Feliz día de la república

14 de Abril, día de la proclamación de la II República Española

Los físicos en la segunda guerra mundial

Con este post pretendo hacer una pequeña reflexión sobre lo que fue la investigación científica (en particular, la llevada a cabo por los físicos) durante la segunda guerra mundial; tanto del lado del eje como de los aliados.

En los primeros años de la guerra, la Alemania nazi dedicó un importante esfuerzo a programas científicos con fines bélicos. Es bien sabido que la historia Alemana ha parido a la mayoría de grandes científicos de la historia (desde Leibnitz, hasta Helmhotz, Heisemberg, Einstein, Schrödinger...). El esfuerzo bélico de Alemania se centró especialmente en la potencialidad ofensiva, como cabía esperar, desarrollando fundamentalmente submarinos y misiles autopropulsados. Hasta entonces, los proyectiles se lanzaban de forma balística (disparados por un cañón). Alemania consiguió hacer despegar un cohete y hacerlo estrellarse en Londres, por vez primera en la historia... y os garantizo que despegar un cohete, estabilizarlo y dirigirlo hasta un objetivo, sin disponer de ordenadores ni circuitería integrada, no era una tarea nada fácil.

Por su lado, la alianza puso a sus "pata negra" a trabajar en sistemas defensivos. La mayoría de esos científicos eran físicos que basaban sus trabajos en algunas conclusiones del británico Maxwell (quien nos legó sus famosas ecuaciones). Estos "hijos de Maxwell" desarrollaron la teoría de microondas, y la posibilidad de orientar campos electromagnéticos por guías de onda (tuberías, vaya). Esta teoría posibilitó el desarrollo del radar, con lo que los británicos sabían exactamente cuándo y donde atacaría la aviación alemana. Muchos aseguran que el radar impidió que el eje se hiciera con Inglaterra. Cuando los alemanes derribaban aviones ingleses, sólo encontraban unos pequeños circuitos compuestos fundamentalmente de tuberías (y, evidentemente, no sabían de qué demonios se trataba).

El eje intentó igualmente desarrollar la bomba atómica, pero su negación a asumir los principios de la relatividad (Einstein era judío de nacimiento) llevó a un punto muerto la investigación. Por otro lado, una vez finalizada la guerra, los americanos se apropiaron de la tecnología de misiles alemana, y de los mejores científicos (lo que permitió el impresionante desarrollo tecnológico de los EEUU). Recordemos que la bomba H se "dejó caer" sobre Hiroshima y Nagasaky desde un avión... Los americanos no disponían de misiles. Este primer adelanto hizo que los americanos pudieran competir contra los soviéticos en la guerra fría... pero eso ya es otra historia.

La caída de Vargas

Entré apresuradamente en la sala de gobernación, aún preocupado por la suerte del hombre que había dejado moribundo en un lecho, levanté la vista y me aclaré la voz. El gigantesco orco gruñó y me preguntó con voz ronca "¿qué paza?".

- Nuestros hombres han sido atacados -respondí- una escuadra de 5 recolectores, sólo ha habido un superviviente, pero tememos por su vida.

- ¿Quién ha zío?, ¿orcoz otra vez?

- No lo parece, fueron atacados silenciosamente, desde la copa de los árboles, y abatidos con flechas.

Le arrojé al suelo la flecha rota que llevaba en la mano, mientras me fijaba en la curiosa punta, en forma de araña. El orco pareció sobresaltarse, se acercó rápidamente, tomó la flecha y, tras un breve examen, la hizo añicos sólo apretando su mano.

-Reúne a tuz canijoz -dijo- noz vamoz ahora mizmo.

Sin mediar más palabras, salió con un paso tan firme que hacía vibrar la débil estructura del castillo, abrió la puerta con furia y se detuvo en seco. Frente a él se encontraba la señora del castillo, nuestra consejera en asuntos de magia... y un hombre a quien no conocía.

-Un nuevo recluta -dijo Nadia, quién aún no se había acostumbrado al anormal tamaño del orco.

Gaur sólo gruñó, mientras bajaba las escaleras, gritando aquello de "¡venga!, ¡canijoz!". Salí en su búsqueda, mientras miraba a Nadia encogiéndome de hombros e intercambiaba rápidas palabras con el recién llegado.

- ¿Tienes experiencia en combate?

- No mucha, lo mío son más los libros.

- Genial...

