Tema 4 de Relatividad. Una fuerza muy especial.

 En los tres temas anteriores de Relatividad, cuyos enlaces son los siguientes:

• Tema 1 de Relatividad. La luz en el vacío. 

• Tema 2 de Relatividad. Las transformaciones de Lorentz. 

• Tema 3 de Relatividad. Observadores acelerados. 

estuvimos hablando de la cinemática de la Relatividad, pero no aún no nos habíamos atrevido a hablar de la dinámica, esto es, aún no habíamos introducido nada de fuerzas.

Aunque ya, con el tema 3, nos pusimos al borde la dinámica, esto es, a un paso de las fuerzas. Y es así porque, en el mencionado tema, ya introdujimos el concepto de aceleración, o al menos la aceleración en observadores o sistemas de referencia. Con lo cual, ya en éste tema 4 toca empezar a hablar de algo más que aceleraciones, esto es, de fuerzas.

¿Y cuál va a ser nuestra primera fuerza en tratar? Pues sin lugar a dudas, una muy especial, la gravedad.

¿Y porqué la gravedad es tan especial? Pues muy fácil, desde que fue introducida por Newton, la gravedad se ha caracterizado por meter en su fórmula la propia masa de los objetos, introducción no hecha por ninguna otra fuerza. Esto es, cualquier otra fuerza tiene una fórmula en la cual no aparece la masa de los objetos, y por ello esas otras fuerzas no másicas otorga a los objetos una aceleración dependiente de su masa porque la fuerza es la misma pero la masa no. Llegados hasta aquí, recordemos que la masa de un cuerpo es la medida en el que ése cuerpo es acelerado cuando está sufriendo alguna fuerza de algún otro cuerpo u ente externo.

Entonces, la gravedad es la única fuerza en cuya fórmula descriptora aparece la masa de los cuerpos, y esto se traduce en que todos los cuerpos sometidos a alguna fuerza gravitatoria de algún otro cuerpo muy lejano, se mueven con la misma aceleración. Esto es, la gravedad es la única fuerza que le da a todos los objetos sometidos a ella, la misma aceleración. Esto no pasa con cualquier otra fuerza y por ello esto merece un trato especial. La gravedad merece un trato especial.

Así que, antes de seguir, interioricemos lo que acabamos de decir:

"La gravedad le otorga a todos los cuerpos y observadores, la misma aceleración. Con lo cual, la percepción de ellos es que se mueven por un campo libre de fuerzas porque entre ellos no ven aceleraciones relativas de unos con otros. Y por mucho que cambie la gravedad, la percepción relativa de los objetos consigo mismos es de absoluta quietud o al menos de absoluta constancia de la velocidad propia de una región libre de fuerzas. Si es que los astronautas sienten lo mismo tanto en cayendo por la gravedad terrestre como flotando en la lejanía del espacio libre de fuerzas. Todo esto es la ventaja de introducir la masa en la fórmula de la gravedad, introducción que no ocurre en ninguna otra genuina fuerza"

Por todo lo anterior:

• Si desde Newton, todos los cuerpos libres de fuerzas se mueven a velocidad constante y, por ende, a aceleración constante e igual a cero.

• Y si la gravedad hace que los cuerpos se muevan a aceleración constante.

• Entonces, tanto ausencia de fuerzas como gravedad son sinónimos de constancia en la aceleración. De hecho, si varios objetos se mueven libremente por el espacio libre de fuerzas, cada cuerpo verá a los otros objetos como objetos que se mueven a una velocidad constante como así dice el primigenio principio de inercia de Newton. Pero si varios objetos se mueven por un campo gravitatorio creado por algún ente lejano, entonces también ocurrirá que cada objeto verá a los otros objetos como objetos que se mueven a velocidad constante. Esto es, el primigenio principio de inercia de Newton se cumple tanto para objetos libres de fuerzas como para objetos inmersos en un campo gravitatoria de algún planeta lejano.

Estos tres puntos anteriores nos dan la oportunidad de otorgar un único marco que unifique la ausencia de fuerzas con la gravedad. Y ese marco bien pudiera ser el siguiente principio, el cual vamos a llamar "principio de inercia aceleracional", que no gravitacional aunque bien pudiera ser. Así que, nuestro recién inventado principio de inercia aceleracional, independientemente de si los experimentos lo confirmen o no, diría lo siguiente:

• Principio de inercia aceleracional: Todo cuerpo libre de fuerza navega siempre con la misma aceleración, siendo cero cuando no hay gravedad.

Pero este principio, si bien es cierto desde Newton, adolece de un defecto fundamental. Y su defecto fundamental es que es un principio selectivo en su interior porque ya distingue la gravedad de las demás no fuerzas, y todo principio que haga distinciones entre sus elementos internos ya pierde esa sencillez y universalidad que le pueda hacer perdurar en el tiempo.

Así que nuestro recién inventado principio de inercia aceleracional no es un principio bello porque distingue entre una aceleración nula cuando no hay gravedad y una aceleración constante pero no nula cuando sí hay gravedad.

Pero es que además, tanto si hay gravedad como si no, todo observador mortal de carne de hueso, esto es de materia celular,  ve a los demás observadores moviéndose a una velocidad constante porque todos se mueven con la misma aceleración porque ya hemos dicho que la gravedad, al estar la masa en su fórmula, dota a todos los observadores de la misma aceleración independientemente de los kilogramos que pese cada uno.

Así que, si queremos que cada observador de carne y hueso traduzca el principio de inercia newtoniano, sin que él sepa que tiene células y masa, a un principio de inercia más real y universal por salvar la ignorancia de la masa del propio observador del acervo de las fuerzas, podemos seguir en el mundo de la cinemática redactando este otro principio más simétrico (por tratar sus elementos internos, incluida la gravedad, de la misma manera y separando dichos elementos internos de los elementos externos). Dicho otro principio más genérico, más real, más humano (todos pesamos) , y más cinemático, al cual lo vamos a llamar, al menos entre nosotros y nosotras,  "Principio de inercia relativista", dice así:

• Principio de inercia relativista: Todos los observadores así como objetos libres de fuerzas se mueven bajo una inercia constante en el espacio tiempo. Es decir, algo así como que objetos libres de fuerzas y observadores se mueven a velocidad constante y por tanto nula aceleración, porque la aceleración gravitatoria no depende del objeto que la sufre sino del cuerpo que la ejerce, y por tanto la gravedad no es una fuerza genuina porque no distingue unos objetos de otros. Todos los cuerpos son iguales ante la gravedad de la misma manera que todos los objetos son iguales ante el espacio que los rodea.

