La Luz, ondas electromagnéticas y relatividad.

Preguntarse ¿qué es la luz?, nos lleva a respuestas muy potentes y preguntas aún no resueltas tecnológica e intelectualmente. Lo primero impactante es que al mirar a las estrellas, la luz que salió de allí, es mirar a su pasado. El universo es tan grande, que la luz que viaja a la máxima velocidad tarda miles e incluso millones de años en recorrerlo. A poca distancia la luz es prácticamente instantanea, sin embargo tarda 8 minutos desde el Sol a la Tierra. La luz es lo más rápido de nuestro universo debido a que el fotón (la partícula que la transporta) no tiene masa (es sólo energía), su velocidad en el vacío es c=299.792,458m/sg, aunque se redondea a c=300.000.000m/sg. Los electrones orbitan en distintos niveles energéticos alrededor del núcleo del átomo, la luz visible se forma cuando un electrón que está en estado excitado pasa a una órbita inferior perdiendo energía y emitiendo un fotón (al contrario, un electron puede pasar a un nivel superior absorbiendo la energía), una partícula sin masa que transporta la luz (es una partícula fundamental del modelo de física de partículas). El fotón transporta la fuerza electromagnética. Las ondas electromagnéticas transmiten energía, y estan producidas por la vibración de las partículas cargadas y viajan a través del espacio a la velocidad de la luz. Esa velocidad se ve influida por el medio donde se propaga, porque a nivel subatómico los fotones son capturados y emitidos, incluso en el vacío, donde aparecen espontaneamente partículas y antipartículas. Incluso, y esto es muy sorprendente, el propio universo se está expandiendo a velocidades superiores a la de la luz (y no contradice nada, pero eso lo contaremos en otro momento, es como si el universo conspirara para que no veamos la luz del Big Bang, que está detrás de la radiación de fondo de microondas). La luz conforme viaja por el espacio va perdiendo energía, y con esa expansión llegará un momento que no exista contacto visual con parte del universo observable actual.

La luz es la forma más pequeña de energía que puede ser transportada, es una onda electromagnética (EM). El fotón no puede ser dividido, posee una dualidad onda-partícula, es una onda y una partícula paralelamente. Todas las ondas EM están formadas por fotones, que viajan a la velocidad c, lo que varían son sus frecuencias, viajan en dos ondas perpendiculares (eléctrica y magnética) y a su vez ambas perpendiculares a la dirección de avance. La luz, como onda EM que es, no necesita ningún medio para propagarse. Las ondas EM tienen una longitud de onda λ entre sus crestas, y el número de ondas que pasan por un punto en un segundo es f su frecuencia. Una onda por ciclo por segundo es lo que se llama Herz o herzio. Al añadir energía aumenta la frecuencia de la onda, y hace que la longitud de onda sea más corta. En este momento te están golpeando ondas de todo tipo en el lugar donde te encuentras, aunque sólo distingues las visibles. Las ondas EM se caracterizan por su amplitud (A), frecuencia (f), velocidad (c) y longitud de onda (λ). Los fotones, que forman la luz, son paquetes discretos de energía (quantum) sin masa y velocidad c, su frecuencia f=c/λ, (c constante, significa que a mayor frecuencia f, menos longitud de onda λ). La energía de la onda es directamente proporcional a la frecuencia. La energía E de un fotón es E=h·f, (donde la constante de Planck, h=6,626·10-34 jul·sg) sustituyendo f será E=h·c/λ de un fotón del espectro visible violeta de 400 nm (nanómetros, 1nm=10-9m), sería de E=4,96·10-19Jul=3.105 ev (siendo la equivalencia del electron-voltio 1ev=1,6 ·10-19Jul). El sol es la principal fuente de luz natural, aunque emite todas las ondas del espectro, y la enorme energía procede de la fusión de sus átomos de hidrógeno. 

