Cuantix: la ciencia en cómic

La física cuántica y la teoría de la relatividad tienen muy mala fama. Sus propuestas son un complejo galimatías solo comprensible para unos cuantos elegidos: físicos teóricos, profesores universitarios y otras tantas mentes privilegiadas. Este cómic, dirigido a todos los públicos, viene en nuestra ayuda. La vida cotidiana de una familia normal, y de un conjunto de amigos muy simpáticos, nos servirán para comprender asuntos tan interesantes como que el tiempo se desacelera cuando nos movemos a mayor velocidad, que estamos hechos casi por completo de vacío y que el tiempo, la materia y la energía no existen tal como los percibimos. A través de ilustraciones divertidas, de ejemplos ingeniosos y de mucho humor, «Cuántix» nos abre las puertas a una dimensión desconocida y nos presenta a los investigadores cuyas ideas han revolucionado nuestra visión de la realidad: ¡Einstein, Heisenberg, Schrödinger, Bohr… y muchos otros!

Lo más importante de un descubrimiento científico es su divulgación, por eso el periodista Laurent Schafer ha creado un tebeo donde se divulgan las interacciones entre los componentes esenciales del universo.

A través de sus ingeniosas viñetas descubrimos lo fácil que resulta aprender todo aquello que se presenta como asunto de una dimensión desconocida. La Teoría de la relatividad, la Teoría de cuerdas o La paradoja de los gemelos se convierten en temas sumamente divertidos. Por decir no quede que Schafer consigue familiarizarnos con Heinsenberg, Hawking y hasta con el gato de Schrödinger.

Bajo su aspecto de tebeo subyace un trabajo de alcance científico que debería ser incluido como libro de texto en los colegios. En definitiva, una de esas publicaciones que consiguen que aprendamos física divirtiéndonos.

La Palma podría acoger el TMT (el Telescopio de Treinta Metros )

El Senado ha ratificado este martes su apoyo unánime para que la isla canaria de La Palma acoja el Telescopio de Treinta Metros (TMT), y ha pedido para ello al Gobierno que impulse todas las actuaciones necesarias para conseguir esta infraestructura científica y tecnológica. Los grupos del PSOE y el PP en el Senado habían registrado sendas mociones en ese sentido, aunque han llegado a un acuerdo y consensuado una única iniciativa que ha sido respaldada por todos los grupos parlamentarios de la Cámara alta.

El telescopio está propuesto para ser mucho más grande que los telescopios existentes (aunque el espejo del Telescopio Europeo Extremadamente Grande, en proyecto, es 49% más grande), y está diseñado para hacer observaciones desde frecuencias cercanas al ultravioleta hasta mediados del infrarrojo (longitudes de onda de 0.31 a 28 μm). Adicionalmente, su sistema de óptica adaptativa podría ayudar a corregir los errores causados por la atmósfera terrestre, ayudándolo a alcanzar el potencial de un espejo de ese tamaño.

La Comisión de Ciencia, Innovación y Universidades del Senado ha respaldado una moción para pedir al Gobierno que impulse esas actuaciones, y que insta también a la Federación Canaria de Municipios (Fecam), a la Federación Canaria de Islas (Fecai) y a todas las instituciones públicas y privadas implicadas a manifestar su apoyo a este proyecto.
La iniciativa que se ha aprobado en el Senado insta al Gobierno a impulsar todas las actuaciones necesarias, junto al Instituto Astrofísico de Canarias (IAC), para tratar de llevar a La Palma ese telescopio gigantesco y a promover, junto al Gobierno de Canarias y al Cabildo Insular de La Palma, un Parque Científico Tecnológico en esta isla como infraestructura complementaria para el desarrollo del TMT.

La isla de La Palma figura como el “plan b” del consorcio del TMT, que eligió como primer emplazamiento el observatorio del Mauna Kea, en Hawai, aunque se ha producido una importante contestación de las comunidades aborígenes de la isla, que consideran sagrada la cumbre de ese volcán, por lo que los promotores buscan alternativas para un proyecto millonario. La administración estadounidense se ha concedido un año de plazo para evaluar el proyecto y la contestación que ha surgido al mismo en Hawai antes de decidir de forma definitiva si mantiene esta opción o “cede” su instalación a la isla canaria.

