El efecto fotoeléctrico es un fenómeno muy popular en física, especialmente porque fue gracias al cual Einstein ganó el premio Nobel de física en 1921 (y no por la teoría de la relatividad, como muchos piensan.) Se trata de una de las formas en las que la luz interactúa con la materia; en particular, cuando incide un haz sobre un metal, algunos electrones son emitidos con diferentes energías. El fenómeno ya había sido observado en 1839 por Becquerel, pero no fue hasta fines del siglo XIX y los primeros años del XX que se comenzó a estudiar en profundidad.

Un metal puede ser pensado como una serie de núcleos que tienen electrones a su alrededor. Los electrones que estén más lejos del núcleo se podrán mover prácticamente libremente; estos son los electrones que transmiten la corriente eléctrica, por ejemplo. Sin embargo a estos electrones les falta un poco de energía para poder salir del metal y esta energía puede ser provista por un rayo de luz. La peculiaridad de los experimentos que se realizaron a fines de 1800 es que no respondían a las predicciones teóricas y no había forma de salvar estas contradicciones; fue este simple experimento el que desató, años más tarde el Clásica Vs. Cuántica, con Einstein como uno de sus propulsores.

La luz puede ser pensada como una onda que se propaga, al igual que el movimiento de la superficie del agua luego de arrojar una piedra sobre ella. Este movimiento tendrá dos características fundamentales: la amplitud y la frecuencia; es decir que tan alta es la onda y que tan seguido se producen. En el caso de la luz, la amplitud determina lo que se llama Intensidad. Clásicamente lo que se pensaba era que las ondas podían entregar energía a los electrones del metal paulatinamente, hasta que alcanzaran el nivel suficiente para ser desprendidos de la superficie. Esto quiere decir que cuanto más intensa fuera la luz, los electrones arrancados deberían poseer más energía (deberían haber recibido más energía del rayo luminoso.) Sin embargo experimentalmente se observó que la energía de los electrones eyectados del metal era independiente de la intensidad de la luz que recibían, pero que variaba con la frecuencia.

En este momento es cuando entra en juego la teoría de Planck de radiación de cuerpo negro. Planck había propuesto que la energía de una onda no dependía de su amplitud, sino más bien de su frecuencia y que era directamente proporcional una con otra. Einstein tomó este hecho y elaboró su teoría encima de él. Lo que propuso fue que la luz que llegaba al metal, tenía una dada energía, que dependía de su frecuencia (equivalentemente de su color, o longitud de onda), que le podía entregar TODA su energía a los electrones, pero no una parte, y que el electrón no podía acumular esa energía que recibía: o era liberado o no pasaba nada. De esa forma fue que surgió la cuantización de la energía y de las ondas de luz: se puede pensar que la luz son pequeños paquetes (fotones) que al impactar contra un electrón le ceden o toda su energía o nada. Si esa energía fue suficiente para el electrón escapar del metal, podrá ser detectado, más aún, la energía con la que saldrá es directamente proporcional a la frecuencia de la onda que incidió. Además se observa que la intensidad de la luz, sólo contribuye al número de electrones que son liberados por segundo, pero no a su energía.

Fue por este trabajo que Albert Einstein ganó el premio Nobel de física en 1921; muchos suelen cometer el error de pensar que la Relatividad fue la teoría que le valió el premio. También se suele pensar de Einstein como un científico completamente opuesto a la mecánica cuántica y a la probabilidad (basta recordar la frase “Dios no juega a los dados”) mientras que, por este y otros trabajos, se lo puede considerar como uno de los padres fundadores de la cuántica. También cabe destacar el gran paso intelectual que dio Planck, científico que en general queda relegado al momento de la divulgación, al estudiar la radiación de cuerpo negro y su interpretación.

