Newton y la cuarentena.

En muchos lugares del planeta se están viviendo cuarentenas domiciliarias a causa de la epidemia de coronavirus. Pero en cuarentenas precedentes, como por ejemplo durante la Peste, el confinamiento en casa y el distanciamiento social seguramente favoreció a genios como Boccaccio, Shakespeare o Newton, con mucho tiempo y rodeados de tranquilidad, silencio y otros elementos impropios de la vida social, llevaran a cabo algunas de sus descubrimientos u obras maestras.

newton peste bubónica - Búsqueda de Google

Cuando la Gran Plaga de Londres asoló la ciudad Newton tenía 20 años. Era solo otro estudiante universitario en el Trinity College de Cambridge. Pero incluso sin saber exactamente por qué, la gente practicaba algunas de las mismas cosas que hacemos hoy en día para evitar enfermedades altamente contagiosas. En Londres, donde se dio uno de los mayores brotes de peste bubónica, una cuarta parte de la población moriría entre 1665 y 1666.

Para procurar el distanciamiento social, Cambridge envió a los estudiantes a casa para continuar sus estudios. Newton, se marchó a Woolsthorpe Manor, la finca familiar al noroeste de Cambridge.

1. OPTICA

Un tema que siempre le había interesado a Newton era la luz y el color. Dos años antes, visitando la feria anual de Sturbridge cerca de la universidad de Cambridge, había comprado algunos prismas de cristal. Le había fascinado la forma en que el prisma parecía cambiar la luz blanca en un espectro de colores como el arco iris. Nadie entendía de dónde venían esos colores; una teoría era que el vidrio de alguna manera añadía color a la luz, que de otra manera sería incolora.

Colocando su prisma en diferentes posiciones mientras el sol entraba por su ventana orientada al sur, observó cuidadosamente dónde aparecían los colores en la pared de la habitación. Hizo observaciones y mediciones detalladas, y gradualmente llegó a entender que el prisma estaba refractando, es decir, doblando, la luz del sol, y en el proceso revelando los colores que lo componen. Newton había descubierto que la luz blanca es una mezcla de todos los colores del arco iris, pero que esos colores se hacen visibles sólo cuando los rayos de luz son refractados en diferentes ángulos.

Es entonces cuando surgieron sus teorías sobre óptica y nacería su famoso libro ‘Opticks’. Toda la óptica moderna se basa en el descubrimiento de Newton, como una de las ventajas de tener tiempo para meditar y experimentar con comodidad y sin un sistema de clases estructuradas.

El lado oscuro del genio Isaac Newton - BBC News Mundo

Newton siguió experimentando en su laboratorio, y esa mezcla de teoría y práctica resultó en muchos tipos de descubrimientos diferentes. Su teoría de la óptica lo hizo reconsiderar el diseño del telescopio, que hasta entonces era un instrumento grande y engorroso. Usando espejos en lugar de lentes, Newton creó un instrumento más poderoso y 10 veces más pequeño que los telescopios tradicionales.

Cuando la Real Sociedad de Londres para el Avance de la Ciencia Natural supo del telescopio de Newton, sus miembros quedaron impresionados., describiéndolo como un “experimiento crucial” sobre luz y color.

2. DESARROLLO EL METODO DE LAS FLUXIONES QUE DERIVARÍA EN EL CÁLCULO DIFERENCIAL

Eso no fue todo lo que ocupó la mente de Newton. Se centró en el movimiento y la inercia, y en lo que era entonces el problema sin resolver de cómo medir el cambio de velocidad y dirección de un objeto en vuelo. Disparar una flecha o disparar una bala de cañón: Se lanzan hacia arriba, luego se desaceleran gradualmente, luego cambian de dirección y vuelven a caer. ¿Pero qué determina su velocidad y dirección? Este era un misterio que nadie había resuelto – hasta que Newton centró su atención en la cuestión del movimiento y cómo se gobernaba. Poco a poco elaboró las tres leyes esenciales que hacen que el movimiento sea comprensible:

  • El cuerpo en reposo permanecerá en reposo, y un cuerpo en movimiento permanecerá en movimiento, a menos que sea accionado por una fuerza externa.
  • La fuerza que actúa sobre un objeto es igual a la masa de ese objeto por su aceleración, o en notación matemática, F = ma.
  • Para cada acción, hay una reacción igual y opuesta.