El telescopio de treinta metros pertenece a una nueva generación de telescopios “extremadamente grandes” que permitirán ver mucho más profundamente el espacio y observar objetos cósmicos con una sensibilidad sin precedentes. Con un diámetro del espejo principal de 30 metros, el TMT será tres veces más ancho y tendrá un área nueve veces mayor que el mayor telescopio de luz visible actualmente existente en el mundo. Su construcción rondaría los 1.200 millones de euros y el gasto anual de sus operaciones y mantenimiento unos 39 millones. El telescopio ha sido diseñado y desarrollado por una asociación internacional sin fines de lucro en la que participan el Instituto de Tecnología de California, la Universidad de California, los Institutos Nacionales de Ciencias Naturales de Japón, los Observatorios Astronómicos Nacionales de la Academia de Ciencias de China, el Departamento de Ciencia y Tecnología de la India y el Consejo Nacional de Investigación de Canadá.

La senadora socialista Olivia Delgado ha asegurado que sería un “hito histórico” la construcción en La Palma de esa infraestructura científica y tecnológica y ha subrayado que situaría a esta isla a la vanguardia mundial del estudio y el conocimiento del Universo. Delgado ha valorado el impacto económico y social que tendría el TMT, por el número de empleos que se crearían y la incidencia en el PIB de la isla, pero también por el aumento del número de turistas que se interesan por ese tipo de instalaciones y por el incremento de los eventos científicos que se programarían en La Palma. El senador del PP Borja Pérez ha destacado también el nivel de la ciencia en La Palma y que la isla es ya un referente mundial, y que la instalación de ese telescopio gigante la situaría “en la cúspide” de la astronomía mundial.
Oriundo de la isla y alcalde del municipio palmero de Breña Baja, el senador Borja Pérez ha celebrado la unanimidad de todos los grupos para respaldar una infraestructura “buena para La Palma, buena para Canarias y buena para España”, y ha asegurado que su localización allí contribuiría a diversificar la economía de la isla, que pivota ahora en el turismo y la agricultura.

Cuánto tiempo más durará el oxígeno en la Tierra.

La vida útil futura de la atmósfera rica en oxígeno de la Tierra es de aproximadamente mil millones de años, según revela un nuevo modelo numérico de biogeoquímica y clima.

Los entornos de la superficie de la Tierra están altamente oxigenados, desde la atmósfera hasta los confines más profundos de los océanos, lo que representa un sello distintivo de la biosfera fotosintética activa. Sin embargo, la escala de tiempo fundamental de la atmósfera rica en oxígeno en la Tierra sigue siendo incierta, particularmente para el futuro lejano. Resolver esta pregunta tiene grandes ramificaciones no solo para el futuro de la biosfera de la Tierra, sino también para la búsqueda de vida en planetas similares a la Tierra más allá del sistema solar. Un nuevo estudio publicado en Nature Geoscience ha dado respuesta.

Ozaki, K., Reinhard, C.T. The future lifespan of Earth’s oxygenated atmosphere. Nat. Geosci. 14, 138–142 (2021). https://doi.org/10.1038/s41561-021-00693-5. ACCEDER AL PDF

Durante muchos años, la vida útil de la biosfera de la Tierra se ha debatido sobre la base del conocimiento científico sobre el brillo constante del sol y el ciclo geoquímico global de carbonato-silicato. Uno de los corolarios de tal marco teórico es una disminución continua de los niveles de CO2 atmosférico y calentamiento global en escalas de tiempo geológicas. De hecho, generalmente se piensa que la biosfera de la Tierra llegará a su fin en los próximos 2.000 millones de años debido a la combinación de sobrecalentamiento y escasez de CO2 para la fotosíntesis. De ser cierto, se puede esperar que los niveles de O2 atmosférico también eventualmente disminuye en un futuro lejano. Sin embargo, no está claro exactamente cuándo y cómo ocurrirá esto”, dice Kazumi Ozaki, profesora asistente en la Universidad de Toho y autora principal de la investigación.

