Espejismos, qué son y cómo se producen

Por: José Luis Maldonado Rivera*

El espejismo (de espejo) es una ilusión óptica, la cual consiste en que los objetos lejanos aparecen reflejados en una superficie mojada que en realidad no existe. Los espejismos los observamos muy frecuentemente en carreteras calientes o en zonas desérticas ¡también bastante calientes! A distancia, sobre el asfalto caliente vemos cómo se refleja el entorno pareciendo que existiera una película de agua sobre la carretera o bien, sobre la arena caliente de un desierto. Distante de nosotros, un espejismo da la sensación de tener a unos cientos de metros adelante un estanque de agua.

Los espejismos producen imágenes virtuales invertidas: cuando nos vemos en un espejo, nosotros somos un objeto real y nuestra imagen en el espejo es virtual, esta imagen virtual no puede ser tocada. Estas imágenes virtuales de objetos distantes, se ven debajo del objeto porque los rayos de luz se curvan por efecto de la temperatura. Dependiendo de nuestra posición, es posible ver el objeto y su imagen, o solamente la imagen. Frecuentemente, cuando la superficie terrestre se calienta demasiado por radiación solar, las capas de aire más próximas a la tierra se hallan mucho más calientes que las que se encuentran a alturas mayores. Esta situación produce una condición de equilibrio inestable en que, en lugar de decrecer, la densidad del aire aumenta con la altitud (al menos hasta una cierta altura). En consecuencia el índice de refracción aumenta, cambia también con la altura y los rayos luminosos se curvan con la concavidad hacia arriba en la proximidad de la superficie. El índice de refracción es una importante propiedad de los materiales que nos indica que tan rápido viaja un rayo luminoso dentro de ellos, por ejemplo, sabemos que la velocidad de propagación de la luz es aproximadamente de 300 mil kilómetros por segundo en el vacío o en el aire, pero en el agua esta rapidez se reduce aproximadamente a 225 mil y en el vidrio a 200 mil kilómetros por segundo.
Bajo estas condiciones, los rayos luminosos provenientes de objetos situados en la proximidad de la superficie terrestre pueden llegar a nuestros ojos ya sea por una trayectoria recta que no se aproxima a la superficie o por una trayectoria curvilínea que pasa cerca de ésta. Así, veremos al objeto en su posición real y además una imagen invertida del mismo como si fuera reflejado por una superficie de agua.

¡Por lo anteriormente expuesto, en las horas más calurosas del verano, la imagen del cielo parece provenir del asfalto de la carretera, si está muy caliente, a la vez que ésta nos parece mojada. Asimismo, en ocasiones, una montaña, un auto, un árbol, etcétera, ¡parecieran flotar en la atmósfera!

* Investigador del Centro de Investigaciones en Óptica

Un poquito sobre el núcleo

Abdus Salam, premio Nobel de física en 1979 nos explicaba la siguiente anécdota:

Aún recuerdo aquella escuela de Jhang, población de Pakistán. Nuestro maestro
hablaba de la fuerza de la gravedad. Por supuesto, la gravedad era un fuerza
bien conocida y el nombre de Newton había llegado hasta un remoto lugar como
Jhang. Nuestro maestro nos habló luego del magnetismo y nos mostró un imán.
Entonces dijo:- La electricidad! Ah, esa es una fuerza que no ha llegado a
Jhang, sólo está en la capital de esta provincia, Lahore, que queda a cien
millas hacia el este.El maestro tenía razón, pues la electricidad no llegó a
Jhang hasta 5 años después. ¿Y la fuerza nuclear?:- Es una fuerza que sólo se
conoce en Europa. No está en la India ni en el Pakistán, de manera que no
tenemos que preocuparnos por ella.

Como no quiero que eso suceda en el uroboro de kekulé , vamos a poner la primera piedra.
La palabra átomo significa “sin división” y por lo que sabemos hoy día la palabra no hace referencia a lo que Leucipo y Demócrito quisieron decir en su momento. El concepto de átomo para ellos se acercaría mucho más al concepto de “partícula elemental”.