Las leyes de Newton sentaron las bases de la mecánica clásica, y sobre ellas generaciones de físicos construyeron edificios imponentes. Las matemáticas necesarias para derivar estas leyes, que involucran múltiples variables con cantidades continuamente cambiantes, no existían en los días de Newton. Así que inventó una disciplina matemática completamente nueva. La llamó su “Método de las fluxiones”, aunque con el tiempo se conocería como cálculo diferencial.

3. LEY DE LA GRAVEDAD

Un día, en su jardín, una manzana realmente cayó (o así lo recordó como un anciano décadas más tarde). El joven estudiante universitario reflexionó sobre la fuerza que arrastró esa manzana a la tierra. Era una fuerza que parecía operar incluso a grandes distancias: Una manzana que cayera del árbol más alto imaginable seguiría golpeando el suelo. ¿Hasta dónde llegaba esta fuerza? Tal vez hasta la Luna. Sin embargo, la luna no cayó a la tierra, sino que viajó alrededor de ella. ¿Por qué?

El problema del movimiento celestial irritaba a los intelectuales de la época de Newton. Podían imaginar un globo que giraba en una cadena, dando vueltas y vueltas, la fuerza centrípeta que lo mantenía en una órbita estable. Sin embargo, si se corta la cadena y el círculo se detiene, el globo vuela en línea recta. Sin embargo, los cuerpos celestes no vuelan en línea recta. Aunque no están atados por cadenas, se mueven en órbitas fijas. ¿Cómo puede ser eso?

Solo en Lincolnshire, Newton resolvió el rompecabezas: Increíblemente, descubrió la ley de la gravedad. La misma fuerza que tira de una manzana al suelo mantiene a los planetas distantes en su camino. Esa era la cadena que unía la luna con la tierra y los planetas con el sol. La gravedad no se podía ver ni tocar, pero se podía probar con las matemáticas. Llenó página tras página con sus cálculos, y finalmente derivó la fórmula que, según dijo, “me permite explicar el sistema del mundo”.

20 AÑOS DESPUÉS publicó su gran tratado sobre movimiento y gravitación, su título era “Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica” (en español, Principios Matemáticos de la Filosofía Natural). Esta obra está considerada como el libro más importante en la historia de la ciencia. Sacudió a la civilización occidental hasta sus entrañas, ya que demostró, como ningún otro trabajo anterior, que el universo era lógico y se podía conocer y estudiar.


Así que, ya sabes, aprovecha el confinamiento. Después de todo, no estás entre cuatro paredes. Hoy en día hay una quinta pared, abierta al mundo y a la investigación a través de la pantalla de tu móvil/tablet/ordenador. ¿Serás tú el nuevo Newton?

Premios de Física ‘Real Sociedad Española de Física-Fundación BBVA 2019’

Los científicos de la USAL Santiago Velasco y Carlos Hernández, galardonados en los Premios de Física ‘Real Sociedad Española de Física-Fundación BBVA 2019’

Los científicos de la USAL Santiago Velasco y Carlos Hernández, galardonados en los Premios de Física ‘Real Sociedad Española de Física-Fundación BBVA 2019’ | Sala de Prensa

Los científicos del Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Salamanca Santiago Velasco y Carlos Hernández García, de las áreas de Física Aplicada y de Óptica, respectivamente, han sido galardonados en la última convocatoria de los Premios de Física “Real Sociedad Española de Física-Fundación BBVA 2019”. Unos galardones con los que se quiere reconocer la “excelencia en científicos y docentes que, consagrados a la física y formando parte notable de la comunidad articulada en la RSEF, se hayan distinguido por contribuciones sobresalientes en física y por haber generado vocaciones en ciencia”, según destaca el fallo de la convocatoria.