Para examinar cómo evolucionará la atmósfera de la Tierra en el futuro, Ozaki y Christopher Reinhard, profesor asociado del Instituto de Tecnología de Georgia, construyeron un modelo del sistema terrestre que simula los procesos climáticos y biogeoquímicos. Debido a que el modelado de la evolución futura de la Tierra tiene intrínsecamente incertidumbres en las evoluciones geológicas y biológicas, se adoptó un enfoque estocástico, que permite a los investigadores obtener una evaluación probabilística de la vida útil de una atmósfera oxigenada.

Ozaki ejecutó el modelo más de 400.000 veces, variando el parámetro del modelo, y descubrió que la atmósfera rica en oxígeno de la Tierra probablemente persistirá durante otros mil millones de años (1.080 +/- 0.140) antes de que la desoxigenación rápida haga que la atmósfera recuerde a la Tierra primitiva, antes del Gran Evento de Oxidación hace unos 2.500 millones de años.

“La atmósfera después de la gran desoxigenación se caracteriza por un metano elevado, bajos niveles de CO2 y sin capa de ozono. El sistema de la Tierra probablemente será un mundo de formas de vida anaeróbicas”, dice Ozaki.

La atmósfera rica en oxígeno de la Tierra representa un signo importante de vida que puede detectarse de forma remota. Sin embargo, este estudio sugiere que la atmósfera oxigenada de la Tierra no sería una característica permanente, y que la atmósfera rica en oxígeno solo podría ser posible durante el 20-30% de toda la historia de la Tierra como planeta habitado.

El oxígeno (y el subproducto fotoquímico, el ozono) es la firma biológica más aceptada para la búsqueda de vida en los exoplanetas, pero si podemos generalizar esta información a planetas similares a la Tierra, entonces los científicos deben considerar firmas biológicas adicionales aplicables a mundos anóxicos y débilmente oxigenados en la búsqueda de vida más allá de nuestro sistema solar.

Emmy Noether Amalie, la científica que asombró a Einstein.

Emmy Noether (1882-1935) fue una de las grandes mentes matemáticas del siglo XX. Cuando quiso estudiar matemáticas, no estaba permitido que las mujeres se inscribieran en la universidad. Su padre, el matemático Max Noether, enseñaba en la Universidad de Erlangen, en Baviera, institución que afirmaba que permitir que las mujeres se registraran “derrocaría todo el orden académico”. Sin embargo, dos años después Noether fue una de las dos estudiantes femeninas a la que se le permitió inscribirse en esa universidad, pero no con los mismos derechos que el resto de estudiantes: sólo se le permitía entrar como oyente a las clases y eso si los profesores daban la autorización expresa de que podía entrar al aula. “Pero eso fue suficiente para que pasara el examen de graduación en 1903 y para que calificara a un título equivalente al de una licenciatura”, indica Michael Lucibella, autor de la biografía sobre Noether publicada por APS (American Physical Society).

Pasó el año siguiente estudiando en la Universidad de Göttingen, pero regresó a Erlangen cuando la universidad finalmente revocó las restricciones a las mujeres estudiantes, completando su disertación sobre invariantes para formas bicuadráticas ternarias en 1907. Pese a que la universidad dio un paso adelante para permitir a mujeres estudiantes, continuaba excluyendo a las mujeres de tener posiciones en la facultad. “Noether enseñó en Erlangen durante siete años sin salario, en algunas ocasiones reemplazando a su padre”, indica Lucibella.

El matemático alemán David Hilbert trató de incorporarla al departamento de matemáticas de la Universidad de Göttingen en 1915, pero otros profesores se opusieron por ser mujer. Una de las razones por las que Hilbert presionó para llevar a Noether a Gotinga fue la esperanza de que su experiencia en la teoría invariante (números que permanecen constantes aunque se manipulan de diferentes maneras) pudiera aplicarse a la incipiente teoría de la relatividad general de Albert Einstein, que parecía violar la conservación de la energía.