Entender lo que sabemos de la luz ha sido muy difícil, en ello han participado históricamente los grandes científicos de primera fila, como Aristóteles, Descartes, Newton, Planck o Einstein (que la veían como partícula) o Fresnel, Young, Hertz, Maxwell o Huygens (que la veían como onda). La luz tiene propiedades de onda y de partícula, algo que es un reto científico. Dependiendo del experimento que hagamos la luz se comporta como una onda, cuando la hacemos pasar por una ranura se dispersa con disfracción como se comportan las ondas. Pero la luz muestra también comportamiento de partícula (como una partícula con el efecto fotoeléctrico) con cantidades discretas (cuánticas) de energía indivisibles, y a esas partículas se les llama fotones (se representan como pequeñas líneas onduladas). Pero no es nada extraño, cuando vemos la proyección de un cilindro en distintos planos de vista se ve distinto (¿es un cuadrado o un círculo?, pues no es ninguna de las dos, es: un cilindro), así de caprichosa es la naturaleza, y entender como es la luz todavía no se sabe realmente. Las ondas EM se clasifican atendiendo a su longitud de onda en el espectro EM. La mayoría de los objetos reflejan la luz, absorben parte de las ondas que reciben y emiten otra parte del espectro, y su color es consecuencia de ello. La luz se propaga en el vacío en todas las direcciones del espacio y en linea recta (si no se ve alterada por el medio) y tiene distinta interacción con la materia según su naturaleza (gas, líquido, sólido,..).

La luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético, pero es la única del espectro que se propaga a través del agua, y ahí surgieron los primeros ojos, que evolucionaron hasta los actuales nuestros. Por eso vemos ese espectro (y por eso lo llamamos “visible”), porque era la diferencia entre la vida y la muerte en la evolución. El espectro electromagnético es algo que nos rodea, y que no se puede ver, ni tocar, ni sentir, en su mayor parte. Pero forma parte de nuestro día a día, sin ellas no podríamos existir. Cuando las ondas electromagnéticas impactan con las moléculas de un cuerpo, de ellas parte de la luz visible refleja su color hasta nuestros ojos, otro tipo de ondas son absorbidas y reflejadas. La ondas electromagnéticas están distribuidas en un amplio espectro, desde los rayos cósmicos y gamma muy cortos, a rayos X, los rayos ultravioleta, la luz visible, los infrarrojos, las microondas, hasta las ondas de radio que pueden medir más que montañas o incluso monstruosas como planetas. Muchos aparatos y electrodomésticos funcionan gracias a estas ondas. Para poder apreciarlas se han tenido que inventar otros “tipos de gafas” para podamos utilizar y ver más allá de la luz visible: permitiendo radiografías con rayos X, estudiar con la longitud de onda la composición química, temperatura y densidad a partir de su firma espectral,  televisión, radio, radioastronomía con antenas gigantes, microondas para telefonía y radares doppler meteorológicos, con infrarrojos mandos a distancia, detectar el calor de los cuerpos incluso en la oscuridad,  objetos en el universo no visibles, vegetación y temperatura de la tierra, radiación gamma para matar células, ….. Sigue leyendo

Fusión Nuclear: IFMIF-DONES en Granada

La fusión nuclear, en una u otra de sus opciones tecnológicas, es una opción clara e ineludible en el futuro del abastecimiento energético de una sociedad cada vez más demandante de energía. No parece previsible que esa sociedad que vive en estos momentos bajo un consumo basado en los procesos de transformación de la materia y los recursos naturales, para lo que la energía es imprescindible, rebaje el listón de su demanda. Las energías renovables ocuparán un lugar fundamental en nuestro futuro esperando un incremento de su uso que pasará de un 25% actualmente a 37% en 2040. El proyecto de más relevancia y a su vez el más internacional es el conocido como ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), proyecto liderado por la Unión Europea, EE.UU., Rusia y Japón. El objetivo final de todos estos experimentos es construir un dispositivo en el cual, calentando y confinando el combustible (mezcla de deuterio-tritio) el tiempo suficiente, se produzca la reacción de fusión, generando más energía que la aportada. El desarrollo de ITER (aún experimental) y de sistemas similares no tendrá frutos hasta el comienzo de los 2030. De ese paso a un sistema DEMO y comercial conectado a la red quedará aún una o dos décadas al menos.

