Premio Nobel de Física 2020

Publicado en el blog de Martín Monteiro .
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La cuarta mujer (apenas) en recibir el premio Nobel de Física, y más que eso ¡la primera astrónoma! No me queda claro si esto debe ser una celebración o una protesta. Ambas cosas en una, seguramente.

No tengo muy claro por qué los premios Nobel han llegado a ser tan famosos. Hace un siglo no eran casi mencionados por la prensa y la gente casi no los conocía. Pero estoy seguro de que un punto importante lo constituye la historia y la altura de los premiados. Los premios honran, pero así también los premios ganan prestigio (o lo pierden) según el calibre de las personas a las que reconoce (o de las personas a las que omite). El Nobel de Física no sería lo que es sin tener en su club a Einstein, Schrödinger, Curie, Bohr, Dirac, Feynman y muchos otros notables. Por otra parte el Nobel es mucho menos de lo que a veces se considera por sus grande olvidos, sobre todo por omitir de su club a mujeres brillantes, como Lise Meitner.

Este año 2020, el premio Nobel se centra en la física de los agujeros negros. Esas singularidades cósmicas, todavía poco comprendidas, que a mitad del siglo XX eran considerados especulaciones poco probables de tener existencia real.

Una mitad del premio Nobel de Física 2020 es compartido entre Reinhard Genzel y Andrea Ghez “por el descubrimiento de un objeto compacto supermasivo en el centro de nuestra galaxia”. Lo más notable es que Ghez se convierte así en la primera astrónoma en recibir el Nobel (después de 120 años de premio).

La otra mitad del premio Nobel 2020 se le ha otorgado a Roger Penrose, reconocido como una de las mentes más brillantes de la historia, con aportes a las matemáticas, a la física teórica y hasta la filosofía de la ciencia que son inabarcables para un humano normal. Medio premio Nobel suena a muy poco para semejante genio, pero el Nobel funciona así, reconociendo no tanto trayectorias como contribuciones puntuales. Tal fue el caso de Einstein que no recibió el Nobel por su Teoría de la Relatividad, sino por la explicación del efecto fotoeléctrico y (en forma muy genérica) por sus aportes a la física teórica. En el caso de Roger Penrose el Nobel se ha enfocado en un artículo de 1965 en Physical Review Letters, “GRAVITATIONAL COLLAPSE AND SPACE- TIME SINGULARITIES”, donde demuestra que la Teoría General de la Relatividad predice la formación de agujeros negros.

El Nobel a Penrose parece ser uno de esos casos en que el honrado honra a la galería del premio con su nombre más de lo que el premio honra al honrado.

#NobelPrize #Nobel2020 

Los papers esenciales del Nobel de Física 2020:

Roger Penrose (1965)
“Gravitational Collapse and Space-Time Singularities”
Phys. Rev. Lett. 14, 57.
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.14.57

Eckart, A. and Genzel, R. (1996)
“Observations of stellar proper motions near the Galactic Centre”
Nature, vol. 383, no. 6599. pp. 415–417.
https://doi.org/10.1038/383415a0

Eckart, A. and Genzel, R. (1997)
“Stellar proper motions in the central 0.1 PC of the Galaxy”
Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 284, no. 3. pp. 576–598.
https://doi.org/10.1093/mnras/284.3.576 

Ghez, A. M., Klein, B. L., Morris, M., and Becklin, E. E. (1998)
“High proper-motion stars in the vicinity of Sagittarius A*: Evidence for a supermassive black hole at the center of our galaxy”
The Astrophysical Journal, vol. 509, no. 2. pp. 678–686.
https://doi.org/10.1086/306528

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COSMOS de Carl Sagan (serie completa)

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“COSMOS: Un Viaje Personal,” es una serie de 13 episodios de divulgación científica, escrita y conducida por el astrónomo Carl Sagan, que nos invita a conocer la visión desarrollada por la ciencia sobre nuestro lugar en el universo, a través de la cosmología, la evolución de la vida, la historia de la humanida y la historia del conocimiento científico. La serie fue estrenada en la televisión de Estados Unidos el 28 de septiembre de 1980. Hoy permanece como uno de los hitos de mayor impacto en la historia de la divulgación científica. Su productor ejecutivo, Adrian Malone, había sido el productor, algunos años antes, de una serie británica de divulgación, conducida por Jacob Bronowski, “El Ascenso del Hombre: Una Visión Personal”, que no en vano guarda muchos elementos similares que fueron mejorados y ampliados en Cosmos a través del talento de Sagan.