Más Información | Wikipedia (en Inglés) y (en Español)
Libro | Robert Eisberg, Fundamentos de Física Moderna

El experimento (pensado, en alemán gedankenexperiment) que se plantea es bastante sencillo: se pone a un gato dentro de una caja cerrada (no se puede ver para adentro) junto con un átomo que tiene una probabilidad del 50% de desintegrarse y matar al gato. La pregunta que surge entonces es si el gato está vivo o está muerto. Este problema, planteado aproximadamente en 1935 por Erwin Schrödinger mezcla algunos elementos de la física cuántica (la probabilidad de desintegrarse) con la realidad cotidiana: la vida o la muerte de un gato; de esta forma queda evidenciada una de las dificultades intelectuales más grandes y complicadas de explicar que tiene la física cuántica: el concepto de superposición.

Para poder interpretar el resultado es necesario entender lo que se llaman “estados cuánticos”: un estado cuántico es un objeto matemático en el que se contiene toda la información de un objeto físico. Por ejemplo en el caso de un electrón moviéndose en el átomo, el estado cuántico tendría información sobre la energía, el momento angular y otras magnitudes físicas de interés. En general se puede hablar de dos tipos de estados, los puros, que son formados por un único estado cuántico y los mixtos que son formados por la suma de varios estados cuánticos diferentes. Al efectuar una medición de la energía del electrón, por ejemplo, sobre uno de los estados mixtos se podrá obtener alguno de los valores de la energía de los estados cuánticos presentes (y ningún otro,) cada uno con una determinada probabilidad.

El principio de superposición lo que dice es que si el mundo puede estar en un estado “A” y también en un estado “B” entonces también podrá estar en un estado que sea la combinación de ambos (estado mixto.) Sin embargo, al efectuar una medición de este estado sólo se podrá obtener “A” o “B”. Esto quiere decir que hasta el momento en el que se mide, el mundo estaba en los dos estados simultáneamente, pero luego de realizar una observación el estado colapsa a uno de los dos posibles: el “A” o el “B”. Es importante destacar que es posible medir ambos a veces con probabilidades diferentes, pero tarde o temprano, luego de realizar varias veces el experimento, se habrán obtenido los dos. En el experimento de Schrödinger el gato puede estar tanto vivo (“V”) como muerto (“M”) y como ambos son estados posibles, también puede estar en una combinación que sea vivo Y muerto, “V” + “M”. Ambas realidades coexistirán hasta que un observador abra la caja, vea el estado en el que se encontraba el gato y haga colapsar el sistema a una sola posibilidad: o vivo o muerto.

Aunque parezca descabellado en un primer momento, experiencias en el que se tienen diferentes estados superpuestos son llevadas a cabo diariamente en laboratorios de todo el mundo. Es una concepción de la realidad que se aleja sobremanera de lo que se pensaba hasta el siglo XX (y de lo que aún hoy se piensa cotidianamente) y presupone grandes desafíos no sólo para los físicos, sino también para los filósofos de la ciencia, ya que se está planteando que la realidad es en función de que se la observe. Si nadie hubiera abierto la caja el gato continuaría estando vivo Y muerto; es ahí cuando surge una pregunta crucial: ¿el gato sabía que estaba vivo?

Fuentes | Wikipedia (Inglés)
Fuentes | Modern Quantum Mechanics – J. J. Sakurai

Los físicos Alejandro Corichi, de la Universidad Nacional Autónoma de México y Parampreet Singh, del Instituto Perimeter de Física Teórica de Ontario desarrollaron un modelo simplificado de la teoría LQG (o sLQG) en la que se obtiene que el universo pre-Big Bang habría sido muy parecido al nuestro actual. “Lo importante del este concepto es que responde qué sucedió con el universo antes del Big Bang,” dijo Singh. “Había permanecido un misterio, para los modelos que podían resolver la singularidad del Big Bang, si antes se trataba de una espuma cuántica o de un espacio-tiempo. Nuestro estudio muestra que se trataba de un universo más que nada similar al nuestro.”

