidental pierde consonancia exacta, pero gana simetría entre sus diversas notas.
Son las matemáticas impregnando de sus números racionales e irracionales hasta la música.

Ramanujan, El Mozart De Las Matemáticas

Madras, La India mayo de 1913. Una madre sueña que ha visto a su hijo, en una gran sala, rodeado de un grupo de europeos y la diosa Namagiri le ordena que no se interponga en el camino de su hijo y que colabore con el objeto de su vida.
Es la madre de Srinivasa Ramanujan, quizás el prodigio matemático más misterioso de todos los tiempos.
Godfrey Harold Hardy, catedrático del Trinity College de Cambridge, recibe una carta el 16 de enero de 1913 donde un contable hindú de 23 años de edad le solicita revisar su trabajo en matemática. El trabajo de Ramanujan consiste de unos 120 teoremas y fórmulas de los cuales Hardy comenta más tarde: “Deben ser ciertas, porque si no lo fueran, nadie hubiera tenido suficiente imaginación para inventarlas… El autor debe ser enteramente honesto, ya que tan increíble destreza es más frecuente en los matemáticos eminentes que en los ladrones y embaucadores.”
Hardy logra traer al matemático autodidacta a Cambridge, consiguiéndole una beca y el permiso de su madre. A partir de este momento comienza una fructífera amistad y colaboración que sólo culmina con la prematura muerte de Ramanujan.
El joven Ramanujan era miembro de una familia brahmán, de condición extremadamente humilde. Desde niño se destacó por sus habilidades en matemática aunque nunca siguió estudios universitarios formales. Cuando tenía 15 años un amigo le prestó un libro de matemática de cierto nivel que despertó su genio. Este fue el único libro de matemáticas superiores al que tuvo acceso. Luego de fracasar en los exámenes de admisión para entrar en la universidad, buscó empleo como contable. Por esa época conoce a un aficionado a la matemática que lo recomienda a otros profesores en la India que reconocen su talento y lo motivan a escribirle a Hardy.
En tan sólo cinco años en Cambridge estableció más de tres mil teoremas profundamente originales.
Alguien hizo una observación que da la medida de la pasión y la capacidad de este hombre:
"… Me asombra su talento, su entendimiento me sobrepasa. Admiraríamos a un matemático cuya producción fuera la mitad de lo que Ramanujan descubrió en el último año de su vida, mientras moría."
En 1920, con apenas 33 años murió Ramanujan, el hombre que afirmó: “Una ecuación no me dice nada a menos que exprese un pensamiento de Dios”

Reactores Naturales


En 1972 un grupo de físicos franceses comunicó la gran sorpresa: la naturaleza se había adelantado a los humanos en la creación de un reactor nuclear por unos 2000 años.
La sospecha andaba en el aire desde la creación del primer reactor nuclear. El físico japonés Kuroda llegó incluso a enumerar detalladamente los requerimientos para que un reactor nuclear existiera en el planeta. La afanosa búsqueda finalizó en las minas de uranio de Oklo, en Africa. En las muestras de mineral de esta mina se hallaron sustancias enteramente similares a los restos de combustibles producidos por los reactores modernos, lo que indica que un proceso similar tuvo lugar.
Haciendo cálculos a partir de la edad de la mina de uranio, los científicos concluyeron que hace 2000 años la concentración de uranio 235, que hoy es menor del uno por ciento, era el 3% del uranio total, lo que es suficiente para desencadenar un proceso de fisión nuclear, que es el proceso en que átomos de uranio se dividen, liberando energía en forma de calor y neutrones, que a su vez dividen otros átomos de uranio, dando lugar a una reacción en cadena. Se requirieron adicionalmente algunas otras condiciones como la presencia de agua. Pero, ¿será el caso de los reactores fósiles de Oklo único en la naturaleza?
Probablemente no. Además de otros depósitos de minerales de uranio de aproximadamente la misma edad de los de Oklo que aún se investigan en Canadá, Australia y otros lugares, ha habido interesantes hallazgos que dan indicios de existencia de otros reactores naturales. Tal es el caso de las trazas de Helio 3 y Helio 4 que los geólogos han encontrado en la lava volcánica y en el basalto que vienen del interior de la tierra. Mientras que el Helio 4 es esperable, dado que es un producto de la descomposición radiactiva natural del Uranio y el Torio, no se conoce ningún mecanismo natural para una producción significativa de Helio 3 en las profundidades terrestres.
Desde los años noventa el geofísico Marvin Herndon ha presentado evidencias convincentes de que en el centro de la tierra existe una esfera de uranio de unos 8000 metros de diámetro que actúa como un reactor nuclear. El helio hallado sería un sub-producto de la reacción nuclear en este georeactor. Más aún. El geólogo Rendón sugiere que planetas del sistema solar como Júpiter y Saturno, cumplen las condiciones para ser otros reactores nucleares de escala planetaria.