En 1981 la serie Cosmos ganó el Premio Peabody, el más prestigioso honor a la excelencia en el campo del periodismo, los documentales y los programas educativos de radio y televisión.

Además de estar brillantemente escrita, presentada y producida, la serie también es memorable por su extensa y cuidada banda musical, en la que participan más de una docena de compositores clásicos y modernos, y donde se destacan, como verdaderos audio-logos o music-branding de la serie, los famosos temas de inicio y cierre de cada episodio, “Cielo e Infierno” y “Alfa”, respectivamente, ambos del compositor griego Vangelis (Evángelos Odysséas Papathanassíou). Otro aspecto sonoro de la serie, pero solo para quienes la conocimos en América Latina, fue conocer a Carl Sagan a través de la voz del genial doblador mexicano Agustín López Zavala. Todos elementos que sin dudas ayudaron y mucho en el alcance que tuvo la serie.

Abajo comparto una lista de reproducción con los 13 episodios (doblados) de esta maravillosa serie del inolvidable Carl Sagan.

Algunos créditos de la serie:
Creador y conductor: Carl Sagan (voz en América Latina: Agustín López Zavala).
Productor ejecutivo: Adrian Malone.
Escritores: Ann Druyan, Carl Sagan, Steven Soter.
Artista principal: Jon Lomberg.
Música: Vangelis, Bach, Shostakovich, Yamaguchi, Pachelbel, Vivaldi, Tomita, Hovhaness, Synergy, Rimsky-Korsakov, Takemitsu, Buchanan, Stravinsky, Balkanska, Jarre. (Música completa de Cosmos aquí).
Episodios:
1. En la orilla del océano cósmico
2. Una voz en la fuga cósmica
3. La armonía de los mundos
4. Cielo e infierno
5. Nostalgia por un planeta rojo
6. Relatos de viajeros
7. El espinazo de la noche
8. Viajes a través del espacio y el tiempo
9. La vida de las estrellas
10. El filo de la eternidad
11. La persistencia de la memoria
12. Enciclopedia galáctica
13. ¿Quién habla en nombre de la Tierra?
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Acción con desigual reacción

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“Para toda acción hay siempre una reacción opuesta e igual: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos, uno sobre otro, son siempre iguales y dirigidas hacia partes contrarias.”

“Actioni contrariam semper & æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales & in partes contrarias dirigi.” 

Así enunció Isaac Newton la tercera ley (o axioma) del movimiento, en su obra máxima: Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.

Este libro monumental, una de las cumbres del pensamiento y de la historia de la ciencia, fue publicado en Londres en 1687, en latín, y desde entonces se convirtió en la referencia más influyente del mundo de la física. Tres siglos después y a pesar de los cambios de paradigmas, el surgimiento de la teoría de la relatividad y de la mecánica cuántica, la vigencia de la mecánica clásica sigue siendo indiscutible.