• Dicho con otras palabras equivalentes: La gravedad es más bien una deformación espacio-temporal que traslada la velocidad constante e independiente de la masa de los cuerpos libres de fuerzas que se mueven en el espacio-tiempo normal de toda la vida, a una velocidad constante  e independiente de la masa de los cuerpos libres de fuerzas que se mueven en el espacio tiempo deformado por la gravedad.

Así que, afortunadamente, seguimos bajo un prisma cinemático de la teoría general de la relatividad de Einstein, la cual es tan general que hemos introducido observadores que se pueden pesar en un peso, y que aún así ven el mundo como un mundo libre de fuerzas porque la gravedad ya no es una fuerza sino una deformación espacio-temporal las cuales transforma las línea rectas del principio de inercia de Newton en líneas rectas más generalizadas (geodésicas) en un espacio-tiempo curvado por la aceleración constante y universal de la gravedad. Si es que, después de todo, la gravedad no es tan grave!!.

En efecto, si la gravedad otorga a todos los cuerpos y observadores la misma aceleración, ésta se puede introducir en la geometría espacio-temporal de todo el espacio y asunto zanjado. Dicho con otras palabras, la gravedad no es una fuerza a la que a unos cuerpos le afecte más que otros al menos cinemáticamente hablando, porque las peculiaridades constantes-universales-cinemáticas de la gravedad tienen cabida en la geometría universal que rellena el espacio tiempo por las que se mueven los objetos particulares.

Curiosamente acabamos de hablar de la gravedad, y seguimos en el mundo de la cinemática. ¿Cuál ha sido el precio a pagar? Curvar la geometría del espacio tiempo. ¿Ha sido un precio elevado? La respuesta es que no porque, ya en los temas 1 , 2 , 3 de relatividad que hemos visto a lo largo de este blog, habíamos visto la necesidad de tocar la geometria espacio-temporal para salvaguardar la constancia de la velocidad de la luz en el vacío. Así que, como resumen final, podemos decir de forma sensacionalista aunque con un cierto grado de rigor científico que:

Constancia de la Luz en el vacío + aceleración gravitatoria constante + primera ley de Newton = Navegación por geodésicas  en el espacio-tiempo curvado por la gravedad.

Y recordar que, básicamente, una geodésica viene a ser las rectas de los espacios curvados. Así que tanto rectas como geodésicas, la misma cosa es, sólo que , mientras las rectas son en los espacios  tiempos normales de Newton , las geodésicas son las rectas en los espacios tiempos curvados de Einstein.

Y para acabar con esta entrada, viene la mejor parte, la canción que nos dice que, en realidad no sabemos si estamos, parados, o navegando, o incluso gravitacionalmente acelerados, cuando nuestro alrededor está tan quieto como nosotros. Así que, siéntete libre de fuerzas al escuchar esta bella canción cuya remake (el que vamos a escuchar) tal vez supere en melodía a su primera versión de la misma manera que Einstein probablemente embelleció la sencilla visión Newtoniana. Siempre estará Newton como John Lennon, pero qué duda cabe que gracias a ellos hubo luego un Einstein y un Brian Ferry que nos regalaron arte y melodía tanto para la ciencia como para la música.

Aquí les dejo la gran canción "Jealous Guy" cantada por Brian Ferry el cual siempre está a nuestro lado mientras canta la canción y por tanto, es una canción libre de fuerzas porque tanto él como nosotros no nos movemos entre sí y por tanto ningún mortal sabrá si nos movemos aceleradamente o no. Así que escuchen pausadamente esta bella canción y no se aceleren por nada porque así lo quiso el arquitecto de la naturaleza. Disfruten pues de esta bella canción:

     Jealous Guy (Canción compuesta por John Lennon y versionada por Brian Ferry) 

Un cordial saludo y hasta la próxima.

El Alma del PC

En nuestra era de la, aún incipiente, inteligencia artificial, estamos abrumados de aparatos electrónicos que nos almacenan cantidades ingentes de información y además son capaces de realizar de forma ultra rápida cálculos aritmeticológicos de alta complejidad. Estamos hablando de nuestros computadores, o como muchos decimos, nuestro ordenador, o nuestro PC (Personal Computer).

Pero ¿cuál es el alma del PC? Muchos dicen, y razón no le falta, que es el Procesador. Pero, ¿qué sería el procesador sin ninguna memoria a donde acceder? Pues realmente no sería nada de nuestra utilidad. Si un procesador no puede acceder a ninguna memoria entonces no puede leer nada y si no puede leer nada entonces no hace nada. Recordemos que un procesador lee una instrucción escrita en la memoria principal del computador, luego la ejecuta, luego la lee la siguiente instrucción escrita en dicha memoria principal, luego la ejecuta, y así sucesívamente. Este es básicamente el funcionamiento de un ordenador. Por tanto, un procesador sin ninguna comunicación externa es como un hermitaño incomunicado del cual no sabemos ni que existe.

Por tanto, a la hora de fabricar la placa base de cualquier computador, un elemento fundamental son las carreteras que intercomunican los componentes del ordenador. Y esas carreteras, las cuales bien pudieran llamarse Roads, no se llaman Roads sino Buses. Así que para mí, el alma de un computador no es el procesador sino el bus, porque sin bus no hay comunicación, y si no hay comunicación, no hay información. Porque, de qué sirve lo que sepa el hermitaño si no sabemos nada de él?

Llegados a este punto, hablemos un poco de los estándares actuales de bus:

• Estándar  USB   (Universal Serie Bus). Sin este bus universal, no podemos ni siquiera interactuar con nuestro ordenador porque casi todos nuestros periféricos (ratón, pendrive,.....) se conectan al bus USB de nuestro PC. De ahí que tenga la sigla U de Universal.