Receta Para Un Universo

La humanidad puede sentirse orgullosa de entender razonablemente bien la estructura y composición de la materia a nuestro alrededor. Varios siglos de observaciones, experimentos y teorías nos han enseñado que estrellas, planetas, piedras, seres vivos, computadoras y mares; están compuestos de las mismas partículas fundamentales como quarks, electrones, fotones, neutrinos, gluones y unas cuantas más. Estas partículas interactúan entre ellas con diversas fuerzas y de acuerdo a leyes que conocemos razonablemente bien.
Sin embargo, y para devolvernos algo de la humildad perdida, los astrónomos nos informan que esta materia cuyos secretos hemos logrado en buena medida develar, forma apenas el 5% de la materia del universo. El 95% restante no es materia ordinaria ni nada que podamos estudiar en el laboratorio. El 25% de la masa del universo es una sustancia que llamamos materia oscura y el 70%, restante corresponde a la energía oscura.
¿Qué son la materia oscura y la energía oscura? La respuesta es decepcionante. No sabemos demasiado. Sabemos que la materia oscura no interacciona con la radiación electromagnética, es transparente y por eso no la vemos. Pero sí interactúa gravitacionalmente y por eso somos capaces de detectarla. Las galaxias están empotradas en un halo de materia oscura que jugó un papel importante en el origen de estas galaxias. La gravitación de la materia oscura evita que las estrellas se dispersen por la rotación de las galaxias. Pero no sabemos de qué tipo de partículas está constituida la materia oscura. Los físicos piensan que partículas exóticas formadas en el big bang pudieran ser buenas candidatas. En los gigantescos aceleradores de partículas se intenta simular, durante fracciones de segundo, las condiciones extremas que reinaban en el universo primigenio, para rastrear posibles partículas de esta misteriosa sustancia. Mientras tanto los físicos teóricos hurgan en sus ecuaciones, representaciones matemáticas de estas partículas.
La energía oscura, el 70% de la masa del universo es algo aún más extraño. Sabemos que no se agrega gravitacionalmente, y que actúa como una fuerza repulsiva que aleja a las galaxias a velocidades cada vez mayores, acelerando la expansión del universo.
La existencia de la energía oscura y la materia oscura nos hablan de un universo más complejo de lo que habíamos imaginado hace apenas unas décadas, y nos retan a que comprendamos sus intimidades. Sólo aclarando las oscuridades de la materia oscura, entenderemos mejor nuestro universo.

Regeneración Celular: ¿Ciencia O Ficción?

La profesora Ellen Herber-Katz y su equipo de investigadores del Instituto Wistar, en Filadelfia, Estados unidos, realizaban un estudio inmunológico con ratones de la variedad identificada con las siglas MRL.
Los científicos habían marcado a los ratones perforándoles un pequeño orificio en la oreja, el típico procedimiento de identificación en los laboratorios. Poco después, ninguno de los ratones que habían sido marcados tenía el orificio.
Al analizar más detalladamente a los animales, observaron que había ocurrido una síntesis de ADN, una proliferación celular y que habían vuelto a crecer tanto el cartílago como nuevos folículos capilares de los ratones.
Los seres humanos somos capaces de renovar constantemente nuestras células epidérmicas y capilares. El proceso de cicatrización actúa constantemente en el organismo cerrando heridas, externa o internas, producidas por cualquier daño. Sin embargo, a diferencia de algunos anfibios, los mamíferos no somos capaces de regenerar un miembro amputado, ni siquiera de regenerar un tejido sin producir una cicatriz.
El descubrimiento accidental que mencionamos abrió una brecha en el estudio del proceso de regeneración celular en mamíferos. A partir de allí, los investigadores hicieron pequeñas heridas en tejidos del corazón y la médula espinal en la misma variedad de ratones y observaron que al cabo de unos días las heridas habían desaparecido sin dejar rastros.
La investigadora cree que uno de los factores que impide la regeneración en la mayoría de los mamíferos es una membrana que se forma cuando el organismo comienza a auto repararse. Cuando los anfibios llevan a cabo la regeneración de un miembro no se forma esta membrana.
Con los ratones estudiados, los científicos observaron que esta membrana se formó inicialmente en las orejas de los animales, pero desapareció poco después y entonces comenzó el crecimiento celular.
"Si logramos agotar el factor celular que provoca el cicatrizado, quizás seremos capaces de estimular la capacidad regenerativa de los mamíferos en general", afirma la profesora Heber-Katz.
Actualmente están trazando el mapa genético del animal para tratar de entender qué combinaciones genéticas están en la base del proceso regenerativo del ratón.
Aunque el camino por recorrer puede ser largo y complejo, la genética parece abrirnos el paso hacia un mundo, hasta ahora sólo concebido por la ciencia ficción, en que el humano pueda reparar sus órganos y miembros sin más ayuda que su propio organismo. ¿Un paso más hacia la inmortalidad?

