Acerca de la curiosidad - por Daniel Aníbal Galatro

¡Hola, amigos!

Estoy trabajando en la segunda parte de la Guía sobre Universos y Multiversos. Y hago una pausa para intentar reflexionar acerca de para qué puede servir investigar, por ejemplo en eso.

Y en este pequeño recreo (break) que propongo me asomo como muchas otras veces a Wikipedia, guiado por la superstición jamás totalmente verificada ni negada de que "Wkipedia lo sabe todo", como parecen sugerir de sí mismos algunos periodistos y periodistas que, agrupados bajo el rótulo de "opinólogos" responden son soltura y cierta suficiencia tanto a una consulta sobre la influencia de las supernovas en los cambios del universo como a las causas de la diarrea en los recién nacidos.

Y en Wikipedia está la respuesta (tipo oráculo de Delfos) a mi duda atroz acerca de lo que motivó la pausa en la que estamos (yo por mi voluntad y ustedes porque fueron inducidos casi arteramente por mí.

Dicen las páginas sabias que "la curiosidad", causa del efecto por el cual consulto, "es cualquier comportamiento inquisitivo natural, evidente por la observación en muchas especies animales, y es el aspecto emocional en seres vivos que engendra la exploración, la investigación, y el aprendizaje."

"Esencialmente," - continúa oraculizando - "describe un número desconocido de mecanismos del comportamiento psicológico que tienen el efecto de impulsar a los individuos, humanos y no humanos, a buscar la información y la interacción con su ambiente natural y con otros seres a su alrededor".

¿Para qué sirve investigar, entonces? Según la wikibiblia es un efecto propio de nuestra cualidad de ser vivo sumada a nuestra jerarquía de animal superior, consecuencia de ver que "eso" está ahí y que se hace inevitable que alguien lo observe y pretenda investigarlo para saber qué es, cómo es, por qué es, etc.

Una vez que obtenemos datos sobre "eso" nos quedamos más tranquilos, porque lo que nos asusta es lo que no conocemos o no podemos explicar, lo desconocido que nos puede dañar.

Mi amigo Ricky cuando era muy pequeño, digamos de seis años o siete de edad, se enojaba mucho con los adultos que no le permitían o le prohibían hacer algo y antes de salir de la habitación dando un portazo les lanzaba una maldición terrible:

"¡Ojalá venga un aclatismo que los aclate a todos."

Todos los presentes se sorprendían con el portazo pero se horrorizaban con la amenaza del aclatismo, que los preocupaba por su nombre y las consecuencias trágicas que permitía imaginar.

Nadie, ni siquiera Ricky, supo qué era un aclatismo, y en eso seguramente consistía su poder. O, en realidad, tenía ese poder de lo no conocido que parecía tener la capacidad de dañarnos.

Seguramente con el tiempo alguien se atreverá a investigar sobre los aclatismos como lo hace acerca de otros componentes de lo que llamamos universo total, que tampoco conocemos mucho y que por eso nos asustan. Y nuestra curiosidad actuará como respuesta para encontrar explicaciones que nos sirvan como mantos protectores para amortiguar alguno de nuestros temores.

¿Cuántos elementos definidos a través de conceptos expresados por otros seres humanos que los utilizan aprovechando esos temores innatos o adquiridos son motivadores de intentos de investigación que llegan a algún término aceptable o quedan como incógnitas terribles para lo que llamamos nuestro "futuro"?

Y así se desarrollan caminos de superstición (cuya finalidad es "intentar sobrevivir"), a veces normatizados o institucionalizados como "ciencias".

Expresé en la primera parte de "Universos y Multiversos" una conclusión provisoria:

"Cada vez que alguien, en forma consciente, subconsciente o inconsciente propone un nuevo modelo, provoca que muchos realicen su propio análisis para contrastarlo con nuestro limitado y limitante 'método científico', de modo de confirmarlo o rebatirlo. Y siempre será algo positivo porque nos permitirá aprender algo que no sabíamos."