• Estándar SATA (Serial Advanced Technology Attachment) (algo así como Conexión de Tecnología Avanzada en Serie). Como vemos, también es un bus en serie, esto es, primero va un bit, luego va otro bit, y así sucesivamente. Esto es, en los buses serie, la información va de forma secuencial, esto es, primero el primer dato, después el segundo dato, y así sucesivamente. Lo fundamental del estadar SATA de bus es que este tipo de estándar comunica el procesador del PC con algunos dispositivos de almacenamiento masivo como por ejemplo el disco duro e incluso discos ópticos. Por tanta se trata de un bus de datos, esto es, por ellos circulan datos y no señales de control. De todas formas, como la informática es como es, no estaría de más dejar la puerta abierta a la posible existencia de canales de control en el bus SATA para facilitar la intercomunicación de datos. Como curiosidad adicional, éste estándar sustituyó al mas antiguo estándar PATA el cual era el mismo pero en versión paralela. Esto es, mientras PATA era un estándar de bus paralelo (varios bits a la vez), SATA es un estándar de bus serie (un bit detrás de otro).

• Luego tenemos buses más internos los cuales comunican componentes críticos del PC como bien puede ser el Procesador con la Memoria Principal. Estos buses más internos sí pueden ser de tipo paralelo (varios bits a la vez, uno por cable, estando estos cables dispuestos uno encima del otro, creando la sensación de una carretera de varios carriles) .Con lo cual, en estos buses en paralelo, sí que pueden ir varios bits a la vez, esto es es, aquí sí que se pueden trasmitir varios datos a la vez, creando la sensación de un paralelismo en la comunicación en contraposición a la secuencialidad de los buses serie. Y estos buses internos sí pueden ser de tipo paralelo porque, al interconectar componentes críticos del PC, estos componentes críticos están muy cerca unos de otros, y por tanto estos buses no tendría el problema de ser largos. Y los buses cortos tienen lo bueno que son más robustos a los siempre impredecibles fallos de interferencias o de sincronización, y al ser más robustos se les puede exigir la rapidez del paralelismo. Llegados a este punto, recordemos que el Procesador sólo lee de la Memoria Principal. Así que si tenemos alguna instrucción grabada en el disco duro, para que ésta sea ejecutada por el procesador, antes tenemos que transportarla a la Memoria Principal. Así que entre el Procesador y la Memoria Principal, esperémonos un corto y rápido bus paralelo integrado en la propia placa base.

• Y no se nos puede olvidar el estándar de bus PCI  (Peripheral Component Interconnect). Este estándar de bus permite conectar dispositivos periféricos a la placa base de la computadora. Es una tecnología de bus de expansión, esto es, permite conectar tarjetas de red y otros dispositivos periféricos a la placa base, expandiendo pues la placa base.

Y ya que hemos hablado de los estándares de bus, abordemos ahora la pregunta de cómo se integra o construye esa carretera o bus en la placa base. La respuesta es muy sencilla: el bus integrado en la placa base se construye mediante cables muy finos de cobre, esto es, se graban sobre un material aislante los hilos de cobre que actuarán como el bus. Así que, en resumidas cuentas, el bus son hilos de cobre grabados sobre la superficie de la placa base. Estos hilos son los "canales" que permiten el viaje de las señales eléctricas de los datos. Así que recordemos: los buses son los hilos de cobre del circuito eléctrico grabado en la placa base.

Luego tenemos los chipset que son circuitos integrados que gestionan el funcionamiento de los buses, algo así como los guardias que dirigen el tráfico. La carreteras dentro del ordenador es el bus, y el guardia de tráfico es el chipset.

Para finalizar y profundizar la estructura interna de un computador, también llamada Arquitectura de Von Neumann, os invito a hacer clic en el siguiente enlace en el cual viene muy bien explicado y de forma relativamente sencilla el cómo funciona internamente un computador. E aquí el enlace:

Arquitectura interna de un computador.pdf

Y como punto adicional, vamos a dar otra justificación de porqué los buses también son unos coherentes candidatos a ser el alma del PC. Esta otra justificación es la siguiente:

"Si quieres conectar un periférico at computador (como por ejemplo una impresora o un joystick), ése periférico tuyo se las tiene que ver con el bus del computador y no directamente con los componentes del mencionado computador. E incluso yendo más lejos, todo componente de cualquier ordenador con quien se las tiene que ver es con el bus que lo interconecta con todos los demás componentes. Es por ello que por los buses no sólo viajan datos sino que también viajan señales de control para que toda la comunidad pueda comunicarse y entenderse."

y ya que hemos hablado de bus de datos (por sus cables o carreteras viajan datos) y bus de control (por sus cables o carreteras viajan órdenes a obedecer por los dispositivos inter conectados) , también hay un bus de direcciones (en el cual por sus cables viajan, dicho de forma sencilla, la dirección postal del dispositivo protagonista en ése momento o la dirección postal de la celda de memoria protagonista en ése preciso momento. Llegados a este punto, no está de mas tener en cuenta que la memoria principal no son mas que una secuencia numerada de celdas, esto es, un montón de celdas en donde cada una de ellas tiene su propio número o dirección postal. Por tanto, dicho con pocas palabras, cada periférico y cada celda de memoria tiene su propia dirección y esto ayuda a darse por enterado cuando tenga que hacer algo mandado por el procesador ya que por el bus de direcciones estará su dirección postal). Así que periférico o celda de memoria cuya dirección postal coincida con la información existente en ese momento en el bus de direcciones, es el que se activa porque tiene que hacer algo.

Resumiendo todo lo referente a buses:

• Son carreteras por las que circulan datos, señales de control, y direcciones postales para que cada componente sepa exactamente lo que tiene hacer y por cuál de sus zonas buscar la información que se le requiere.

• Todo componente de cualquier computador, con quien se tiene que entender es con el bus. De ahí que existan los estándares de bus SATA , PCI y USB entre otros, aparte de obviamente el bus más interno del sistema el cual intercomunica sus componentes mas críticos y fundamentales (como son el Procesador y la Memoria Principal). Esto es, el bus es el pegamento de todo el computador.

Por todo ello, para mí y en mi humilde opinión, el alma del PC es el bus.