De entre las más de 60 candidaturas con perfiles científicos y académicos de elevada calidad propuestas en las diferentes categorías del certamen, el jurado de los premios, reunido el pasado día 10 de septiembre en Madrid, resolvió adjudicar los galardones al catedrático Santiago Velasco, en la categoría de “Enseñanza y Divulgación de la Física (modalidad Enseñanza Universitaria)”, y a Carlos Hernández García, en la de “Investigador Joven en Física Teórica”.

Premios de Física de la RSFE-Fundación BBVA 2019

“Enseñanza y Divulgación de la Física (modalidad Enseñanza universitaria)”, fallado a favor de Santiago Velasco Maíllo. El jurado ha valorado su “contribución a la enseñanza universitaria de la física a través de la escritura de numerosos libros de texto y artículos en revistas internacionales especializadas en el tema. Asimismo, se destaca su implicación y demostrada solvencia en actividades de divulgación a todos los niveles, lo que abarca desde la organización de encuentros para estudiantes al acercamiento de la física a colectivos desfavorecidos o en riesgo de exclusión”.

“Investigador Joven en Física Teórica”, fallado a favor de Carlos Hernández García. El jurado destaca sus “importantes contribuciones a una nueva generación de láseres ultrarrápidos, altos armónicos generados por láser y a la ciencia de rayos x. Sus modelos predictivos han sido demostrados experimentalmente, mediante una aproximación teórica, en colaboración con grupos experimentales punteros de nivel internacional. Ha demostrado una elevada madurez científica y liderazgo, abriendo líneas de investigación en los centros donde desarrolla su labor científica”.

Asimismo, en la presente edición de los premios también resultaron reconocidos los científicos Carlos Dorronsoro, en la categoría “Física, Innovación y Tecnología”, investigador del CSIC vinculado a la USAL como profesor externo del Máster en Física y Tecnología de los Láseres de la Universidad de Salamanca, y Miguel Ángel Queiruga, en la categoría “Enseñanza y Divulgación de la Física (modalidad Enseñanza Secundaria), docente de la Universidad de Burgos y licenciado en Ciencias Física por la Universidad de Salamanca.

Descubierta una nueva propiedad de la luz

Científicos de la Universidad de Salamanca hacen un hallazgo que podría servir para estudiar mejor los objetos más pequeños de la naturaleza como virus, células o átomos.

El hallazgo suma una nueva cualidad de la luz que puede medirse y controlarse. El láser es una variante de luz amplificada y focalizada que tiene un enorme interés científico y médico debido a que se puede controlar su dirección, intensidad y longitud de onda. El nuevo descubrimiento se centra en la capacidad de acelerar o frenar la velocidad de rotación de un haz de luz, algo que los autores del descubrimiento denominan “auto torque“, una palabra prestada del inglés.

“Es una nueva propiedad que hasta ahora no se había observado”, explica Laura Rego, física óptica de la Universidad de Salamanca y primera autora del estudio, publicado en la prestigiosa revista Science y destacado en su portada.

Table of Contents — June 28, 2019, 364 (6447) | Science

Rego L, Dorney KM, Brooks NJ, Nguyen QL, Liao C-T, San Román J, et al. Generation of extreme-ultraviolet beams with time-varying orbital angular momentum. Science. 2019;364(6447):eaaw9486. DESCARGAR PDF

Rego compara su descubrimiento con un conductor que mueve sus dos manos en diferentes sentidos para girar el volante. “Nosotros hemos predicho teóricamente y observado de forma experimental que lo mismo es posible con haces de luz. Podemos cambiar la velocidad de rotación, es decir, cambiar el momento angular de la luz, algo que hasta ahora no se había hecho”, explica esta física óptica de 25 años. Se trata de una propiedad natural de la luz. El haz, una vez creado en las condiciones adecuadas, tiene la capacidad de acelerar o frenar su rotación por sí solo.