Si les interesa investigar y reflexionar más de estos asuntos relacionados con el tiempo, el espacio, la materia, la energía y cosas así visto con los ojos de los físicos del 2015, ya saben.

Un email a danielgalatro@gmail.com y podrán averiguar cómo hacerse de su copia dela Guía instalada en su propia PC para luego seguir discutiendo estos temas. O para simplemente satisfacer su curiosidad.

Un saludo afectuoso
Prof. Daniel Aníbal Galatro
Esquel - Chubut - Argentina

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El gato de Schrödinger... ¿vivo o muerto?

El experimento del gato de Schrödinger es un experimento imaginario concebido en 1935 por el físico austríaco Erwin Schrödinger para exponer una de las consecuencias menos intuitivas de la mecánica cuántica.

Plantea un sistema que se encuentra formado por una caja cerrada y opaca que contiene un gato en su interior, una botella de gas venenoso y un dispositivo, el cual contiene una partícula radiactiva con una probabilidad del 50% de desintegrarse en un tiempo dado, de manera que si la partícula se desintegra, el veneno se libera y el gato muere.

Al terminar el tiempo establecido, hay una probabilidad del 50% de que el dispositivo se haya activado y el gato esté muerto, y la misma probabilidad de que el dispositivo no se haya activado y el gato esté vivo. Según los principios de la mecánica cuántica, la descripción correcta del sistema en ese momento (su función de onda) será el resultado de la superposición de los estados «vivo» y «muerto» (a su vez descritos por su función de onda). Sin embargo, una vez que se abra la caja para comprobar el estado del gato, éste estará vivo o muerto.

Ahí radica la paradoja. Mientras que en la descripción clásica del sistema el gato estará vivo o muerto antes de que abramos la caja y comprobemos su estado, en la mecánica cuántica el sistema se encuentra en una superposición de los estados posibles hasta que interviene el observador. El paso de una superposición de estados a un estado definido se produce como consecuencia del proceso de medida, y no puede predecirse el estado final del sistema: solo la probabilidad de obtener cada resultado. La naturaleza del proceso sigue siendo una incógnita, que ha dado lugar a distintas interpretaciones de carácter especulativo.

Siguiendo la interpretación de Copenhague, en el momento en que abramos la caja, la sola acción de observar modifica el estado del sistema tal que ahora observamos un gato vivo o un gato muerto. Este colapso de la función de onda es irreversible e inevitable en un proceso de medida, y depende de la propiedad observada. Es una aproximación pragmática al problema, que considera el colapso como una realidad física sin justificarlo completamente. El Postulado IV de la mecánica cuántica expresa matemáticamente como evoluciona el estado cuántico tras un proceso irreversible de medida.

En la interpretación de los «muchos mundos» («many-worlds»), formulada por Hugh Everett en 1957, el proceso de medida supone una ramificación en la evolución temporal de la función de onda. El gato está vivo y muerto a la vez pero en ramas diferentes del universo: ambas son reales, pero incapaces de interactuar entre sí debido a la decoherencia cuántica.

En la interpretación del colapso objetivo, la superposición de estados se destruye aunque no se produzca observación, difiriendo las teorías en que magnitud física es la que provoca la destrucción (tiempo, gravitación, temperatura, términos no lineales en el observable correspondiente). Esa destrucción es lo que evita las ramas que aparecen en la teoría de los multi universos. La palabra "objetivo" procede de que en esta interpretación tanto la función de onda como el colapso de la misma son "reales", en el sentido ontológico. En la interpretación de los muchos-mundos, el colapso no es objetivo, y en la de Copenhague es una hipótesis ad hoc.