Y para acabar la entrada, siempre es mi costumbre regalar una bonita canción, porque soy de la humilde opinión que a veces la música ayuda al aprendizaje. Así que me es un privilegio regalarles esta bonita canción que nos recuerda el alma del PC que no es otro que sus buses o carreteras. El título de la canción es muy sugerente ya que es un dato que va por ese bus, a la velocidad de la electricidad, a cada uno de nosotros/as. Así que, esto es para tí: 

            So This is for you (Marvel83)

Un cordial saludo y hasta la próxima. 

Un emotivo adiós a Rainer Weiss.

Hoy he recibido la triste noticia del reciente fallecimiento del premio nobel compartido de física 2017, el gran sabio y mejor persona D. Rainer Weiss.

Y para mí ha sido una muy triste despedida porque ha sido el único premio nobel que gastó parte de su tiempo libre en hablarme personalmente de nuestra pasión, la física,  demostrando no sólo su gran sabiduría sino también su infinita humildad, porque en verdad lo uno está relacionado con lo otro. Ya lo dan entre ver muchos textos filosóficos e incluso religiosos de que, el sabio es humilde. Y coincido plenamente con dicha relación sabiduría-humildad.

Hablemos un poco de su vida. Rainer Weiss nación en Berlín en el año 1932. Sus padres:

• Gertrude Loesner , actriz de creencias cristinas.

• Frederic A. Weiss, médico, neurólogo, y psicoanalista alemán de origen judío.

tuvieron que emigrar a EEUU y allí, por avatares del destino y sin quererlo de primeras, Rainer tomó contacto con la ciencia y terminó siendo catedrático de física experimental y premio nobel compartido en 2017.

Su mayor logro fue construir, junto con sus compañeros de investigación Kip Thorne y Barry C.Barish, dos interferómetros gemelos de extrema sensibilidad para poder detectar por primera vez en la historia las escurridizas ondas gravitacionales propuestas por Einstein en su teoría general de la relatividad. Digamos que la teoría general de Einstein aún pendía de un hilo porque nadie había detectado esas ondas gravitacionales. Pero finalmente, el trío Weiss-Thorne-Barish lograron detectarlas gracias a su par de interferómetros LIGO (laser Interferometer Gravitational Wave Observatory, que en español es Interferómetro Láser de Ondas Gravitacionales). Y fueron dos observatorios lo suficientemente separados para descartar microsismos en uno sólo de los interferómetros. Esto es, si ambos interferómetros, por así decirlo, vibran a la vez, entonces es porque ha pasado por toda la Tierra una onda gravitacional originada en algún mega cataclismo galáctico lejano. Pero si un interferómetro, por así decirlo, vibra y el otro no, entonces ha sido un sismo en la zona del interferómetro excitado y no una onda gravitacional.

Realmente este interferómetro LIGO ha sido sin lugar a dudas uno de las construcciones humanas que más han contribuido a la ciencia, siendo Rainer una pieza fundamental en su diseño y construcción como buen físico experimental que era. Digamos que mientras que Kip Thorne era físico teórico, Rainer y Barry eran físicos experimentales, recayendo probablemente en éstos dos últimos gran parte de la sensibilidad del interferómetro a construir, lo cual era todo un mega proyecto dada la extrema debilidad con la que llegan a la Tierra estas ondas gravitacionales procedentes de los, afortunadamente lejanos, mega cataclismos masivos del universo.

Y he aquí que hace relativamente pocos años, D. Rainer Weiss vino a mi ciudad a hablar sobre el interferómetro LIGO de él y sus dos compañeros.

Me acuerdo que él animaba, en el turno de preguntas del final de la conferencia, a que preguntasen niños y niñas, y me acuerdo que él respondería con esa claridad y benevolencia que sólo los más sabios atesoran, porque no cualquiera está dispuesto a hablarle de algo considerado como complicado (como es la física) a un niño o niña. Probablemente él sentía debilidad por los niños y niñas ya que era consciente de lo mucho que aun queda por alcanzar una teoría del todo, y por ello invertía en el futuro de la ciencia a través de esos pequeños curiosos.

Hasta aquí todo normal, porque es normal que un sabio tenga la curiosidad y humildad de un niño, y le gusta entonces hablar con ellos. Pero lo que más me impresionó, fue cuando acabó la conferencia.

Cuando acabó la conferencia, y la gran mayoría del público empezó a abandonar la sala mientras él bajaba del estrado e iniciaba el camino a la salida del teatro, aún dentro de la sala un niño le paró para preguntarle algo. Él, D. Rainer Weiss, se agachó (y mira si era alto!, tan alto como su sabiduría), pues Rainer Weiss se agachó para aclararle la pregunta al tímido niño ya fuera de la conferencia y fuera del turno de preguntas. Esto es, él estaba caminando hacia la salida de la sala pero a mitad de camino se agachó para atender la pregunta de un niño ya fuera de conferencia. No tenía por qué hacerlo, pero lo hizo!!.

Así que yo, como niño que también soy porque en el fondo tal vez siempre conservamos parte de nuestra curiosidad infantil, me pregunté: si él, fuera de su tiempo contratado, es capaz de atender con amabilidad y paciencia la pregunta de un niño tímido que no se atrevió a hacerla durante la conferencia, entonces, seguramente me atenderá la pregunta que yo tampoco hice.

Así que esperé a que D. Rainer Weiss terminara de hablar con el niño y sus padres, para que dos pasos mas adelante pasara por mi lado y yo poder preguntarle mi pregunta que tampoco hice durante la conferencia.

Así que cuando D.Rainer Weiss terminó con el niño, siguió andando por el pasillo de la sala hacia la salida, y pasó por mi lado (yo estaba de pie al lado de mi asiento el cual estaba junto al pasillo). Justo cuando pasó por mi lado, yo con la confianza de que me iba a dedicar con dulzura y paciencia parte de su tiempo libre (porque tanto él como yo somos dos adultos entrados en años que amamos la física), le pregunté con mi malísimo inglés:

        Sr Rainer, What is the gravity, a force or a space-time deformation?

Que traducido al español es:

        Señor Rainer, Qué es la gravedad, una fuerza o una deformación espacio-temporal?