Todo átomo está compuesto por electrones con carga negativa orbitando alrededor de un núcleo con carga positiva. Dicho núcleo fue descubierto por Ernest Rutherford hace ya unos cuantos años. Las investigaciones desarrolladas por James Chadwick y los Joliot-Curie concluyeron en 1932 que los núcleos están formados por partículas más pequeñas: protones y neutrones. Los protones tienen una carga positiva y los neutrones no tienen carga. Ambas partículas tienen casi la misma masa (un poco más el neutrón) y a ambas los físicos las llaman nucleones. Cada elemento particular tiene un núcleo con un número fijo de protones y ese número no puede variar. Si lo hace, el elemento cambia (de hecho, ese era el sueño de los alquimistas: lograr cambiar un elemento y convertirlo en oro). Al número de protones de un elemento se le llama “número atómico”.

En condiciones de estabilidad el número de los electrones es igual al de protones, de manera que el átomo es eléctricamente neutro. La masa del protón es aproximadamente 1840 veces la del electrón, por lo que podemos afirmar que la totalidad de la masa del átomo reside en el núcleo. ¿Cómo es de grande un núcleo?.
Bueno, el átomo tiene del orden de 1 Angstrom, o sea, 0,00000001 cm y el núcleo es 10.000 veces más pequeño. Para haceros una idea, si la Tierra fuera un átomo, el núcleo tendría un diámetro del orden de un campo de fútbol. Eso es mucho espacio vacío, ¿no?. Todos los núcleos tienen también neutrones con sólo una excepción: el núcleo de Hidrógeno, que puede constar de un solo protón y ningún neutrón. El número de neutrones sí puede cambiar. El elemento no se entera químicamente de los neutrones pues las características eléctricas no varían. Veamos algún ejemplo. El Oxígeno tiene un núcleo con 8 protones en su interior, sin embargo, puede tener 8, 9 o 10 neutrones.
En estos tres casos es estable. Al poder tener diferente número de neutrones y ser el mismo elemento se les llama “isótopos” del oxígeno. La palabra isótopo la acuñó su descubridor: Frederick Soddy. Dado que existen isótopos hemos de diferenciarlos y lo hacemos sumando número de protones más número de neutrones (o sea, total de nucleones). Al resultado se le llama número másico. Así podremos hablar del Oxígeno-16 (8 protones y 8 neutrones), Oxígeno-17 (8 protones y 9 neutrones) y Oxígeno-18 (8 protones y 10 neutrones). Al nombrar un elemento ya sabemos el número de protones y al decir el número másico conocemos también el de neutrones (número de neutrones = número másico - número de protones). No todos los isótopos son estables: por ejemplo, los Oxígenos 14, 15, 19 y 20, en caso de existir se desintegrarían en otros elementos en cuestión de segundos (o menos).
Algunos isótopos de otros elementos pueden no ser estables pero tardar billones de años en desintegrarse. Esa información se utiliza para datar descubrimientos; controversias aparte, ¿habéis oído hablar de la prueba del Carbono-14?. El elemento estable más masivo es el bismuto-209 (83 protones y 126 neutrones). Cualquier elemento de mayor número atómico que el bismuto es inestable. Existen algunos con mayor número atómico cuasi-estables ya que tardan millones de años en desintegrarse. El más famoso es el Uranio-238 con 92 protones y 146 neutrones. No hay elementos de forma natural en la Tierra con mayor número atómico. No me extiendo más, pero quisiera finalizar con unas reflexiones para mantener el suspense. Los protones tienen carga positiva y los neutrones no tienen carga. ¿No habíamos quedado que cargas iguales se repelen?. Entonces, ¿por qué el núcleo no se desintegra de forma inmediata obligándolo a explotar y desintegrar a todo el Universo? Está claro que el Universo no se ha desintegrado, por tanto, el núcleo parece ser estable. ¿Por qué?. Pues bien, es debido a una nueva forma de interacción: la fuerza nuclear fuerte. De acuerdo pero, ¿por qué existe la fuerza nuclear fuerte?.
Hasta ahora, las otras interacciones conocidas (gravedad y electromagnetismo) tenían acción a distancia infinita. Pero la interacción nuclear fuerte tiene muy corto alcance (el alcance del diámetro del núcleo), ¿por qué?. Para responder esa pregunta os tendré que explicar qué es una fuerza pero lo dejaremos para otras historias.