Hace 30 años se desarrollaron haces de luz láser que se desplazan rotando en torno a un punto, una especie de tornado lumínico. Al igual que un torbellino, estos haces pueden atrapar moléculas y partículas con un tamaño de milmillonésimas partes de un metro y hacerlas girar, lo que permite observarlas en tres dimensiones. El año pasado, el estadounidense Arthur Ashkin ganó el Nobel de Física por el desarrollo de estas “herramientas de luz” y su aplicación al mundo de la biología. Este tipo de luz también sirve para almacenar y transmitir información y para el entrelazamiento cuántico de partículas.

Descubierta una nueva propiedad de la luz | Ciencia | EL PAÍS
Laura Rego, Carlos Hernández, Julio San Román y Luis Plaja. Universidad de Salamanca

Hasta ahora solo se han podido crear torbellinos de luz con una velocidad de rotación constante. Rego, junto a su compañero Carlos Hernández-García y su jefe de grupo, Luis Plaja, todos de la Universidad de Salamanca, realizaron los cálculos teóricos que demostraban que esa velocidad puede ser variable. Con esos cálculos en la mano contactaron con científicos de JILA, uno de los principales centros de investigación en física y fotónica de EE UU, situado en la Universidad de Colorado (EE UU). Allí existen las instalaciones necesarias para desarrollar este tipo de haces de luz, un equipamiento con un coste de unos dos millones de euros, explica Hernández-García.Primero se crean haces de luz láser infrarroja focalizada intensamente sobre una nube de gas. Al cruzarla, los pulsos de láser se transforman en haces con forma de vórtice con una longitud de onda cercana a la de los rayos X y cuya velocidad es variable a lo largo del tiempo”, explica.

“Por ahora este hallazgo no tiene unas aplicaciones directas para mejorar los móviles o el almacenamiento de memoria, pero sí es una herramienta buena para estudiar la dinámica electrónica en tiempos muy cortos que van desde una milbillonésima de segundo a una trillonésima de segundo. Son los tiempos más cortos en los que se puede hacer ciencia con luz. Esto nos da un nuevo grado de libertad, pues incluimos poder controlar el factor tiempo”, resalta.

“Es un descubrimiento físico fundamental”, opina el biofísico Ricardo Arias González, introductor en España de las pinzas ópticas con aplicaciones biológicas. “Es algo que se esperaba y ellos lo demuestran y dan la receta para conseguirlo”.

Es relativamente habitual que los físicos que trabajan en este campo no sepan predecir las aplicaciones de sus hallazgos. “Atkins descubrió que se podía hacer atrapamiento cuántico de átomos, pero hasta que no se aplicó a células y virus, muchos años después, su descubrimiento permaneció casi oculto. Ahora es la técnica estrella para manipular nanopartículas biológicas y se está investigando con partículas magnéticas controladas con luz para que generen calor y destruyan tumores o que liberen fármacos. Hay todo un campo por explotar, pero requiere mucho tiempo de investigación”, explica.

Galaxia musical: el espectro visible de luz

Bienvenido a La Galaxia Musical. Todos los viernes en Vasos Comunicantes. 

Escucha y disfruta!!


pink floyd dark side of the moon - Buscar con Google

En uno de los discos conceptuales más exquisitos de la historia del rock como lo es Dark Side of the Moon, de Pink Floyd, la portada del disco nos presenta un prisma refractando un haz de luz blanca.

Prácticamente toda la luz con la que interactúan nuestros ojos es en realidad blanca, pero esta luz posee diferentes rangos de longitud de onda en sí misma y por ejemplo, al pasar por un prisma, la refracción hace que esas ondas se quiebren y se dispersen en diferentes ángulos que nos permiten ver los colores. Lo mismo que en los arcoíris sucede con las pequeñas gotas de agua y aquello de lo que tanto nos habló Isaac Newton en su obra Óptica, de 1704.

¿Qué es el espectro visible de luz?

HORST FRANK/WIKIMEDIA COMMONS

El espectro visible de luz es el espectro de radiación electromagnética que es visible para el ojo humano. Va desde una longitud de onda de 400 nm hasta 700 nm. También se conoce como: el espectro óptico de la luz.