Fotografías de un ejemplar original de la primera edición del Principia de Newton de 1687.
En las páginas 12 y 13 introduce las tres leyes del movimiento, los axiomas en los que cimienta toda la mecánica newtoniana:
Lex. I. Corpus omne perseverare in statu suo quiescendi vel movendi uniformiter in directum, nisi quatenus illud a viribus impressis cogitur statum suum mutare.​
Todos los cuerpos perseveran en su estado de reposo o de movimiento uniforme en línea recta, salvo que se vean forzados a cambiar ese estado por fuerzas impresas.
Lex. II. Mutationem motus proportionalem esse vi motrici impressæ, & fieri secundum lineam rectam qua vis illa imprimitur.
El cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa, y se hace en la dirección de la línea recta en la que se imprime esa fuerza.
Lex. III. Actioni contrariam semper & æqualem esse reactionem: sive corporum duorum actiones in se mutuo semper esse æquales & in partes contrarias dirigi.
Para toda acción hay siempre una reacción opuesta e igual: o sea, las acciones mutuas de dos cuerpos, uno sobre otro, son siempre iguales y dirigidas hacia partes contrarias.

En la actualidad Newton y sus leyes se han convertido en parte de nuestra cultura clásica, y al igual que muchas personas cultas se precian de conocer las obras de los grandes artistas de la pintura, la literatura o la música, no son pocos los que se jactan de conocer la obra de Newton, al menos en sus aspectos fundamentales, como lo son las tres leyes del movimiento, entre las que se incluye la ya mencionada ley de acción y reacción.

Lamentablemente parece ser que la alfabetización científica encuentra puntos de resistencia, incluso en aquellos ámbitos, como el educativo, nada menos, en donde uno supone que tendría que ser más fuerte que en cualquier otro. En el año 2011 se editó en Uruguay un libro de ciencia para escolares con una sección dedicada al movimiento y a la ley de gravitación de Newton. En un dibujo que representa la atracción gravitatoria entre el Sol y la Tierra, las flechas que representan las fuerzas tienen longitudes diferentes, olvidando por completo la ley de acción y reacción. Para que quede claro que no se trata de un descuido del dibujo, un texto intenta aclarar: “Esta flecha más pequeña representa la fuerza con que la Tierra ‘tironea’ del Sol. Como el Sol es mucho más grande que la Tierra, esa flecha es más pequeña.” Lo cual es falso, pues tal como dice la ley de acción y reacción, las fuerzas no son diferentes sino iguales (de módulo), independientemente de que las masas sean diferentes.

Si bien el libro estaba producido por una editorial privada, sus autores eran referentes académicos de la educación primaria de nuestro país. Algo que en lo personal me resulta alarmante. Al parecer el libro habría sido corregido, pero recién muchos años después de su primera edición (algo que no he podido comprobar). Sea cierto o no, la primera edición sigue circulando en colegios y bibliotecas, tal como lo pude verificar cuando consulté el libro en la biblioteca de la cooperativa magisterial, de donde tomé las fotos que aparecen aquí.

En el año 2019 se publicó en una de las plataformas educativas más importantes de nuestro país un recurso para escolares preparado por estudiantes magisteriales de formación docente. Allí se replica exactamente el mismo error recién mencionado, aunque con una imagen diferente, el Sol y la Tierra atrayéndose con fuerzas de diferente módulo. Como en el libro, el error se reafirma con un texto similar: “La Tierra tiene menor masa que el Sol entonces la atracción de este sobre la Tierra es mayor.”

Para que no queden dudas al respecto, la ley de acción y reacción, tal como la enunció Newton hace más de tres siglos, es válida aunque los objetos que interactúan tengan masas diferentes, como es el caso de la Tierra y el Sol. La fuerza con que la Tierra atrae al Sol es exactamente igual (en módulo) a la fuerza con que el Sol atrae a la Tierra. Asunto diferente es la aceleración. Si consideramos la segunda ley de Newton, que dice que la aceleración de un cuerpo es igual a la fuerza neta dividida por su masa, entonces podemos constatar que la aceleración del Sol debida a la atracción de la Tierra es más pequeña que la aceleración de la Tierra debida a la atracción del Sol. Las aceleraciones sí son diferentes y esto sí es debido a que la masa del Sol es mayor que la masa de la Tierra. Pero por supuesto que no debe confundirse fuerza con aceleración.