El año pasado, Martin Bojowald, un físico de la universidad de Penn, mostró usando la teoría LQG que un universo anterior al nuestro podría haber existido. Sin embargo, aunque ese modelo produjera matemáticas válidas, ninguna observación en nuestro universo podría haber llevado al entendimiento del universo pre-rebota, dado que nada se habría preservado durante el colapso; Bojowald lo describe como una especie de “Amnesia cósmica.” Sin embargo en el nuevo modelo sLQG se observa que las variaciones de volumen e impulso en el universo pre-rebote se conservan a través del colapso.

“En el universo antes del colapso, todas las características principales serían las mismas,” dijo Singh. “Seguiría las mismas ecuaciones de la dinámica, las ecuaciones de Einstein cuando el universo fuera grande.” Los investigadores aclaran que tener un universo gemelo no implica que fuera idéntico, que ya hubiera existido alguien viviendo nuestras vidas, sino que las leyes físicas que lo rigieron fueron las mismas. “Si uno pudiera observar algunas propiedades con un microscopio lo suficientemente poderoso, uno podría ver algunas diferencias en ciertas cantidades, justamente como uno puede percibir que gemelos tienen huellas dactilares diferentes, o inclusive un ADN diferente.”

Más Información | Physorg
Más Información | Gravedad Cuántica de Bucles (Wikipedia)

Científicos de IBM han descubierto como hacer posible un dispositivo útil para la informática basado en nanoelectrónica. En concreto, su éxito ha sido aprender cómo guiar átomos individuales de modo que puedan crear piezas para dispositivos de almacenamiento ultra pequeños.

La idea no es otra que jugar a ser dioses, poder manipular y orientar los átomos a nuestro antojo. Entender y manipular el comportamiento de los átomos es fundamental para aprovechar el poder de la nanotecnología. En ello tendrá mucho que ver los avances recientes en electromagnetismo.

Usando nanotubos semiconductores, investigadores de varias empresas y laboratorios han desarrollado circuitos de computación de funcionamiento lógico y transistores, las puertas electrónicas lógicas de que están compuestos los chips. Hace algún tiempo, IBM ya se lanzó en esta aventura y mostró el primer circuito de ordenamiento lógico formado por nanotubos de carbono. Las computadoras moleculares basadas en estos circuitos tienen el potencial de ser mucho más pequeñas y rápidas que la actuales, además de consumir una cantidad considerablemente menor de energia.

Algunos gigantes del mundo informático como IBM, Hewlett-Packard (HP), NEC e Intel están invirtiendo millones de dólares al año en el tema. Los gobiernos del llamado Primer Mundo también se han tomado el tema muy en serio, con el claro liderazgo del gobierno estadounidense, que para este año ha destinado 570 millones de dólares a su National Nanotechnology Initiative.

En España, los científicos hablan de “nanopresupuestos”. Pero el interés crece, ya que ha habido algunos congresos sobre el tema: en Sevilla, en la Fundación San Telmo, sobre oportunidades de inversión, y en Madrid, con una reunión entre responsables de centros de nanotecnología de Francia, Alemania y Reino Unido en la Universidad Autónoma de Madrid.

Vía | Electrónicos On Line
Genciencia | Superconductividad
Genciencia | A HP le gustan los nanocables
Genciencia | La nanotecnología se deja seducir por españoles
Genciencia | La computación cuántica asoma la cabeza
Genciencia | Primero nanotubos, después nanopolímeros

Esta noche se ha programado en uno de los canales de la televisión digital la película ¿Y tú qué sabes?, éxito de taquilla en Estados Unidos. Se trata de un falso documental, que sólo funciona como herramienta propagandística de sus patrocinadores: “La Escuela de Iluminación de Ramtha”.

¿Y tú qué sabes? realiza una curiosa mezcla de teoría cuántica, neurociencia barata y teología, con la cual pretende trasmitir el mensaje de que cada uno, en un sentido literal, crea su propia realidad.

