jueves, 30 de agosto de 2012

Mecánica Popular... Cuántica (Parte I)


Parte I

Este es un blog de corte personal. Las idioteces que aquí escriba son responsabilidad mía y usted está en pleno derecho de disentir. Si es así, o si le gustó lo que leyó, no dude en dejar un comentario.

Cuando comencé a colaborar en este blog, con Adrián y otro personaje cuyo nombre ya no recuerdo, estaba en proceso de cambiar mi vida. Renuncié a mi trabajo por seguir mis intereses: la física. Ahora estoy a punto de terminar la carrera e irme al posgrado, y estoy plenamente convencido que es algo que quiero hacer de por vida. En aquellos días del arranque del blog, mis lecturas científicas se limitaban a libros de divulgación y documentales en video. No podía entender otra cosa por mi precario nivel matemático; que es el idioma de la física. Ahora tengo otras herramientas que me permiten acceder a la literatura seria y, por fin, conectar algunos puntos.

Mis opiniones respecto a la pseudo-ciencia, medicina alternativa y demás áreas del conocimiento afines no han cambiado mucho. Por el contrario, quiero pensar que ahora tengo mejores herramientas para discutir pacíficamente los porqués de cada cosa. Uno nunca deja de aprender y es lo único que lamento de que seamos perecederos (soy un completo ignorante en tantas otras cosas). Le paramos al verbo personal, para pasar al título de esta entrada bloggera: mecánica cuántica.

En esta entrada trataré de abordar lo siguiente:


  • ¿Qué es la mecánica cuántica?
  • ¿Qué es la dualidad onda partícula?
  • ¿Qué es una función de onda?
  • ¿Hasta donde llega la mecánica cuántica?
  • ¿Hay otros modelos?
  • ¿Existe la medicina/curación/terapia cuántica?


¿Qué es la mecánica cuántica?

Todo en física son modelos. Un modelo no es otra cosa que una afirmación acerca de alguna regularidad de la naturaleza. En física, esto se hace a través de las matemáticas. Éstas proveen una forma compacta de expresar y cuantificar ideas. Ejemplo. Suponga que observa la regadera de su baño y se da cuenta de lo siguiente: la cantidad de agua que sale aumenta conforme gira la llave a la izquierda (abrirla). Uno podría proponer un modelo: el flujo de agua de la regadera es directamente proporcional a la posición de la llave. Esto se puede cuantificar construyendo lo que los matemáticos llaman: relación lineal. Sin entrar en detalles, lo que uno obtiene es una fórmula matemática con un parámetro que dicta que tanto cambia el flujo conforme abrimos o cerramos la llave. En este ejemplo sencillo pudimos realizar una observación y cuantificarla usando los mecanismos típicos de la ciencia. En la física esto es posible por una sencilla razón: la naturaleza posee regularidades que pueden ser observadas. Cuando hacemos el experimento/observación, ¿Importa si aún nos queda comida en el refrigerador? ¿Si está acomodada nuestra cama? ¿Nuestro estado de ánimo? Es poco probable. Esto es muy importante al momento de realizar un modelo; hay que ser cuidadosos cuando relacionemos dos eventos. El flujo que sale de la regadera es independiente del contenido de mi refrigerador, no así de la posición de la llave.

La mecánica cuántica también es un modelo. Escrito en el lenguaje de las matemáticas. En particular: álgebra lineal, probabilidad y estadística, ecuaciones diferenciales y otras cosas con nombres intimidantes pero técnicamente admirables. Es un modelo físico que sirve para describir sistemas en la escala de lo pequeño. Y cuando digo pequeño me refiero a tamaños atómicos. Es muy difícil apreciar la diferencia de escala, cuando nosotros mismos estamos “atrapados” en una parte de ese enorme rango. Prefiero evitar las analogías por ahora. Solo sepan que el mundo cuántico es tan pequeño que nuestros sentidos no son capaces de experimentarlo de manera directa. No podemos ver un átomo, no podemos medir el movimiento de un átomo, no podemos percibir la energía de partículas individuales (es increíblemente pequeña). Todo lo que sentimos y vemos es una versión redondeada de procesos microscópicos y cuánticos. La mecánica cuántica nació en el primer cuarto del siglo 20, como una serie de intentos exitosos por explicar ciertas observaciones en la naturaleza. El tipo de observaciones a las que me refiero son bastante más técnicas que nuestra regadera del primer ejemplo. Sin embargo, no dejan de ser regularidades observables.