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La fusión nuclear es un tipo de reacción nuclear en el que dos nucleidos (generalmente ligeros) se unen para formar un nucleido más pesado. Las reacciones de fusión que desprenden energía (reacciones exotérmicas) pueden utilizarse para producir energía útil siempre y cuando se controle el proceso de fusión. Para ello es necesario calentar la materia a temperaturas de cientos de millones de grados, obteniendo un plasma, y confinar este plasma en un volumen determinado para que las reacciones de fusión tengan lugar. Este es el objetivo de los proyectos actuales de fusión por confinamiento magnético y de fusión por confinamiento inercial.

2H + 3H → 4He + 1n + Energía

(la fusión de deuterio y tritio, da lugar a energía, un núcleo de helio y un neutrón)

Nuclear Fusion

Las reacciones nucleares exotérmicas (generan energía) teniendo en cuenta la equivalencia masa-energía E = mc2, donde E es la energía, m la masa y c la velocidad de la luz en el vacío. Si la masa de los nucleidos iniciales es mayor que la de los nucleidos finales, su diferencia (llamada Q de la reacción, dada en 1 eV = 1,6022 . 10-19 J) será positiva y se producirá energía. Para la reacción de fusión nombrada anteriormente tenemos:

Q = m . ( 2H + 3H − 4He − 1n) . c2  = 17,59 MeV > 0

A pesar de esto, no es sencillo obtener esta energía. Aunque la reacción sea exotérmica, no basta con mezclar deuterio y tritio en un reactor para que ésta se produzca, los nucleidos han de estar a temperaturas muy altas: del orden de 10 000 000 oC en el núcleo del Sol, 150 000 000 oC en un tokamaks como el del ITER.

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El confinamiento a escala de laboratorio se realiza usando campos magnéticos (ya que el plasma está formado por partículas cargadas) o la inercia de la materia acelerada (leyes de Newton). En el primer caso hablamos de confinamiento magnético (usado en tokamaks y stellarators), mientras que Sigue leyendo

Universo a gran escala, su evolución (I): homogéneo, isótropo y plano.

El universo a gran escala accesible tiene un radio de 14.000 millones de años luz, es el horizonte relativista, una superficie esférica cuyo radio aumenta a la velocidad de la luz, lo que está más allá no es observable y está desconectado casualmente de nosotros (con una parte interna o casual, y otra externa que no tiene influencia sobre nosotros). Su descripción cosmológica actual nos dice que el Universo es homogéneo, isótropo y su curvatura relativista es cero; es decir, es plano. En cuanto a su composición, actualmente se cree que aproximadamente más de 2/3 partes son energía oscura (68,3%), algo más de 1/4 parte es materia oscura (26,8%) y el resto (4,9%) es la materia visible ordinaria que conocemos (materia bariónica). De la materia bariónica, casi todo es hidrógeno, helio en menor proporción y el resto de elementos químicos son minoritarios. A gran escala las galaxias son las moléculas del fluido del universo.

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Los cúmulos de galaxias son la mayor entidad que se mantiene unida por autogravitación, son observables en todas las longitudes de onda y con múltiples herramientas. Nuestra Vía Láctea forma parte de un grupo de una decena de galaxias llamado Grupo Local con dos galaxias dominantes que son la Vía Láctea y Andrómeda (M31). El Grupo Local es una extensión del Cúmulo de Virgo, rico en galaxias. Los cúmulos se agrupan en supercúmulos (estructuras de filamentos de unos entre 50 a 1000 Megaparsec – Mpc- (donde 1 Mpc es aproximadamente 3 millones de años luz), el nuestro se llama Laniakea. Existe cierta periodicidad en la distribución de los filamentos, casi como una red cristalina.

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Decir que el universo es homogéneo significa que en todos los lugares es igual en densidad, presión, temperatura, composición química, curvatura espacial,… Que es isotrópico significa que estemos donde estemos en el universo, vemos lo mismo en todas las direcciones donde miremos, todos los puntos son un Sigue leyendo

Blockchain una nueva tecnología que puede revolucionar el futuro.