Estas son entonces las ondas que componen lo que llamamos luz visible. Cuando estamos viendo un objeto, es porque ese objeto está siendo iluminado por la luz visible. Por otra parte, cuando vemos que el cielo es de color azul, que el campo es de color verde o que el cabello de alguien es de color negro, es porque en ese momento estamos recibiendo diferentes longitudes de onda en la banda de los 400 nm y los 700 nm.

La longitud de onda

La longitud de onda (la cual está relacionada a la frecuencia y la energía) de la luz es la que determina el color que percibimos. El rango de estos diferentes colores es bastante amplio y extenso, habiendo numerosos colores entre los que nos es posible distinguir.

El espectro visible de luz - VIX

Algunos estudiosos y científicos no están de acuerdo entre sí sobre los diferentes rangos de las longitudes de onda, por lo que es difícil calcular con precisión en dónde comienza y en dónde acaba cada color Esto se debe a que los límites de los colores se aproximan a medida que los mismos se van mezclando unos con los otros.

El espectro visible de luz - VIX

En otras palabras, es decir que en las últimas longitudes en las que termina un color ya se está formando el siguiente. Los límites del espectro de luz visible terminan en la luz ultravioleta y en los infrarrojos.

A grandes rasgos, de forma muy simplificada, podemos establecer la siguiente categorización en cuanto a las longitudes de onda y el color que vemos:

  • 625 – 740: Rojo.
  • 590 – 625: Naranja.
  • 565 – 590: Amarillo.
  • 520 – 565: Verde.
  • 500 – 520: Cian.
  • 435 – 500: Azul.
  • 380 – 435: Violeta

Tu oficina o habitación podría servir como un procesador para las ondas Wi-Fi

Los experimentos demuestran que una habitación de una casa o de un edificio de oficinas podría actuar como un ordenador analógico que procesa las microondas utilizadas para Wi-Fi.

I. M. Vellekoop and A. P. Mosk, “Focusing coherent light through opaque strongly scattering media,” Opt. Lett. 32, 2309-2311 (2007). 

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Sala de ordenadores. Para demostrar su método de computación analógica basado en las ondas, los investigadores construyeron una caja metálica que imita una pequeña habitación de una casa o un edificio de oficinas. Un conjunto de ondas Wi-Fi en forma de metamaterial (MARRÓN) que rebotan por toda la habitación. Cuatro antenas repartidas por toda la sala registraron el cálculo resultante

La mayoría de los ordenadores realizan operaciones con información digital en forma de unos y ceros, pero también es posible calcular con información continua (o analógica), como la tensión en un circuito electrónico o la amplitud de una onda de luz. Experimentos con computación analógica basada en ondas muestran que su oficina o una habitación de su casa podría servir como un procesador para las ondas Wi-Fi que rebotan aleatoriamente en las paredes – un arreglo reflectivo puede “dar forma” a las ondas para dar la salida deseada. Con una mayor optimización, los investigadores prevén que este tipo de procesador analógico podría realizar operaciones más rápidamente y consumir menos energía que las máquinas digitales actuales.

Algunos de los primeros ordenadores electrónicos eran analógicos, pero los digitales resultaron ser más flexibles y precisos. Aún así, hay tareas, como las operaciones de matriz y el procesamiento de imágenes, para las que un cálculo analógico puede ser más rápido que su homólogo digital. Un reciente resurgimiento del interés en la computación analógica se ha centrado en los metamateriales, estructuras que pueden controlar los trayectos de las ondas de luz. La idea es que la amplitud o fase de las ondas entrantes codifica la información, y el metamaterial “procesa” esa información dispersando las ondas y haciendo que interfieran entre sí. El resultado del cálculo se codifica en las ondas producidas. La dificultad ha sido la fabricación de un metamaterial que puede realizar los efectos de dispersión deseados. Tal dispositivo también tiene la desventaja de no ser reprogramable.

Traducción realizada con el traductor http://www.DeepL.com/Translator