Entre los físicos, la mecánica cuántica ocupa una posición muy particular. Nadie sabe porqué funciona, pero todos aprecian el hecho de que cumple su cometido. La segunda mitad del siglo 20 ha visto una serie de adelantos tecnológicos gracias a la mejoría en nuestra limitada comprensión de la naturaleza. Algunos inventos macabros, como el armamento nuclear y otros no tanto, como aplicaciones electrónicas y médicas impensables en el pasado. Pasemos al hecho de que “nadie sabe porque funciona”.

Hasta bien entrado el siglo 19, el universo científico estaba compuesto por objetos con bordes rugosos, engranes y poleas que explicaban el porque de ciertas cosas. Podíamos predecir una serie de fenómenos naturales basados en suposiciones simples. Las estaciones del año, eclipses, tránsitos planetarios y hasta cosas menos obvias como máquinas térmicas (motores). Todo esto pertenece al dominio de la física clásica y se traslapa con lo que nosotros denominamos: intuición. La intuición no es más que una serie de asociaciones mentales que hacemos entre estímulos exteriores y nuestra propia experiencia. Es difícil salir de ese esquema, pero no es imposible entrenar la intuición para observar cosas que escapan a nuestras actividades habituales. Esta es la labor de un científico: observar la regularidad de la naturaleza en busca de patrones. Cuando nos aferramos al estado en el que se encuentra nuestra intuición tenemos problemas en aceptar ideas diferentes. Justo esto sucedió cuando se introdujo la hipótesis atómica (que precede a los siglos 19 y 20, pero fue esa la época de transición en nuestro pensamiento). Así, las ideas cuánticas representaron un golpe duro al universo de poleas y engranes conocido hasta ese momento. Más extrañas aún son las descripciones físicas que se hacen en mecánica cuántica, mismas que son díficiles de conectar con nuestra intuición. Lo mejor es olvidarse de lo que uno cree saber y explorar el nuevo mundo.

Como decía, en la física clásica hay esferas, poleas, cuerdas y todo tipo de objetos  a los que estamos acostumbrados. En el mundo cuántico no. En el mundo macroscópico (clásico) hay colores, olores, sabores, emociones y recuerdos. En el mundo cuántico no. En el mundo clásico las cosas se mueven de una manera que podemos observar. En el mundo cuántico no. Por último, la descripción matemática del mundo clásico coincide con nuestra intuición de objetos macroscópicos (galaxias, planetas, aviones, humanos, frutas, bolitas y palitos); en  el mundo cuántico solo existe: la función de onda. ¿Qué representa la función de onda en nuestro mundo macroscópico? Es imposible dar una respuesta concreta. Los padres de esta rama de la física dedicaron sendas horas a intensos debates al respecto. Sería ridículo de mi parte intentar dar mi opinión al respecto. Yo me uno a los agnósticos que dicen: funciona, pero nadie sabe porque. Las interpretaciones al modelo son variadas y en el currículum estándar de física se estudia una en particular: la de Copenhagen. Ésta cuenta con una serie de éxitos y problemas filosóficos que para cuestiones prácticas nos importan poco. Personalmente, no he estudiado otras interpretaciones (aún), así que me abstengo de comentar al respecto. Todo lo que aquí les platicaré está en el contexto de esa interpretación en particular.

Fue suficiente por hoy. En la siguiente entrada pasaremos a otros detalles del punto de vista cuántico y como encaja en la realidad (lo que sea que eso signifique). No dejen de comentar, aunque sea para decir: “Saludos” o “No lei tu entrada pero eres un pendejo!!!111!!exp{i2Pi}!!”.

Y como dice un tipo muy inteligente, nos vemos en el espacio entre el cero y el uno.

jueves, 16 de agosto de 2012

El explorador Curiosity

Publicado en Periódico Zócalo
http://www.zocalo.com.mx/seccion/opinion-articulo/el-explorador-curiosity

“En algún lugar, algo increíble espera ser descubierto”.
Carl Sagan


El domingo/lunes pasado seguí la transmisión en vivo de la NASA acerca del explorador Curiosity y fui testigo de cómo la ingeniería es tan poderosa que logra aterrizar un laboratorio de casi una tonelada en un planeta a 560 millones de kilómetros de distancia, después de ocho meses y medio de viaje, con una precisión tan asombrosa que cualquier hoyo en uno se queda corto.

Pero lo que más me gustó de la odisea fue el aterrizaje. La sonda iba equipada con un paracaídas la cual redujo la velocidad descendiente. Después, un complicado sistema de grúa voladora se activó y comenzaron los cohetes de retropropulsión para detener un poco más la caída de la sonda. Aunque la velocidad se redujo dramáticamente, la grúa no podía depositar al Curiosity en el suelo debido a que los cohetes levantarían mucho polvo y este pudiera dañar los instrumentos, es por eso que unos cables bajaron lentamente al Curiosity, lo depositaron en el suelo, y la grúa tomó propulsión para alejarse y no estrellarse con el explorador ya en el suelo. Digno de cualquier película de ciencia ficción.