Salimos al patio, donde Gaur nos esperaba. Tan rápido como pudimos, le proporcionamos al nuevo "canijo" un equipo a su medida y salimos corriendo tras el orco. Cuando habíamos recorrido casi medio kilómetro, Amroth se detuvo y arrojó su mochila al suelo. Su "mascota" (no se me ocurre un adjetivo mejor), Buk, salió rodando de ella y miró a Amroth desde el suelo, un poco aturdido mientras orco inchaba su pecho. Buk, alarmado, se tapó los oídos e intentó meter la cabeza en un agujero cercano.

- ¡VARGAAAAAAAAAS!

El grito del orco casi nos deja sordos, las aves de todo el valle alzaron el vuelo, y más allá, en el bosque, el vuelo conjunto y el azotar de las ramas de los árboles sonaba como un huracán. El tremendo gritó se repitió durante una eternidad por los rincones de la costa de la espada. El eco parecía no terminar nunca. El orco sonrió, visiblemente satisfecho.

Amroth miró hacia el bosque, buscando algo; y señaló a un punto de donde parecían no salir aves volando.

-Allí -dijo señalando- vamoz.

Casi no me enteré después del grito, y aún estaba mareado... pero tenía que correr tras aquella gigantesca mole verde si quería entender qué demonios estaba pasando.

Tú serás mi constante (II)

En el último post, reflexionábamos sobre las constantes universales, sobre la reescalabilidad de las leyes físicas y sobre cuales son las constantes verdaderas. Llegamos a la conclusión de que realmente sólo hay dos constantes no reescalables, que además deben ser medida de alguna propiedad intrínseca de nuestro universo. En el presente post, pretendo desarrollar esta última idea.

Sobre c: Muchas veces hemos escuchado que la velocidad de la luz es una constante universal, y que no puede superarse esta velocidad. Voy a intentar ahondar en esta idea, prescindiendo de las matemáticas.

Supongamos un avión caza, que viaja a gran velocidad por el aire; superada cierta velocidad, decimos que “rompe la barrera del sonido”, esto es, su velocidad de vuelo es superior a la de propagación de ondas de presión en ese medio (las ondas de presión son las ondas que se transmiten de forma natural en el aire, las ondas que se transmiten de forma natural en el agua serían las olas del mar). Similarmente, existe una velocidad máxima con las que las perturbaciones en general pueden propagarse en el vacío… es como si nuestro universo tuviera una “impedancia característica” y viajar por encima de esa velocidad implicaría “romper la barrera de la luz”. Pero claro, eso no es posible (a parte de por innumerable cantidad de leyes físicas)… ¡y no es posible, sencillamente porque nuestro universo no admite velocidades mayores!

Sobre h: Esta es conocida como "constante de Plank", e implica la cuantización de la energía (la energía sólo se emite o absorbe en múltiplos de esta magnitud). Dicho así, no parece nada espectacular... pero ¿acaso la masa no es más que una forma de energía?... ahí queda eso...

Las conclusiones más inmediatas que se extraen son las de una "geometría subyacente" en el espaciotiempo, que conforma una especie de tejido sobre el que ocurren los sucesos que la física intenta explicar. ¿Qué hay más allá de este tejido?, ¿qué implica una ruptura de este tejido?. Las respuestas a estas preguntas se encuentran en la poco desarrollada física de los agujeros negros; que vienen a ser desgarros en ese tejido espaciotemporal.

Conocimiento teórico Vs Conocimiento experimental

Referirse al método científico es referirse al conjunto de tácticas empleadas para construir el conocimiento, y no existe el método definitivo. No obstante, y a raíz de un pequeño debate que mantuve con cierto estudiante de medicina, reflexioné sobre los tipos de conocimientos y llegué a unas conclusiones que ahora expongo.

Como ya dije, no hay un método único y verdadero, sólo hay distintas formas de construir el conocimiento, y todas ellas son válidas. Mi pregunta radicaba, en segundo orden, en cómo de exacto es ese conocimiento, en la "calidad científica", que no humana, de ese conocimiento. Siendo mi contertulio estudiante de medicina (donde la mayor parte de los experimentos son experimentales), él defendía la bondad de su método; cosa que no pretendo discutir. Pero como no quiero meterme en camisas de once varas, sólo hablaré del universo que es conocido para mí; en física existen dos tipos básicos de físicos: los teóricos y los experimentales (aunque nunca un físico es "puro"). Los físicos experimentales elaboran teorías matemáticas para explicar los resultados de un experimento. Los teóricos, por contra, llegan a conclusiones matemáticas que luego intentan reproducir (ya podéis adivinar por qué me hice teórico).