La humanidad necesita producir y gestionar permanentemente una gran cantidad de información fiable. Si eliminamos la componente humana incapaz de procesar esa ingente cantidad de información, y lo dejamos en manos de las máquinas, donde existe el riesgo de la seguridad informática, puesto que puede ser hackeada la información. El sistema de Blockchain fue creado en 1991, pero no fue usado hasta 2009 cuando Satoshi Nakamoto (que nadie sabe quien es), lo usó de base para crear los Bitcoin. Pero esta tecnología transciende a esta criptomoneda, porque son múltiples sus aplicaciones seguras e imposibles de falsificar (como son: contratos, votar en elecciones, transacciones bancarias, registros médicos, procedencia de alimentos, cadena de frío, origen e historial de las joyas, ….). Almacenando información más transparente y veraz, con muchos ojos mirando, muchos testigos que impiden que la información sea falseada, lo que lo convierte en un entorno fuera del sistema tradicional.

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Una Blockchain (cadena de bloques) es una inmensa base de datos que se distribuye entre todos sus participantes. Es decir, es un libro de registro (ledger) inmutable que contiene la historia completa de (todas, de toditas) las transacciones que se han ejecutado en una blockchain. A cada participante se le llama nodo, que en realidad viene a ser un ordenador más o menos potente. Estos nodos se conectan en una red descentralizada, sin un ordenador principal. Son redes llamadas P2P que hablan entre sí usando el mismo lenguaje (protocolo). Blockchain no se protege con un antivirus, ni con un firewall, sino que se autoprotege con su poderosa estructura de cadena de bloques, donde cada bloque puede contener diferentes tipos de información, con un identificador irrepetible y único que lo hace imposible de hackear por su complegidad. Todos están mirando, y tienen una copia idéntica que detecta cualquier cambio (aunque sea una coma, un espacio o un caracter). Tiene muchas matemáticas detrás, puesto que la base de todo se reduce a la criptografía y algoritmos.

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El mensaje que transmiten se le llama token. Un token (símbolo, señal o ficha) no es más que una representación de la información que aloja la red. Esta información puede representar cualquier Sigue leyendo

¿Añadir más carriles mejora el tráfico?. No siempre: Paradoja de Braess.

A todos nos ha pasado, llegamos a las colas de varios carriles u opciones, y no sabemos donde colocarnos, ni cual será la más rápida; lo mismo que nos sucede en un supermercado y en otras circunstancias. Existe en matemáticas una parte que se dedica a estudiar estos procesos, explicarlos y tratar de optimizarlos, esta disciplina se llama Teoría de Colas, y sirve para que el tráfico en internet, las telecomunicaciones sean más rápidas, que las carreteras funcionen mejor, que cuando lleguemos a cualquier cola supermercados, aeropuertos y las fábricas, funcionen mejor,….

Debes saber también que estos fenómenos son cadenas de Markov, es decir procesos aleatorios estocásticos que varían con el tiempo, como lo hace el clima o los mercados de valores en bolsa,…. y no tienen memoria de lo que ha pasado anteriormente, porque lo que probablemente puede suceder ahora depende exclusivamente de la situación actual del sistema. Por eso tenemos que olvidarnos de lo que haya sucedido anteriormente a la hora de elegir la cola que creamos que es más rápida.

La paradoja de Braess dicta que al agregar mayor capacidad a una red, cuando los actores que transitan por ella escogen la ruta de forma egoísta, puede que en algunos casos reducir la fluidez de toda la red. El trabajo original de Braess mostraba una situación paradójica, en la que la construcción de una vía adicional (con la consecuente inversión de capital), llevaba a que, con la misma demanda de tráfico, los tiempos de viaje para todos los usuarios de la red aumentaran. Cuantos más automóviles usan una vía, más se reduce la velocidad de todos los vehículos que la usan y se llega a un mayor tiempo de viaje. Aquellas vías que tienen mayor capacidad (por ejemplo, más carriles para tráfico) podrán albergar más vehículos sin que la velocidad se vea afectada, mientras que vías con poca capacidad se congestionan más rápido. Sigue leyendo

Robotización: la automatización del empleo.