Me acuerdo que él al principio no entendía lo que le estaba preguntando debido a mi deficiente nivel de  inglés, y además me preguntó que quién era la persona que estaba a nuestro lado y que nos estaba grabando tanto a él como a mí en ése preciso momento. Yo le dije, en mi inglés super deficiente, que no se preocupara porque quien estaba grabando era mi sobrino el cual es un mega catedrático y una Leyenda viviente de la fotografía!! y además de mi extrema confianza, y a continuación le volví a reformular la pregunta intentando esta vez hablar más lento y pronunciando mejor.

Entonces ocurrió el milagro. D Rainer Weiss, en seguida se tranquilizó porque entendió que quien grababa era mi sobrino, y además ya sí que entendió mi pregunta. ¿Qué es la gravedad Señor Rainer Weiss, premio nobel de física precisamente por ser el descubridor real de estas ondas gravitacionales por las que le pregunto?, ¿Qué es la gravedad Señor Rainer Weiss, una fuerza o una deformación espacio-temporal? Y mi sobrino con cámara en mano, y luego mi primo, gran sabio con el video, una situación que ni en mil vidas probablemente me vuelva a pasar.

Entonces D. Rainer Weiss, subió sus ojos al techo, pensó por un momento, y me dijo en un inglés perfecto:

"Según Einstein, la gravedad es una deformación espacio-temporal, pero según la cuántica............"  y desde ahí en adelante ya no pude entender nada porque mi deficiente inglés no dio para más. 

Pero es que, lo mas mágico, fue que Rainer ya no dejó de hablarme (en un  inglés perfecto para todos los nativos pero ininteligible para el pobre de mí) y siguió divagando y divagando como dos colegas de profesión aunque yo no fuese tan sabio en física como él. Y Rainer siguió divagando y pensando en voz alta, hasta tal punto que tuvieron que venir los organizadores del evento para decirnos a mi, a mi querido sobrino, y a él!!!!! que por favor que si pudiéramos abandonar la sala de conferencias porque los porteros tenían que cerrar. Pero es que, como milagro dentro de otro milagro, ya en la calle, D. Rainer Weiss siguió hablándome sobre lo que él pensaba acerca del carácter cuántico de la gravedad, consideraciones ininteligibles para mí, no por la complejidad (porque un sabio siempre es capaz de convertir lo complejo en sencillo), sino por la barrera del idioma. Realmente toqué la fibra sensible de D. Rainer Weiss, tocamos el tema de la gravedad, un tema el cual creo personalmente que nadie entiende al cien por cien.

Así que, me quedo con las únicas de las sabias palabras que pude traducir in situ de la animada charla de colega a colega que mantuve con D. Rainer Weiss: "Según Einstein, la gravedad es una deformación espacio-temporal". ....... Que qué es la gravedad a nivel cuántico, pues ahí valen muchas divagaciones de las cuales mi pobre nivel de inglés me imposibilitó en esa conversación privilegiada, aunque a fin de cuentas bien pudiera decir que esas divagaciones auto formuladas por Rainer, también eran toques de atención para él mismo, porque en realidad él decía lo que creía. Y por supuesto que estoy convencido que D. Rainer Weiss se lo pasó pipa (super bien) hablando conmigo, como dos niños que comparten una pasión en común aunque uno sepa mucho más que otro. Por que en realidad, cuanto mas sabio eres, te vuelves mas humilde porque eres más consciente de tus propias limitaciones humanas.

Así que pude ser en el tiempo que nos echaban del teatro, y salvando las distancias, un humilde colega del que fue Doctor de física en la Tierra, y Leyenda eterna en el Universo, D. Rainer Weiss.

D. Rainer Weiss, premio nobel de física del año 2017 y muchos más galardones, siendo el más importante el de mejor persona, todo un privilegio haber podido hablar con usted de física. Descanse en paz.

Y para despedir a nuestro D. Rainer Weiss, le dedico, como es mi costumbre, una canción, la cual habla de su nuevo hogar, un lugar donde nunca pasa nada malo y además podrá charlar eternamente con el más grande del universo, porque quien siembra recoge.

Así que, amigo Rainer, descansa en paz. Aquí mi canción:

         Cielo (Heaven) Esclarecidos

Un cordial saludo y hasta la próxima.

Cuántica Lineal (Linear Quantum)

Si quieres leer                If you want

        en español, haz            to read in English, 

clic aquí                    click here

Y, como siempre,            And, as always,

nuestra canción        our linear song

lineal para siempre       which rememeber

recordarnos que             our that the

la cuántica, al ser          quantum physics, 

probabilística, es              since is probabilistic,

lineal. Aquí nuestra           also is linear. Here

canción lineal:                our linear song:

The right side (OMD)       The right side (OMD)

Un cordial saludo          Best regards, see

y hasta la próxima.             you next time.

PASADO Y FUTURO DE SAN VALENTÍN

Si hay un día que en más de medio mundo se celebre el sentimiento del amor, no deja de ser curioso que en ése tal día, como hoy, pero en 1946, se diera a conocer la primera computadora eléctrica en suelo estado unidense y una de las primeras del mundo, la cual obedecería al nombre de ENIAC ( Electronic Numerical Integrator And Computer). Si bien hay algunas otras pocas computadoras que la preceden, la fama del ENIAC es tal que para muchas personas fue éste el primer computador famoso

Si nos remontamos a 1946, en esa época no había transistores sino válculas de vacío, las cuales eran grandes y además consumían una cantidad importante de potencia. Por ello no es de extrañar que la computadora ENIAC ocupara la inmensidad del espacio de una amplia habitación de la escuela Moore, perteneciente a la universidad de Pensilvania. Como anécdota que respalda estas majestuosas dimensiones, decir que en más de una ocasión se quedó la ciudad de Filadelfia sin luz debido al excesivo consumo de esta macrocomputadora, esto es, no sólo era gigante las dimensiones del ENIAC sino también su consumo de potencia.

Pero allá por aquella época en el que la informática estaba naciendo, estas máquinas electrónicas gigantes no tenían la inteligencia que le otorgaba un sistema operativo. Esto es, estas primeras computadoras no eran más que un amasijo de cables interconectados que, al encenderlos mediante un juego de interruptores, se iluminaban unas luces a la salida como respuesta. Así que a una entrada digital por conmutadores o relés (0 por cada interruptor en posición off y 1 por cada interruptor on) , le correspondía una salida digital por bombillas (0 por cada bombilla apagada y 1 por cada bombilla encendida). Y la relación entrada-salida era perpetua, esto es, a la misma entrada de relés o interruptores , siempre le correspondía la misma salida luminosa, así que la inteligencia del ENIAC brillaba por su ausencia (No tenía sistema operativo!)