Siendo la única ciencia exacta la matemática, todo conocimiento que no sea reproducible en términos matemáticos es inexacto y, por lo tanto, falible (por eso dos cerebros iguales pueden tener, o no, alzheimer, porque su conocimiento no es matemático). Yo defiendo la matematización de las ciencias biológicas, la extensión de la química (que no es más que física fenomenológica) a las ramas de la biología.

La cuestión de fondo es: ¿Hasta donde puede resolver un físico?.

Pues, tristemente, hasta no muy lejos. En física aún no hemos logrado resolver el problema de los tres cuerpos; ni hemos sido capaces de resolver la ecuación de Schrödinger para átomos más complejos que el de Helio. La matematización de la biología debe llegar, necesariamente, desde la base de esta (un compañero informático hablaba del ábaco como base de la computación del conocimiento). Es, por tanto, necesario resolver matemáticamente al menos hasta el átomo de carbono, para poder matematizar las proteínas, etc, etc...

En física, los elementos más pesados se resuelven mediante métodos aproximados que son más o menos fiables hasta cierto rango; pues la complejidad de las ecuaciones a resolver es absolutamente inabordable. Se usan por tanto, métodos iterativos que requieren de ordenadores con suficiente potencia de gestión; potencia que siempre suele quedar corta. ¿Acaso no existen ordenadores capaces de resolver esas ecuaciones?. Pues no, no hasta hoy. ¿Cual es el límite a esa resolubilidad?. Hoy en día, la cota superior de rendimiento de los ordenadores viene dada por su funcionamiento a altas frecuencias (a mayor frecuencia, mayor capacidad de resolución), los efectos cuánticos que aparecen y los problemas derivados de la propagación de ondas electromagnéticas guiadas por según qué material.

Las alternativas pasan por usar semiconductores de diamante (basados en C) con propiedades muy similares a las del Si (de hecho, si la suerte me acompaña, será el tema de mi tesis) para cambiar la base sobre la que se fabrican los ordenadores de alta potencia.

¿Mi conclusión?: ¡Hacen falta más físicos!

• físicos que se encarguen de indagar en las resoluciones exactas de elementos cada vez más pesados
• físicos que estudien los fenómenos que se producen a escalas de microondas
• ...que diseñen nuevos materiales
• ...que modelen la interacción entre moléculas cada vez más complejas

Para matematizar la biología es necesario un tremendo esfuerzo científico, dada la dificultad de cálculo añadida. Pero, en la historia, se han superado barreras del conocimiento más complicadas. Si la resolución de los átomos de H y He nos mostraron la fisión y la fusión nuclear; si el estudio de los materiales nos proporcionó el efecto fotoeléctrico, y el láser (sin el que no podríamos leer discos duros ni existiría la electrónica moderna)... ¿qué nuevos fenómenos físicos puede desvelar un conocimiento cada vez más profundo de la materia?.

Por último: ¿hacen hoy los físicos algo relacionado con todo esto?. Pues más de lo que creía:

• ¡La construcción del LHC permitirá disparar partículas más energéticas a blancos más pesados!
• La teoría de la física de microondas lleva elaborada ya muchos años, a la espera de que la física de materiales sea capaz de matematizar estructuras más complejas (os sorprenderían los avances en física de la materia condensada).

Yo soy particularmente optimista en este caso. Creo que el trabajo de la comunidad científica mundial por dar a luz al LHC tendrá sus recompensas en un periodo de algunas décadas, cuando por fin logremos modelar átomos complejos. ¿Viviré para ver la matematización de la proteína?

Una nota más: durante mi estancia en CITIUS, tuve la oportunidad de manipular un microscopio AFM/STM (microscopio de fuerza atómica/efecto túnel). Hoy ya podemos "ver átomos", y observar su distribución:

Tú serás mi constante

Recientemente se ha publicado en mi facultad un estudio sobre las constantes fundamentales. Básicamente, constaba de aparatos de medida y procedimientos para su determinación (muchos de los cuales, de hecho, forman parte del equipaje práctico que un físico lleva a cuestas). La reflexión me sobrevino, no obstante, cuando recordé la vieja inquietud del resultado de las constantes.