Noether no defraudó, ideando un teorema que se ha convertido en una herramienta fundamental de la física teórica moderna al demostrar la relación entre simetrías y cargas conservadas. Una de sus consecuencias es que si un sistema físico se comporta igual independientemente de su orientación espacial, el momento angular del sistema se conserva. El teorema de Noether se aplica a cualquier sistema con simetría continua. 

Cuando Einstein leyó el trabajo de Noether sobre invariantes, le escribió a Hilbert: “Me impresiona que tales cosas puedan entenderse de una manera tan general. La vieja guardia de Gotinga debería aprender algunas lecciones de la señorita Noether. Ella parece saber lo que hace “.

Einstein escribió al New York Times después de su muerte, declarando que “la señorita Noether fue el genio matemático creativo más importante que haya existido desde que comenzó la educación superior para las mujeres”. Está considerada la madre del algebra moderna con sus teorías sobre anillos y cuerpos, pero su aporte a la ciencia no se restringe a las matemáticas.

El teorema de Noether

Teorema de Noether. A toda transformación continua de las coordenadas o/y los campos que deje invariante la acción en un volumen cuadridimensional le corresponde una corriente conservada jμ en la evolución que cumple Dμjμ=0.

Nos "aprovechamos" del blog amigo de Guillermo Sánchez León (director del programa Eureka USAL, con quien nuestro blog colabora de vez en cuando) para ilustrarnos sobre este Teorema en ESTE POST.
Lo llaman el teorema más bello del mundo, pero no es solo que sea hermoso por las cuestiones de la simetría sino que es de una potencia matemática tremenda y de una potencia de cálculo fantástica.

 El Teorema de Noether, determina la relación entre leyes de conservación físicas y los invariantes del sistema, en las que se basa toda la física teórica del último siglo.

Las invarianzas en Física son fundamentales, pero ¿Qué es una invarianza?: Imaginemos un tablero de ajedrez. El movimiento de las piezas es independiente de en qué posición coloquemos el tablero sobre la mesa. Por ejemplo: Un alfil que esté en una casilla negra se moverá en diagonal por las casillas negras y eso es independiente de la posición del tablero. Podemos decir que el movimiento de las piezas es invariante respecto de la posición del tablero. De la misma manera, una manzana que dejemos caer a altura de 10 m seguirá la misma ley de atracción gravitatoria independientemente de que lo hagamos en Madrid o en Nueva York.  El teorema de Noether utiliza el concepto de invarianza para explicar por qué existen leyes de conservación y magnitudes físicas que no cambian a lo largo de la evolución temporal de un sistema físico. 

Newton y Holanda.

Newton and the Netherlands: How Isaac Newton was Fashioned in the Dutch Republic. Jorink, E.; Maas, A. (eds.). Leiden University Press, 2012. ISBN 9789087281373.

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A lo largo del siglo XVIII, las ideas de Newton (en diferentes formas e interpretaciones) se convirtieron en un auténtico revuelo. La República Holandesa es conocida por ser una de las primeras en adoptar la filosofía natural de Isaac Newton. De hecho, el éxito de Newton en el continente se debió en gran medida a los eruditos holandeses que apoyaron su trabajo en una etapa temprana. Este volumen, Newton y los Países Bajos, está dedicado en gran medida a la percepción de las ideas de Newton en la República Holandesa, así como a la formación del propio hombre, desde la publicación de su obra magna Philosophiae naturalis principia mathematica, hasta el final del siglo XVIII.

En Newton & the Netherlands se analiza con gran profundidad el repentino éxito de Newton y se sitúa en una nueva perspectiva.

A pesar de la importancia de la República Holandesa en la historia del newtonianismo, se ha investigado sorprendentemente poco en este campo. Para la mayoría de los historiadores, la repentina popularidad del newtonianismo en la República Holandesa ha sido un hecho histórico que no requiere explicación y su introducción en los Países Bajos se considera habitualmente el siguiente paso lógico hacia la ciencia moderna: desde el aristotelismo, pasando por el cartesianismo hasta el newtonianismo. Desde este punto de vista, la aparición de la física de Newton en el currículo académico era inevitable, al igual que la creciente popularidad del propio hombre. Los elogios a “este milagro de nuestra época” se encuentran no sólo en los textos científicos, sino también en los discursos y en la literatura.