Sin embargo, ahora, casi 80 años más tarde, no sólo nos estamos encontrando con robots humanoides con sistemas operativos super complejos, sino que incluso empresas muy punteras están fabricando robots humanoides de compañía a precios, eso sí, exhorbitantes (al menos por ahora). Y es que, como decimos, en el futuro, cualquier cosa puede pasar.

Para acabar con el pasado, decir que el ENIAC inicialmente se fabricó como calculadora gigante capaz de ayudar en el desarrollo cuantitativo de tablas de tiro para el ejército de USA (muy útil para aquellos tiempos que corrían, con medio mundo implicado en la segunda guerra mundial) y su sistema operativo no era como tal sino mas bien un grupo de mujeres que, a modo de telefonistas, interconectaban cables para formar el circuito que nos traducía los 0 y 1 de los interruptores de entrada a 0 y 1 de las bombillas de salida. Estas mujeres eran las programadoras del ENIAC  (un ordenador que ni siquiera tenía un sistema operativo). Así que cuando nos acordemos de las antiguas telefonistas que interconectaban cables para que el resto de personas pudieran hablar por los primeros teléfonos, acordémonos del ENIAC.

Y ahora, en el futuro, ¿llegarán a existir las parejas sentimentales robots? ¿Nos comprometeremos en un sincero matrimonio con un robot del cual no sepamos que lo es? Mi humilde respuesta, de la cual puedo estar equivocado, es que cada vez lo digital tenderá a parecerse cada vez más a lo analógico (de hecho ya se ha visto que el ojo humano puede ver unos 10 millones de colores, esto es, el ojo humano, nuestro sentido más preciado, es digital). Por tanto, a mi juicio no científico, en un futuro de proximidad incierta, no sería nada descabellado tener que tomar una radiografía de nuestro ser amado para ver si, en realidad, es un ser o no ser.

Si es que al final Shakespeare tenía razón con su eterna cuestión!!

Si quieren saber más sobre la curiosa historia del ENIAC, pueden hacer clic en el siguiente enlace:

       Historia del ENIAC. pdf

Y si quieren leer clásicos contrastados sobre si llegará el día en el que los ordenadores piensen como los seres humanos, aquí tienen estos dos libros como los máximos representantes de las dos vías de pensamiento existentes:

La vía del Sí con el clásico libro de Carl Sagan titulado "Los dragones del Edén"

Y la vía del No con el ya clásico libro (clásico también aunque algo menos por ser un poco más moderno) del autor Roger Penrose titulado "La nueva mente del Emperador".

En realidad tengo los dos libros pero, como otros tantos, apenas me los he estudiado porque aún estoy inmerso en si el cerebro del ser humano es analógico o digital, pregunta la cual pienso que nadie podría asegurar la respuesta correcta al menos hasta ahora y hasta bien pasado un tiempo también. Así que Carl Sagan seguirá sus seguidores y detractores, como Roger Penrose también tendrán los suyos. ¿Y de qué corriente soy? No apostaría todo mi dinero, ni tampoco me atrevo a decir lo que pienso porque la ciencia no se trata de pensamiento etéreos sino de hechos probados por la experiencia, pero como pequeña pista diré que cuando acabé mi carrera en la universidad preferí estudiar por mi cuenta el pasado para entender el presente, con lo cual el destino ha querido que me haya quedado anclado en el pasado. Pero el mundo no se detiene, y como en el día del mañana mis seguidores serán mis sabios, os animo a intentar un futuro mejor!!

Y ya para despedirme de ustedes, y tratándose del 79 aniversario del ENIAC y del 14 de febrero, me es un privilegio regalarles esta canción de Shakespeare in love:

       Canción de Layla Kaylif-Shakespeare in Love Youtube

Y por supuesto, Feliz San Valentín y hasta la próxima!!

ECUACIÓN DE BERNOULLI. FLUIDOS IDEALES

 

Observemos una tubería de agua en donde el agua circula de izquierda a derecha y en donde al principio la tubería es ancha pero que luego es estrecha, esto es, observemos la siguiente tubería de agua:

                         

en donde el agua circula de izquierda a derecha. A continuación, practiquemos dos agujeros a la misma altura pero uno en la sección ancha y el otro en la sección estrecha:

                        

              Una agujero en la sección ancha         Otro agujero en la sección estrecha

La pregunta es, ¿Porqué agujero saldrá el agua con mayor presión?

Esta es una de las típicas preguntas de física contraria a la intuición ya que seguramente muchas personas dirían que el agua sale a mayor presión por el segundo agujero (el de la sección estrecha) ya que es por ahí por donde el agua va a mayor velocidad ya que al ser el conducto estrecho, esta estrechez debería acelerar el agua para evitar una acumulación de agua o cuello de botella en la zona en donde la tubería pasa de ancha a estrecha. Y a mayor velocidad, mayor presión.

Pero si la pregunta se la preguntásemos a un fontanero, él estará muy acostumbrado a ver que no es por el segundo agujero sino por el primer agujero (el de la zona ancha) por donde el agua sale a mayor presión, y diría la respuesta correcta, esto es, diría que:

              "El agua sale a mayor presión por el primer agujero, esto es, por el agujero de la zona ancha!!"

Pues sí, curiosamente contrario a una intuición primaria, cuando una tubería de agua se va estrechando, no va aumentando la presión del agua sino todo lo contrario, va disminuyendo.