Hace poco (a cuenta de una breve reflexión sobre Pitágoras y la trigonometría), hablé con "mi mujer" sobre los números que para nosotros son constantes, aparentemente arbitrarias... y sobre cómo estos números podían hacerse 1 simplemente redefiniendo nuestra escala de medida. Esto no es nada difícil, nuestra base matemática es decimal porque tenemos 10 dedos, simplemente... los informáticos trabajan en base 2 (unos y ceros), y geométricamente podemos trabajar en base pi si usamos radianes para describir ángulos.

Pero estamos hablando de constantes geométricas; ya que pi no es más que una relación entre el diámetro y la longitud de una circunferencia, no tiene más misterio. El misterio en sí no es la existencia de pi, o de factores geométricos; es la existencia de constantes universales que gobiernan las interacciones fundamentales. Y estas no son reescalables (al menos, no todas a la vez). Decimos que podemos hacer un cambio de escala (reescalar) cuando nuestra relación es como la de pi con el diámetro: L=πD, sencillamente definiríamos la "longitud por unidad de pi" como L/π. Nuestra definición usual es "longitud por unidad de metro", ya que el metro es nuestra unidad de longitud. En base pi, un "pi"metro serían 3,14 metros reales.

En el caso de la interacción gravitatoria, podríamos pensar que el problema es también de escalado, ya que la fuerza entre dos masas "M" y "m" a distancia "r" es:

F=G·(M·m)/(r·r)

Podemos definir ahora una "fuerza por unidad de G", pero seguimos teniendo el problema de que la masa es E=mc^2, y a su vez la energía sigue la ley de Plank E=hv. Tendríamos el problema de que hv=mc^2.... y no podemos reescalar a la vez esas dos constantes (h=constante de plank y c=velocidad de la luz).

La implicación de esto es muy profundo (o a mí me lo pareció cuando lo "descubrí"), ya que implica una simetría en el espaciotiempo; la cantidad hc debe permanecer constante en todo el universo, o variar de forma que se compensen.

Los físicos pensamos que estas constantes, efectivamente lo son (serían distintas en un espaciotiempo distinto, pero no en el nuestro... de hecho, si cambiáramos hc, ya no estaríamos en "nuestro universo").

¿Es este valor de hc arbitrario? ¿Podrían ser cuales quiera?

Ahí entramos en el terreno de la física teórica. Sin meterme en campos matemáticos más complejos, sólo diré que hay dos teorías al respecto; la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica. La primera propone un universo "acordado", o al menos de curvatura muy reducida, con lo que estas constantes serían efectivamente invariantes. La teoría de la gravedad cuántica propone un universo rizado (con dimensiones tan giradas que nos son inaccesibles a nosotros, pero no a entes cuánticos como los electrones) que creo que sí tolera perturbaciones de hc... Tendré que indagar un poco más y ver si estas constantes pueden variar teóricamente (de ser así, tendría que cambiar mi opinión sobre la posibilidad de múltiples universos). Hasta entonces, mentes inquietas, podríamos especular con lo que ocurriría si estas constantes no fueran invariantes.

PD: sí, hablo con mi mujer sobre la reescalabilidad del universo.

Adiós, adiós...

En breve, en las mejores estanterías de rock del estado.

¿Por qué?

¿Por qué?

Esta es la pregunta más absoluta. ¿Por qué es azul el cielo?, ¿por qué existe la electricidad, la gravedad, el magnetismo...?, ¿por qué estamos vivos?, ¿por qué estamos aquí?.

A todas estas apasionantes preguntas, muchas de las cuales rozan la metafísica, pretende responder la que para mí es la más absoluta de las ramas del conocimiento humano: la física. Puede ser importante conocer el ¿cómo? de las circunstancias: ¿cómo hago volar un avión? o ¿cómo hago sonar un amplificador?... son preguntas prácticas y al servicio de la vida del hombre. El ¿cómo? es la pregunta que hace mejorar la calidad de vida del hombre; pero es el ¿por qué? el que da el paso en la evolución humana, el que hace hombre al hombre, es la pregunta que nos hace inteligentes.

Y... tras esta pregunta sale a la luz la naturaleza del universo. Porque... acaso no es el por qué una extensión del ¿qué?; y... ¿qué es la gravedad?... ¿qué diantres es la realidad?. ¿Pueden las matemáticas explicar la realidad?... Cualquiera que me conozca un poco, sabrá que sólo tengo fe en una cosa: las matemáticas, origen del conocimiento verdadero y arma con la que el físico ataca los enigmas de la naturaleza.

No os preguntéis cómo

Preguntaos por qué...