Relatividad y GPS

La teoría de la relatividad tiene fama de ser abstracta, de usar complejos conceptos matemáticos pertinentes sólo en presencia de descomunales campos gravitacionales y velocísimas partículas.
De acuerdo con esta creencia, la relatividad está alejada de nuestra experiencia cotidiana y no tiene ninguna aplicación práctica. Nada más alejado de la realidad.
Un ejemplo contundente de aplicación tecnológica de la teoría de la relatividad son los ya cotidianos relojes GPS, de uso tan común que muchos carros lo traen incorporados y los montañistas portan en sus muñecas para orientarse.
El sistema de posicionamiento global, o GPS es un conjunto de 24 satélites que orbitan a nuestro planeta a 20.000 Kilómetros de altura, viajando a unos 14.000 Kilómetros por hora. Cada satélite lleva relojes atómicos con precisión de una mil millonésima de segundo. Un reloj GPS recibe las señales de varios satélites. Los tiempos de llegada permiten conocer la localización absoluta de ese reloj, es decir, la latitud, longitud, y altura sobre el nivel del mar, con apenas unos cinco metros de imprecisión.
Para que el sistema GPS funcione adecuadamente, los relojes de los satélites deben estar muy bien sincronizados con los de la Tierra. Un adelanto o atraso de algunas millonésimas de segundo significan un error de unos diez kilómetros cada día.
Es precisamente aquí donde entra brillantemente la relatividad. De acuerdo con la teoría especial, un reloj en movimiento funciona más lento que uno en reposo; los relojes de los satélites atrasan respecto de los de tierra. Por otra parte, una de las predicciones de la relatividad general establece que la gravedad altera el flujo del tiempo: los relojes en la tierra marcha más lentos que los que están en los satélites, porque están sometidos a una mayor gravedad.
Tomando en cuenta ambos efectos relativistas, los científicos son capaces de predecir que en los satélites el tiempo fluye 38 millonésimas de segundo al día más rápido. Por pequeña que parezca esta cantidad, los ingenieros que diseñan los relojes tienen que tomarla en cuenta para que los GPS permanezcan sincronizados.
Einstein nunca soñó que sus teorías fundamentales que alteraron por siempre nuestras queridas nociones acerca del tiempo y el espacio, pudieran tener alguna aplicación tan práctica como señalar el rumbo de un avión o dar la posición de un excursionista.
A veces las investigaciones más abstractas nos sorprenden con inesperadas consecuencias tecnológicas; porque así de extraños son los caminos de la ciencia.