Con la velocidad del agua sí que funciona nuestra intuición más primitiva, esto es, conforme una tubería de agua se va estrechando, la velocidad del agua va aumentando para así dar cabida a la gran cantidad de agua que va pasando de la zona ancha a la zona estrecha sin crear una acumulación de agua o cuello de botella en de transición de la tubería. O sea, todo esto lo podemos resumir así:

         "A más velocidad, menos presión"  (Esta es la respuesta correcta)

Y esta última afirmación, en principio contraria a nuestra intuición más primitiva, si lo pensamos un poco mejor, no es tan anti intuitiva porque, ¿no es ciento que el agua corre más cuando es empujada por una mano fuerte, esto es, una mano de alta presión, hacia una zona donde no hay mano que la detenga o como mucho hay una mano débil, esto es, una mano de baja presión? En efecto, cuando el agua viene de una zona de alto empuje o presión y de repente desparece sus problemas de resistencia al movimiento por entrar en una zona de baja presión, el agua se acelera!! . Esto es:

         "Si aumenta el empuje y disminuye el freno, el objeto se acelera!!"

Y:

• ¿Cuál es el objeto?  Un trozo cúbico de agua el cual está viajando dentro de la tubería.
• ¿Cuál es la dirección de movimiento? De izquierda a derecha, esto es, el trozo cúbico de agua que hemos seleccionado como objeto, viaja de izquierda a derecha al son de sus compañeras. 
• ¿Cuál es la fuerza de empuje? La fuerza o presión del agua vecina de la izquierda que le empuja al trozo cúbico de agua seleccionado hacia la derecha.
• ¿Cuál es la fuerza de oposición o retención? La fuerza o presión del agua vecina de la derecha que le empuja al trozo cúbico de agua seleccionada hacia la izquierda, reteniendo o entorpeciendo así su avance hacia la derecha. (Recordemos que un trozo  de agua siempre empuja al vecino de agua colindante a ella, esto es el poder de los fluidos, a veces ese empuje es para acelerar y otras veces es para retener. Y ese empuje, viene a ser la presión del agua allá donde esté. O sea, la presión de un fluido siempre empuja)
• Mientras el trozo cúbico de agua seleccionado va viajando plácidamente a velocidad baja y constante por la zona de tubería ancha, ¿qué fuerza es la mayor, la de empuje o la de retención? Pues ambas fuerzas son iguales ya que el trozo cúbico de agua seleccionado no está siendo acelerado.
• Cuando el trozo cúbico de agua seleccionado entra en la zona de transición entre la tubería ancha y la tubería estrecha, ¿qué fuerza es mayor, la del empuje o la de retención? Pues es mayor la fuerza de empuje positivo de su vecino de la izquierda (agua vecina que todavía están en la zona ancha) frente a la menor fuerza de retención o empuje negativo de su vecino de la derecha (agua vecina que ya está en la zona estrecha). (A la retención siempre lo llamaremos retención o empuje negativo o empuje contrario al movimiento, estas tres palabras son equivalentes) Es por ello por lo que el trozo en forma de cubito de agua seleccionada se acelera en la zona de transición entre la sección ancha y la sección estrecha ya que la fuerza de empuje supera a la fuerza de retención. Y todo esto para que no se genere el temido cuello de botella en esta zona de transición y se pueda acomodar de forma pacífica la mucha agua de va pasando de la zona ancha de la izquierda a la zona estrecha de la derecha.
• Y por último, cuando el trozo cúbico de agua seleccionado ya viaja plácidamente a velocidad alta pero constante por la sección estrecha de la tubería, ¿qué fuerza es mayor, la del empuje o la de retención? Pues ambas fuerzas son iguales ya que el agua vecina de la izquierda ya está en la zona estrecha y por tanto empuja al agua seleccionada con la presión de la tubería estrecha mientras que el agua vecina de la derecha igualmente está en la zona estrecha reteniendo pues al trozo de agua seleccionado también con la presión de la tubería estrecha. Y esto es así porque ambos vecinos (el de la derecha y el de la izquierda) ya están en la zona estrecha y sus fuerzas hacia el trozo cúbico seleccionado son iguales aunque contrarias (una de empuje y la otra de retención, o mejor dicho, una de empuje hacia la derecha o empuje positivo y la otra de empuje hacia la izquierda o empuje negativo) , siendo esa única fuerza vecinal la correspondiente a la presión de la tubería estrecha. Así que, no hay fuerza predominante por estar ambos vecinos (el que lo empuja y el que lo retiene) en la misma zona, y por ello no hay aceleración, es por ello por lo que el trozo cúbico de agua seleccionado ya marcha a velocidad alta pero constante por la sección estrecha de la tubería.

Si es que Newton tal vez también hubiese acertado la pregunta, todo es cuestión de fuerzas (unas a favor y otras en contra del movimiento), pero fuerzas disfrazas de presión vecinal. Si ambos vecinos y nosotros en medio vamos caminando por la misma zona, esteremos un poco espachurrados pero no nos aceleramos porque nuestros vecinos nos empujan o espachurran con la misma fuerza o presión. Pero si un vecino está en la sección ancha, el otro en la sección estrecha, y nosotros en medio, esto es, nosotros justamente en la zona de transición, el empuje del de atrás será mayor que el empuje del de delante y ello nos provocará la aceleración hacia adelante para entrar en la zona estrecha con la suficiente celeridad como para dejar hueco a la mucha cantidad de agua formada por nuestro vecino de atrás juntos con los que están encima y debajo de él, y todo esto sin generarse el cuello de botella.

Porque recordemos, los subvecinos de arriba de abajo de nuestro vecino de la izquierda son muchos más que los subvecinos de arriba y abajo de nuestro vecino de la derecha, y para que no haya un cuello de botella y todos los ciudadanos en forma de agua fluyan de manera pacífica por esta tubería tan especial, los rascacielos de atrás deberán transformarse en casas de planta baja de los de delante, teniendo que ir la cinta transportadora más rápida para los pisos de planta baja que para los rascacielos para que así, el volumen de los nuevos pisos de planta baja sea el mismo que el volumen de los rascacielos que, al ir hacia adelante, tuvieron que partirse en pisos más pequeños que cupiesen en la zona estrecha. Con palabras coloquiales, al quitarse altura, se debe ganar en anchura  para que todos los habitantes sigan viviendo en el mismo espacio vital  conforme van pasando de la zona ancha de la tubería a la zona estrecha. Y para ganar anchura, la cinta transportadora de la zona estrecha deberá ir  más rápida que la cinta transportadora de la zona ancha (A menor altura, mayor anchura para mantener el mismo volumen)

Ya hemos visto de forma coloquial que si tu vecino de delante va más rápido que tu vecino de atrás, entonces el de adelante te retiene menos que el que te empuja desde atrás para que así tanto tú como el de atrás os amoldéis al de delante. Si es que el agua por una tubería, como podemos intuir, siempre va junta y sin expanderse ni contraerse. En este sentido, tenemos la gran suerte de que el agua es un fluido incompresible.