Las imágenes son totalmente increíbles. Desde la primera imagen que transmitió el Curiosity, donde claramente se ve una de sus llantas, hasta la toma de la sonda MRO que orbita Marte en donde se ve el paracaídas abierto con la sonda colgando. Todo esto lo deja a uno atónito ante tal despliegue de ciencia y tecnología.

La NASA ya había depositado otros exploradores en suelo marciano, entre ellos el Spirit y el Opportunity, y también tiene dos módulos orbitando en Marte, el MRO (Mars Reconnaissance Orbiter) y el Mars Odyssey, y la inclusión del Curiosity en ese planeta, les va a dar a los científicos muchos más datos de nuestro vecino rojo, ya que el Curiosity va cargado en serio con muchos instrumentos modernos para el análisis completo de cualquier cosa con la que se encuentre.

Es probable que el lector ya conozca sobre dicho aterrizaje en Marte, así que vamos a dedicarles unas líneas a algunos hechos de ese planeta que quizá no conocía.

• El aparente color rojo con el que lo vemos es debido al óxido de hierro, literalmente, las rocas metálicas de Marte se están oxidando.

• Ningún humano podría sobrevivir en Marte sin equipo apropiado. Marte tiene muy baja presión, y esto ocasionaría que el oxígeno de nuestra sangre literalmente se convirtiera en burbujas y significaría una muerte instantánea.

• Marte no tiene capa de ozono, como la tiene la Tierra. Esto quiere decir que, cuando sale el Sol en aquellos rumbos, Marte es bombardeado con letales dosis de radiación.

• Tiene el laberinto de cañones montañosos más grande conocido en el Sistema Solar, se llama el Laberinto de la Noche.

• Marte tiene la mitad del diámetro de la Tierra, pero, la cantidad de superficie terrestre es casi igual porque la Tierra tiene mucha agua. También, es más ligero que la Tierra (1/10 de masa), y es el último planeta terrestre (rocoso), los demás, a partir de Marte, son gaseosos.

• Debido a que Marte está más alejado del Sol que nosotros, le toma 687 días darle la vuelta, el doble de lo que nosotros.

• Marte tiene dos pequeñas lunas, Deimos, y Phobos, la cual se estrellará en Marte (o se partirá) en 50 millones de años.

• Marte no tiene campo magnético como la Tierra, pero la evidencia sugiere que alguna vez lo tuvo.

• En 1965, los Estados Unidos de Norteamérica lograron acercar la sonda Mariner 4 después de 228 días de viaje y envió de vuelta 22 imágenes. Algunos científicos se sintieron decepcionados de que no hallaron agua o vegetación, aunque, en el 2008 los científicos creen que hallaron evidencia significativa de carbonatos, lo cual sugiere que alguna vez hubo agua líquida, y probablemente, vida.

La misión del Curiosity es específica, analizar el Crater Gale (en donde aterrizó). ¿Por qué ahí? Los estudios, desde los módulos que orbitan Marte, han demostrado que ese cráter tiene muchas capas de minerales en el centro. Estas capas pueden dar la historia de cómo era Marte en el pasado, aparte, al parecer hubo agua que marcó unos canales en el cráter, es por eso que el Cráter Gale es un lugar fascinante e idóneo para estudiar. Probablemente sabremos a dónde se fue el agua de Marte, y lo más importante, si Marte alguna vez fue habitable.

Muchas personas ven estas misiones como gastos inútiles, o dicen que se tienen los suficientes problemas en la Tierra como para gastar en eso, o, para qué explorar el espacio, incluso hay personas que dudan de que el explorador llegó a Marte, así como dudan que el humano llegó a la Luna. Tal vez esas personas debieran reconsiderar su postura al darse cuenta que la exploración espacial nos ha dado imágenes satelitales de huracanes y su movimiento, previniendo desastres, o también deberían considerar a los satélites que monitorean al Sol, el cual, tiene una influencia directa sobre nosotros, pero más bien, la pregunta que yo hago es ¿por qué no?.Por qué no saber más del planeta rojo, saber su historia, saber si fue habitado, el clima, la cantidad de radiación que recibe, a mí se me hace algo fascinante.

Aparte, la intención de la NASA es enviar humanos a Marte para el 2030, así que, probar la tecnología con la que se cuenta y saber toda la información posible sobre el planeta, es vital para esta atrevida meta. De eso se trata la exploración espacial; de atreverse, de aventurarse a buscar entre lo desconocido, y las misiones de este tipo son esenciales para el lograrlo.

El explorador Curiosity ya está en Marte y su aventura apenas comienza.