La cinta comienza exponiendo superficialmente algunos conceptos de física cuántica, centrándose en el principio de indeterminación de Heisenberg, planteando más adelante algunos interrogantes sobre la percepción de la realidad, que pueden dar pie a alguna reflexión interesante. Sin embargo, a medida que avanza la película se mezcla cada vez más la ciencia con lo esotérico, buscando un sensacionalismo totalmente gratuito y absurdo.

Si el falso objetivo del documental es exponer las implicaciones filosóficas de la mecánica cuántica, cabe decir que se crea un estado de absoluta confusión. Por lo que se refiere a la física cuántica, lo único que consigue es desorientar, utilizando un lenguaje frívolo, basado en frases sueltas, inconexas, y vestidas de misticismo, con las cuales atrapar a los incautos, según los métodos habituales de las sectas.

El reportaje cita, además, continuamente a Nietzsche de manera fraudulenta, sin nombrarlo en ningun momento, al tratar temas como la voluntad de poder, el bien y el mal como ilusiones humanas, la moral esclava, la moral maestra, etc.

Para aquellos que no saben nada sobre la teoría cuántica hay que clarificar que los principios cuánticos sólo son válidos a nivel atómico y, en ningún caso, son extrapolables al nivel macroscópico. A nivel atomico y subatómico pueden suceder cosas extraordinarias, pero, como se comentaba en un foro sobre el tema:

eso no significa que le pueda pasar lo mismo a un florero o a una persona y todo intento por mezclar la cuántica en la vida a nuestro nivel tiene por objeto separarlo a usted de sus billetes.

La película no es más que el montaje publicitario del señor Masaru Emoto, el cual se presenta a sí mismo como “doctor”, y de su amiga Judith Z. Knight, que ofrece conferencias (a 1.000 dólares) en nombre de Ramtha, un guerrero espiritual de Lemuria, de 35,000 años de edad, que la posee desde que en 1977 se puso una pirámide en la cabeza.

Judith Z. Knight ha fundado una escuela, la “Ramtha School of Enlightenment”, y una empresa editorial, las cuales le aseguran ingresos millonarios todos los años.

Por si fuera poco, el supuesto “doctor” Masaru Emoto, que visitó España el año pasado, se dedica a difundir los “mensajes ocultos en el agua”.

Emoto nos presenta ideas simples y bonitas, basadas en sencillos experimentos consistentes en pegar etiquetas con frases como “te amo”, “te odio”, o “gracias”, en recipientes con agua, de los que más tarde toma una muestra y la enfría hasta que se forman cristales, los cuales son fotografiados.

Según Emoto, el agua siente y responde a nuestros sentimientos. De esta manera, las fotografias de los cristales sometidos a mensajes positivos son armoniosas, al contrario que las de los cristales bajo la influencia de mensajes negativos (¿?).

¿Y tú qué sabes? fue el tranpolín que lanzó a Emoto a la fama, cuyos argumentos son tan confusos, cuando no ridículos, como el mismo documental. Emoto nos habla de cristales amenazadores y pacíficos, y de las vibraciones, que por obra y gracia de una misteriosa energía vital, el agua es capaz de captar y procesar.

Emoto también ha montado su propio negocio. Así, se dedica a vender libros con sus esotéricas fotografías, botellas de agua milagrosa para beber, calcomanías que “neutralizan” el magnetismo pernicioso de los aparatos eléctricos y su “agua hexagonal estructurada por medición de onda”, la cual le reporta interesantes beneficios a pesar de que madie sabe que puede ser tal cosa.

Para terminar, un último comentario, dedicado al artículo que Tendencias 21, la revista electrónica de ciencia, tecnología, sociedad y cultura, dedicó a la película en mayo del año pasado. Para nosotros, Tendencias 21 es un medio serio y riguroso, sin embargo, dicho artículo no deja de sorprendernos, ya que el autor del mismo ha caído en la trampa de la película, llegando a creer que se trata de un documental verdadero.

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