Espero que con esto, al menos, haya llegado la fuerza nuclear a la escuela de Jhang. Fuentes:“Luces en el cielo”, Isaac Asimov“La unificación de las fuerzas fundamentales”, Abdus Salamhttp://www.astromia.com/glosario/atomo.htm
http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1921/index.html
http://nobelprize.org/physics/laureates/1979/index.html http://nobelprize.org/physics/laureates/1935/index.html http://nobelprize.org/chemistry/laureates/1935/index.html

Epitafio de Newton

La inscripción en su tumba dice así:

Aqui descansa Sir ISAAC NEWTON, Caballero que con fuerza mental casi divina demostró el primero,con su resplandeciente matematica,los movimientos y figuras de los planetas,los senderos de los cometas y el flujo y reflujo del Oceano.Investigó cuidadosamentelas diferentes refrangibilidades de los rayos de luzy las propiedades de los colores originados por aquellos.Intérprete, laborioso, sagaz y fielde la Naturaleza, Antigüedad, y de la Santa Escrituradefendió en su Filosofia la Majestad del Todopoderosoy manifestó en su conducta la sencillez del Evangelio.Dad las gracias, mortales,al que ha existido asi, y tan grandemente como adorno de la raza humana.Nació el 25 de diciembre de 1642; falleció el 20 de marzo de 1727.

Alexander Pope le dedicó el siguiente epitafio: "La naturaleza y sus leyes yacían ocultas en la noche, Dios dijo , "Sea Newton" y todo fue luz" ["Natura and Nature's laws lay hid in night, God said, Let Newton be ! and all was light."] Refiriendose al epitafio anterior, John Collins Squire añadió : "Pero esto no fue lo último. El diablo gritó "Sea Einstein", y se restableció la situación"

Ya no hay química

Queridos lectores un poco de humor,;algunas vez hemos escuchado "hay o no química entre nosotros", una buena ejemplificación con esta caricatura.

El gran Niels Bohr

Què hay amigos lectores. Una vez más les agradezco por leer el gran Uróboro de la Ciencia, en esta ocasión les contaré una anécdota de uno de los mejores científicos que la química ha enloquecido, su nombre es Niels Bohr...pero antes, un gran chiste que los volverá el centro de atención en cualquier plática de café, con su familia y hasta con las chicas:

-¿Cómo hace un electrón cuando se cae?

-Planck!

¿Y cuando eructa?

-Boooooohr!!!!

Habiendo realizado este gran aporte al bagaje de chistes que todos los científicos debemos tener, procedo con la anécdota:

Sir Ernest Rutherford, presidente de la Sociedad Real Británica y Premio Nobel de Química en 1908, contaba la siguiente anécdota:

Hace algún tiempo, recibí la llamada de un colega. Estaba a punto de poner un cero a un estudiante por la respuesta que había dado en un problema de física, pese a que este afirmaba con rotundidad que su respuesta era absolutamente acertada. Profesores y estudiantes acordaron pedir arbitraje de alguien imparcial y fui elegido yo. Leí la pregunta del examen: 'Demuestre como es posible determinar la altura de un edificio con la ayuda de un barómetro'.

El estudiante había respondido: 'lleve el barómetro a la azotea del edificio y átele una cuerda muy larga. Descuélguelo hasta la base del edificio, marque y mida. La longitud de la cuerda es igual a la longitud del edificio'.

Realmente, el estudiante había planteado un serio problema con la resolución del ejercicio, porque había respondido a la pregunta correcta y completamente. Por otro lado, si se le concedía la máxima puntuación, podría alterar el promedio de su año de estudios, obtener una nota mas alta y así certificar su alto nivel en física; pero la respuesta no confirmaba que el estudiante tuviera ese nivel. Sugerí que se le diera al alumno otra oportunidad. Le concedí seis minutos para que me respondiera la misma pregunta pero esta vez con la advertencia de que en la respuesta debía demostrar sus conocimientos de física.

Habían pasado cinco minutos y el estudiante no había escrito nada. Le pregunté si deseaba marcharse, pero me contestó que tenía muchas respuestas al problema. Su dificultad era elegir la mejor de todas. Me excusé por interrumpirle y le rogué que continuara. En el minuto que le quedaba escribió la siguiente respuesta: coja el barómetro y láncelo al suelo desde la azotea del edificio, calcule el tiempo de caída con un cronómetro. Después aplique la formula altura = 0,5 A por T2. Y así obtenemos la altura del edificio. En este punto le pregunté a mi colega si el estudiante se podía retirar. Le dio la nota más alta.