La automatización quiere decir que los trabajos que antes hacíamos, ahora lo harán máquinas. Se estima que en dos décadas las máquinas harán la mayoría de trabajos mejor que tú. Antiguamente la automatización consistía en máquinas grandes y tontas haciendo trabajos repetitivos, sin cansarse. Hoy las máquinas pueden aterrizar aviones, diagnosticar el cáncer, fabricar automóviles o hacer intercambios bursátiles. Estamos entrando en una nueva era de la automatización. Las máquinas son cada vez mejores, no parece haber límites a los problemas que puede resolver la inteligencia artificial. De acuerdo a un estudio de 2013, casi la mitad de todos los empleos en EE.UU pueden potencialmente ser automatizados en los próximos veinte años. Pero para quienes piensan que este proceso de automatización se ha producido durante décadas, sin ninguna novedad, ahora es ya diferente. Tenemos que prepararnos para un futuro donde tendremos que convivir con las máquinas, nos guste o no. Y puede que tengamos que hacerlo mucho antes de lo que pensábamos.

Brazo mecánico

La capacidad de la inteligencia artificial está sobrepasando todos los límites.

La automatización es imparable, muchos trabajadores serán reemplazados por máquinas. La mitad de los trabajos actuales del mercado laboral está listo para ser automatizado (no es obligatorio, pero la tecnología permite hacerlo), y muchos con probabilidad del 100%, sobre todo aquellos repetitivos, peligrosos o aquellos cuyo cometido consiste en procesar información. Con el tiempo se espera que este proceso se acelere exponencialmente debido a los avances tecnológicos futuros.

En muchos lugares del mundo, como Sigue leyendo

Discurso del odio, libertad de expresión, censura, manipulación,….

Cada vez es más frecuente encontrar discursos que apelan a los sentimientos y que rallan el odio, contra quien no es de una “tribu” concreta. Determinadas expresiones están en el límite entre la agresión y la libertad de expresión. Aunque necesariamente no sean delito, si pueden ser reprobables éticamente. Esas prácticas, aunque son ya muy viejas con lamentables recuerdos históricos, se siguen utilizando, porque, tristemente, siguen dando réditos. Este discurso, entre otros objetivos, en política persigue fomentar el rechazo y la exclusión de la vida pública, a falta de argumentos convincentes para ganar en las urnas, buscando la eliminación física en este ámbito, de quienes no compartan el ideario de los intolerantes. Esto sucede cuando la rivalidad grupal va un paso más allá. El discurso de odio (hate speech, en inglés) es la acción comunicativa que tiene como objetivo promover y alimentar un dogma, cargado de connotaciones discriminatorias, que atenta contra la dignidad de un grupo o de individuos. No es jurídicamente indiferente manifestar la protesta o el sentimiento crítico utilizando medios o instrumentos inocuos para la seguridad y dignidad de las personas, que hacerlo incitando a la violencia o al menosprecio, o sirviéndose del lenguaje del odio. La Constitución española en el título primero, sobre los derechos y deberes fundamentales, en su artículo 20,  garantiza: “a expresar y difundir libremente los pensamientos, ideas y opiniones mediante la palabra, el escrito o cualquier otro medio de reproducción”, estableciendo como límites: “estas libertades tienen su límite…, especialmente, en el derecho al honor, a la intimidad, a la propia imagen y a la protección de la juventud y de la infancia”.

Aunque exista libertad de expresión y una persona pueda decir lo que quiera aunque resulte molesto, eso puede implicar o no, que lo que diga vaya a tener consecuencias, y esa persona, por haber dicho algo posiblemente repugnante o que genere animadversión, vaya a sufrir o no consecuencias como, por ejemplo, perder su trabajo, ser expulsado de una universidad o ser objeto de otro tipo de represalias. Calumniar, injuriar y ultrajar a una persona o a un país no es una expresión de libertad, sino de opresión, dado que la libertad no es hacer mi capricho, sino que nadie me pueda someter al suyo. Las “libertades” de comprar armas, conducir borracho o calumniar a otros no son libertades; la libertad consiste en vivir libre de las interferencias arbitrarias de otros. Convalidar una forma de violencia al amparo de la libertad de expresión, no es correcto. La violencia verbal, es violencia; la palabra es un arma; las palabras también hieren, marginan, destruyen las reputaciones, arruinan las Sigue leyendo

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