Ya hemos visto de forma muy coloquial las consecuencias de la ecuación de Bernoulli. Un buen resumen de dichas consecuencias puede ser esta frase tan corta como cierta:

En un fluido ideal (no compresible, no viscoso, y en régimen tranquilo, esto es, en régimen laminar y por tanto no turbulento) , la presión es inversamente proporcional a la velocidad.

Esto es, en un fluido ideal, a mayor velocidad, menor presión. 

Quien quiera hacer un estudio más universitario de la ecuación de Bernoulli, puede hacer clic en el siguiente enlace:

          Ecuación de Bernoulli.pdf

Y para acabar, y como es de costumbre, es mi deseo regalarles una canción que nos acerque la magia de la ecuación de Bernoulli. Y para ello, qué mejor que este gran tema del gran genio Mike Oldfield que nos recuerda el ruido melodioso de un fluido a modo de aire navegando por una tubería muy especial, aquí la canción:

       Mike Oldfield. The watchful eye. Tubular bells 3

Y si tienen tiempo, les recomiendo escuchar más canciones del album Tubular bells 3, que aunque no nos recuerden tanto el ruido del aire, también tienen su magia, tanta como la magia de Bernoulli y su fundamental aplicación en la aviónica. Pero esto ya será otro tema. Un cordial saludo y hasta pronto.

El futuro bosónico

El panorama actual de la física habla de bosones como partículas portadoras de interacción (llamémosle a éstos, bosones mensajeros) y del bosón de Higgs, ese bosón tan peculiar y extraño que, en vez de portar o llevar consigo el mensaje de una fuerza o interacción, más bien porta o lleva consigo el regalo de dar  masa a las partículas que osan tropezarse con él. Fijaros si es extraño para mí el bosón de Higgs, que ni me atrevo a subrayarlo.

Así que, según lo que yo he leído de física, hay dos tipos de bosones, los normales portadores de fuerza (los mensajeros), y el extraño donador de masa (el donante), y esto será así por algún tiempo aunque no sé cuánto.

Los bosones mensajeros son, en orden histórico:

El gravitón: El bosón mensajero de la fuerza gravitatoria. Si el cuerpo másico A emite un gravitón y éste tropieza con el cuerpo másico B, entonces B sentirá una fuerza gravitatoria atractiva procedente de A.

El fotón: El bosón de la fuerza electromagnética. Si la carga eléctrica A emite un fotón y éste tropieza con la carga eléctrica B, entonces B sentirá una fuerza electromagnética (la cual puede ser atractiva o repulsiva) procedente de A.

El gluón: El bosón de la fuerza nuclear fuerte. Si un cuerpo o partícula de color A emite un gluón y éste tropieza con otra partícula de color B, entonces esta última partícula B sentirá una fuerza nuclear fuerte de A.

(W+)  (W-)  (Z0) : Los bosones W y Z de la fuerza nuclear débil. Parece ser que si el cuerpo de sabor A emite alguno de estos tres bosones y éste o éstos tropiezan con otro cuerpo de sabor B , entonces el cuerpo B sentirá una fuerza nuclear débil procedente de A.

Ni que decir tiene que los colores y sabores de los que aquí hablamos no son los colores y sabores de los que estamos acostumbrados, como el amargo o el dulce, o como el rojo o el azul, sino que son la cuantificación de las propiedades de las partículas en lo que respecta a su comportamiento frente a  interacciones nucleares. Esto es, masa y carga para las interacciones gravitatoria y electromagnética, y color y sabor para las interacciones nucleares fuerte y débil.

Y por último, el bosón dador o altruista que regala masa, el bosón de Higgs, el cual es tan extraño, que mejor dedicarle en otro momento una entrada de blog especial para él.

Curiosamente, de estos bosones, todos han sido comprobados de forma experimental (evidentemente bajo el marco físico de la no rigurosidad total, y por ende, siempre sujeto a futuros experimentos que cuestionen todo lo dicho tanto aquí como en cualquier libro de física), todos menos el gravitón!!

En efecto, tanto el fotón como los W y Z , el gluón, e incluso el bosón altruista de Higgs, han sido descubiertos mediante experimentación, siendo el último en descubrirse el bosón de Higgs el cual se mostró, evidentemente mediante medida indirecta, en el acelerador de partículas del CERN.

Pero es que el gravitón aún no ha sido descubierto de forma experimental, y uno de sus motivos es que es el que transporta la fuerza más débil del universo, la gravitatoria, y por ello no va a resultar nada fácil detectarlo. Y todo esto suponiendo que éste marco actual de la física dure lo suficiente como para que nuestra búsqueda pueda culminarse sin necesidad de cambiar nuestras columnas actuales del conocimiento y tengamos que cambiar de brújula.

En efecto, en física nada es eterno. Si es que, como bien decía el que fue mi genial profesor de instituto, Don Antonio Rico, los físicos miden. Y claro, toda medida dura lo que dure todas las posteriores medidas compatibles con ella, hasta que contra todo pronóstico, venga una medida revolucionariamente contraria que nos haga cuestionar lo que creíamos saber.

Así que, como el gravitón es el bosón mensajero mucho más débil, animo a todas las jóvenes mentes, curiosas e imaginativas, a que busquen o bien éste liviano bosón, o a que ideen una teoría alternativa más sencilla que nos haga entender un poco mejor a la naturaleza.

Y si no lo encuentran, ni tampoco se les ocurre otra teoría física más sencilla, no pasa nada porque siempre queda internet para los curiosos y la buena música para nuestros corazones.

Así que sólo me queda regalarles una canción de, cómo no, nuestro venerado Coldplay, ahí les dejo su canción enérgicamente bosónica:

                   https://www.youtube.com/watch?v=3lfnR7OhZY8 (Higher Power. Coldplay)

Un cordial saludo y hasta la próxima.