19/11/07

Retando A La Naturaleza

El 27 de febrero de 1997, el anuncio en la revista Nature del nacimiento de Dolly, la primera clonación de un mamífero a partir del núcleo de una célula adulta de otro individuo, conmovió al mundo científico y despertó esperanzas, temores y fantasías en el común de la gente. ¿A qué se debe el revuelo?
Clonar significa obtener uno o varios individuos a partir de una célula normal (somática), o de un núcleo de célula de otro individuo, de modo que los individuos clonados son idénticos o casi idénticos al original.
En los animales superiores, la única forma de reproducción natural es la sexual, por la que dos células germinales o gametos (óvulo y espermatozoide) se unen, formando un zigoto (o huevo), que se desarrollará hasta dar el individuo adulto. Las células de un animal proceden, en última instancia, de la división repetida y la diferenciación del zigoto.
Las células somáticas, que constituyen los tejidos del animal adulto,
a diferencia de las células de las primeras fases del embrión, han perdido la capacidad de generar nuevos individuos y cada célula se ha especializado en una función distinta (a pesar de que generalmente contienen el mismo material genético).
Desde hace unos años se vienen obteniendo clones de mamíferos, pero sólo a partir de células embrionarias muy tempranas, debido a que aún no han entrado en diferenciación y son por lo tanto pluripotentes. No es extraño, pues, el revuelo científico cuando el equipo de Ian Wilmut, del Instituto Roslin de Edimburgo comunicó que habían logrado una oveja por clonación a partir de una célula diferenciada de una oveja adulta.
El método consiste en obtener un óvulo de oveja, eliminarle su núcleo, sustituirlo por un núcleo de célula de oveja adulta, e implantarlo en una tercera oveja que sirve como “madre de alquiler” para llevar el embarazo.
La clonación lograda demuestra que es posible reprogramar el material genético nuclear de una célula diferenciada, de modo que se comporte como el de un zigoto.
De este modo, este núcleo comienza a interactuar adecuadamente con el citoplasma del óvulo y desencadena todo el complejo proceso del desarrollo intrauterino.
Recientemente la clonación ha sido de nuevo noticia debido al fraude intentado por el científico surcoreano Hwang Woo-suk al proclamar, falsamente, la obtención de un clon de un embrión humano y la producción a partir de éste de las primeras células madre específicas del donante.

La Revolución Nanotecnológica

La revolución tecnológica de lo super pequeño, la nanotecnología, ya está con nosotros. Un conjunto rápidamente creciente de empresas especializadas en nanotecnologías ofrecen nuevos materiales para una amplia variedad de aplicaciones que van desde nanotubos de carbón y nanomateriales para aplicaciones médicas avanzadas, hasta un relativamente sencillo desinfectante.
La nanotecnología es la ciencia de lo super pequeño. Su nombre viene de una unidad de longitud inimaginablemente pequeña - el nanómetro - que es igual a una milmillonésima de metro (una parte de un metro dividido en mil millones de partes iguales). Es una dimensión apropiada para el mundo atómico y molecular; así, el átomo más pequeño, el de hidrógeno, mide transversalmente un décimo de nanómetro, una molécula de azúcar -un nanómetro, y la partícula de un virus -unos 50 nanómetros.
La nanotecnología explota el hecho de que al disminuir las dimensiones de la materia a decenas de nanómetros o menos, los efectos cuánticos comienzan a hacerse sentir y las propiedades ópticas, eléctricas o magnéticas de las sustancias pueden cambiar significativamente. Las nanopartículas de oro, por ejemplo, pueden ser rojas, azules o del color habitual, dependiendo del tamaño que tengan. Este hecho era ya conocido y utilizado por los vitralistas de la edad media.
Así mismo, una reacción química puede aumentar extraordinariamente su eficacia y rapidez si en lugar de usar las sustancias en forma de polvo o gel, se recurre a nanopartículas de los químicos.
Los avances hechos en diversos laboratorios del mundo hacen muy probable que dentro de pocos años la nanotecnología sea predominante en nuestro entorno cotidiano. En unos 10 años el ancho de los cables de un chip puede reducirse, de 100, a unos 10 o 15 nanómetros; y baterías que se carguen en dos minutos pueden estar pronto a disposición de los usuarios. Con nanotubos de carbón se espera fabricar objetos hasta 100 veces más fuertes que el grafito normal, que es ya más fuerte y liviano que el acero, y la nanotecnología de puntos cuánticos está por ofrecernos un nuevo y eficacísimo bombillo.
El famoso físico norteamericano Richard Feynman fue quién dio inicio a la escalada nanotecnológica cuando, hace unos 45 años, hizo la observación: “¿Por qué no podemos escribir los 24 tomos completos de la Enciclopedia Británica en la cabeza de un alfiler? Los principios de la física, hasta donde podemos juzgar, no se oponen a la manipulación de las cosas átomo por átomo”