Tras abandonar el despacho, me reencontré con el estudiante y le pedí que me contara sus otras respuestas a la pregunta. Bueno, respondió, hay muchas maneras, por ejemplo, coges el barómetro en un día soleado y mides la altura del barómetro y la longitud de su sombra. Si medimos a continuación la longitud de la sombra del edificio y aplicamos una simple proporción, obtendremos también la altura del edificio.

Perfecto, le dije, ¿y de otra manera? Sí, contesto, este es un procedimiento muy básico: para medir un edificio, pero también sirve. En este método, coges el barómetro y te sitúas en las escaleras del edificio en la planta baja. Según subes las escaleras, vas marcando la altura del barómetro y cuentas el numero de marcas hasta la azotea. Multiplicas al final la altura del barómetro por el numero de marcas que has hecho y ya tienes la altura.

Este es un método muy directo. Por supuesto, si lo que quiere es un procedimiento mas sofisticado, puede atar el barómetro a una cuerda y moverlo como si fuera un péndulo. Si calculamos que cuando el barómetro esta a la altura de la azotea la gravedad es cero y si tenemos en cuenta la medida de la aceleración de la gravedad al descender el barómetro en trayectoria circular al pasar por la per-pendicular del edificio, de la diferencia de estos valores, y aplicando una sencilla fórmula trigonométrica, podríamos calcular, sin duda, la altura del edificio. En este mismo estilo de sistema, atas el barómetro a una cuerda y lo descuelgas desde la azotea a la calle. Usándolo como un péndulo puedes calcular la altura midiendo su periodo de precisión. En fin, concluyó, existen otras muchas maneras. Probablemente, la mejor sea coger el barómetro y golpear con el la puerta de la casa del conserje. Cuando abra, decirle:

-Señor conserje, aquí tengo un bonito barómetro. Si usted me dice la altura de este edificio, se lo regalo. En este momento de la conversación, le pregunté si no conocía la respuesta convencional al problema (la diferencia de presión marcada por un barómetro en dos lugares diferentes nos proporciona la diferencia de altura entre ambos lugares) dijo que la conocía, pero que durante sus estudios, sus profesores habían intentado enseñarle a pensar.

El estudiante se llamaba Niels Bohr, físico danés, premio Nobel de Física en 1922, más conocido

por ser el primero en proponer el modelo de átomo con protones y neutrones y los electrones que lo rodeaban. Fue fundamentalmente un innovador de la teoría cuántica.

Espero que les haya gustado, en lo personal me parece una excelente anécdota de la ciencia. Un saludo del staff del Uróboro Esry Cruz, fiel seguidor del blog. Les deseo una excelente semana a todos.