La calidad de la información es un problema social y más en estos tiempos de redes globales. En especial para los docentes ha sido desde siempre una preocupación la calidad de la información a la que acceden nuestros estudiantes, nuestros niños, nuestros jóvenes en plena etapa formativa. Internet abrió las puertas a un mundo casi infinito de información de todo tipo, de la muy buena y de la muy mala, que supuso un hito en este sentido a solo un clic de distancia. Esto ha significado un llamado y una oportunidad para reforzar el desarrollo del pensamiento crítico dentro y fuera del aula. Pero algo muy diferente y extremadamente preocupante es que dentro del propio sistema educativo y de formación docente se mantengan, publiquen y amplifiquen conceptos erróneos. Causa cierto sentido de vergüenza que esto ocurra donde no debería ocurrir. Nadie está completamente libre de errores, pero el sistema educativo y en especial la estructura de formación docente deberían ser el bastión de referencia del conocimiento y no fuente de propagación de ideas equivocadas. Un asunto que, dada la importancia capital de la ciencia en el mundo moderno, merece una profunda reflexión para cambiar y mejorar.

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La mayor colisión de agujeros negros observada hasta ahora

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Las colaboraciones LIGO-Virgo acaban de anunciar la observación de la mayor onda gravitacional detectada hasta el momento, #GW190521.

El hito es que se trata de la primera vez que se observa la formación de un agujero negro de masa intermedia. Tiene 142 masas solares, como producto de la fusión de un sistema binario de agujeros negros de 85 y 66 masas solares.

Durante el proceso de fusión se estima que se emitió energía equivalente a 8 masas solares. Es una energía equivalente a la que emitirían 15 millones de soles brillando durante un millón de años. GW190521 emitió toda esa energía en apenas una fracción de segundo.

Es también la fuente más distante de ondas gravitacionales observada hasta ahora, a 17 mil millones de años luz (7000 veces más lejos que la vecina galaxia de Andrómeda).

La observación fue registrada el 21 de mayo de 2019, a través de tres observatorios de ondas gravitacionales por interferometría láser: los dos Advanced LIGO ubicados en Estados Unidos (Hanford y Louisiana) y Advanced Virgo, cerca de Pisa, en Italia.

El artículo científico con los resultados se ha publicado recién hoy 2 de setiembre de 2020, en PRL: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.125.101102

Más información en: https://www.ligo.org/detections/GW190521.php

#ComunicaCiencia #DivulgaCiencia

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Fluorescencia de la quinina

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El agua tónica presenta fluorescencia debido a la quinina que contiene. La quinina es un alcaloide que le da el sabor amargo característico a esta bebida, que en forma natural se encuentra en plantas como la chinchona, de origen sudamericano, y que por mucho tiempo se utilizó para combatir la malaria. 

Cuando la quinina es excitada con luz de alta frecuencia (generalmente ultravioleta), produce un espectro de re-emisión por el mecanismo de fluorescencia que abarca prácticamente todo el espectro visible, con un máximo de intensidad en 450 nm, motivo por el que la quinina fluorescente se aprecia como luz blanca levemente azulada. De hecho es muy similar a la luz que produciría una fuente térmica a 6200 grados Celsius.

En la foto de la izquierda una botella de tónica Schweppes está iluminada por debajo con un láser verde de 532 nm. Al tener una longitud de onda mayor (o sea, menor energía), no se induce la emisión por fluorescencia, por lo que se aprecia el láser atravesando la bebida con su color verde original.

En la foto de la derecha, la misma botella es iluminada desde abajo por un láser azul de 405 nm. Con esa longitud de onda menor (mayor energía), se excita la quinina, como se aprecia en el resplandor blanquecino de la bebida, que es la reemisión de luz por fluorescencia.

La tapa de la botella, de plástico blanco, revela el color original de cada láser.

Experimentos cuantitativos de bajo costo se pueden realizar para analizar el espectro de la luz emitida.

Otros experimentos similares sobre fluorescencia se pueden realizar con otras sustancias que presentan comportamientos diferentes pero que son igualmente simples de conseguir, como el aceite de oliva, la clorofila, la cúrcuma, la miel, etc.

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