La ciencia necesita a los jóvenes: Kroto

AMC. La ciencia necesita gente joven que planteé nuevas respuestas a los nuevos problemas que resurgen, pero debe hacerse pronto porque es una carrera contra el tiempo, señaló Harold Kroto, Premio Nobel de Química en 1996, durante su conferencia magistral en El Colegio Nacional.
El investigador británico de visita en el país por invitación de la Academia Mexicana de Ciencias (AMC), enfatizó que México puede lograr contribuciones importantes en la ciencia, y la gente joven se puede involucrar con mayor eficiencia en los campos de la física, química, biología molecular e ingeniería, entre otros.
Ante un centenar de invitados que acudieron a la Aula Magna de El Colegio Nacional, Harold Kroto señaló que ante un mundo globalizado y la lucha por la sobrevivencia se requiere trabajar en equipo y plantear soluciones y ayudas globales. "La ciencia es la única y verdadera cultura internacional", enfatizó.
El investigador fue galardonado con el Nobel de Química en 1996, por haber descubierto una nueva forma de la molécula de carbono llamada C60, en su laboratorio de Química de la Universidad de Sussex, que por sus excepcionales propiedades son utilizadas en la fabricación de materiales resistentes a altas temperaturas e incluso como sustitutos del silicio en los chips.
Kroto nació en una familia de inmigrantes judíos polacos y alemanes que huyeron de la Alemania nazi en la década de 1930. Después de estudiar primaria en la ciudad de Bolton, estudió física, química y matemáticas, en la Universidad de Sheffield, donde se graduó en 1961 y doctoró en química en 1964.
Más tarde, realizó estudios postdoctorales en Canadá y en los Laboratorios Bell de Nueva Jersey. Fue profesor de química en la Universidad de Sussex, en 1990 fue nombrado miembro de la Royal Society de Londres y en 1996 fue nombrado Sir por la Reina Isabel II del Reino Unido.
El actual investigador de la Universidad Estatal de Florida, indicó que el apoyo a la ciencia fundamental es muy importante para poder contender con los retos futuros.
Al referirse a la ciencia mexicana dijo que el país tiene una mayor tradición que otros países latinoamericanos, pero ésta se debe centrar también en sus propias necesidades y en asuntos relacionados con la sustentabilidad. "México tiene una extensa producción de artículos científicos y mucho mejor que en Sudamérica", recalcó.
Por otro lado, el científico que mantiene una estrecha relación con investigadores mexicanos, explicó que se debe cambiar el estereotipo que se tiene de los científicos, pues se les presenta como excéntricos, maléficos o lo que es peor, como ancianos.
Relató el caso de Albert Einstein, quien formuló la Teoría de la Relatividad cuando era joven, pero la gente cree que lo hizo cuando era anciano y una de sus más conocidas fotografías es precisamente cuando era viejo. "Se necesita romper ese icono y tener científicos jóvenes, pero más aún, que se reconozca que pueden resolver problemas", dijo.
Al respecto, José Franco, secretario de la AMC, reconoció que la Academia estimula el trabajo científico de los jóvenes, a través de colaboraciones y programas como el de las Conferencias Nobel, en la cual se suscribe la visita de Kroto a México.
Por su parte, Mauricio Terrones, joven investigador del Instituto Potosino de Investigación Científica y Tecnológica (IIPICyT), subrayó la calidad humana del científico y su interés por compartir sus conocimientos con colegas y con la juventud mexicana.

EL GATO DE SCHRÖDINGER

La paradoja de Schrödinger es un experimento imaginario, diseñado por Erwin Schrödinger para exponer uno de los aspectos más extraños, a priori, de la mecánica cuántica.Supongamos un sistema formado por una caja cerrada y opaca que contiene un gato, una botella de gas venenoso, una partícula radiactiva con un 50% de probabilidades de desintegrarse y un dispositivo tal que, si la partícula se desintegra, se rompe la botella y el gato muere. Al depender todo el sistema del estado final de un único átomo que actúa según la mecánica cuántica, tanto la partícula como el gato forman parte de un sistema sometido a las leyes de la mecánica cuántica.Siguiendo la interpretación de Copenhague, mientras no abramos la caja, el gato está en un estado tal que está vivo y muerto a la vez. En el momento en que abramos la caja, la sola acción de observar al gato modifica su estado, haciendo que pase a estar solamente vivo, o solamente muerto.

Esto se debe a una propiedad física llamada superposición cuántica. La paradoja ha sido objeto de tanta controversia (y de discusión no sólo científica, sino hasta filosófica) que Stephen Hawking llegó a afirmar que "cada vez que escucho hablar de ese gato, empiezo a sacar mi pistola".

Respuesta de Kekulé

¿Qué tiene de especial el carbono para formar tantos coompuestos? La respuesta a
esta pregunta se le ocurrió a August Kekulé en 1854 durante un viaje en ómnibus
en Londres.

Era una noche de verano. Regresaba en el último ómnibus absorto, como siempre, por calles desiertas de la ciudad, que a otras horas están llenas de vida. De pronto lo vi, los átomos danzaban ante mis ojos.... Vi cómo, frecuentemente, dos pequeños átomos se unían formando un par; vi cómo uno más grande aceptaba dos más pequeños; cómo uno aún mayor sujetaba a tres e incluso cuatro de los más pequeños, miestras el conjunto continuaba arremolinándose en una danza vertiginosa. Vi cómo los más grande formaban una cadena.... . Pasé parte de la noche vertiendo al papel algunos se estas formas soñadas. (August Kekulé, 1890)