La interpretación relacional rechaza la interpretación objetiva del sistema, y propone en cambio que los estados del sistema son estados de relación entre el observador y el sistema. Distintos observadores, por tanto, describirán el mismo sistema mediante distintas funciones de onda. Antes de abrir la caja, el gato tiene información sobre el estado del dispositivo, pero el experimentador no tiene esa información sobre lo que ha ocurrido en la caja. Así, para el gato, la función de onda del aparato ya ha colapsado, mientras que para el experimentador el contenido de la caja está aún en un estado de superposición. Solamente cuando la caja se abre, y ambos observadores tienen la misma información sobre lo que ha pasado, las dos descripciones del sistema colapsan en el mismo resultado.

La interpretación asambleística o estadística interpreta la función de onda como una combinación estadística de múltiples sistemas idénticos. La superposición es una abstracción matemática que describe este conjunto de sistemas idénticos; pero cuando observamos un sistema individual, el resultado es uno de los estados posibles. Sin embargo, esta interpretación es incapaz de explicar fenómenos experimentales asociados a partículas individuales, como la interferencia de un solo fotón en la versión cuántica del experimento de Young.

Si bien esta paradoja resulta difícil de comprender para muchos y su interpretación es variada e inconstante, podemos ver algunas referencias al mismo en varias series, cómics y videojuegos actuales.

Fuente: Wikipedia.

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La Luna según la lente de Fernando Mengui

La Luna en una fotografía tomada por Fernando Mengui, de la FAO.
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La Luna es el único satélite natural de la Tierra y el quinto satélite más grande del Sistema Solar.

Es el satélite natural más grande en el Sistema Solar en relación al tamaño de su planeta, un cuarto del diámetro de la Tierra y 1/81 de su masa, y es el segundo satélite más denso después de Ío.

Se encuentra en relación síncrona con la Tierra, siempre mostrando la misma cara a la Tierra.

El hemisferio visible está marcado con oscuros mares lunares de origen volcánico entre las brillantes montañas antiguas y los destacados astroblemas.

A pesar de ser el objeto más brillante en el cielo después del Sol, su superficie es en realidad muy oscura, con una reflexión similar a la del carbón.

Su prominencia en el cielo y su ciclo regular de fases han hecho de la Luna una importante influencia cultural desde la antigüedad tanto en el lenguaje, como en el calendario, el arte o la mitología.

La influencia gravitatoria de la Luna produce las corrientes marinas, las mareas y el aumento de la duración del día.

La distancia orbital de la Luna, cerca de treinta veces el diámetro de la Tierra, hace que tenga en el cielo el mismo tamaño que el Sol, permitiendo a la Luna cubrir exactamente al Sol en eclipses solares totales.

Fuente: Wikipedia
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Plano inclinado - Recurso sencillo

¡Hola! Aquí de regreso con otra "artesanía didáctica" o como quieran llamarla.
Esta vez se trata de la aplicación de una máquina simple pero muy eficaz y utilizada por todos y para casi todo: la rampa o plano inclinado.

Según Wikipedia (adaptada a nuestro caso):

El plano inclinado es una máquina simple que consiste en una superficie plana que forma un ángulo agudo (α) con el suelo y se utiliza para elevar cuerpos a cierta altura.

Tiene la ventaja de necesitarse una fuerza menor que la que se emplea si levantamos dicho cuerpo verticalmente, aunque a costa de aumentar la distancia recorrida y vencer la fuerza de rozamiento.

Las leyes que rigen el comportamiento de los cuerpos en un plano inclinado fueron enunciadas por primera vez por el matemático Simon Stevin, en la segunda mitad del siglo XVI.

Para analizar las fuerzas existentes sobre un cuerpo situado sobre un plano inclinado, hay que tener en cuenta la existencia de varios orígenes en las mismas.

En primer lugar se debe considerar la existencia de una fuerza de gravedad, también conocida como peso, que es consecuencia de la masa (M) que posee el cuerpo apoyado en el plano inclinado y tiene una magnitud de M.g con una dirección vertical y representada en la figura por la letra P. Es la que está en las sombras debajo del plano inclinado, pero que se ve perfectamente en el modelo real.

Existe además una fuerza normal (N), también conocida como la fuerza de reacción ejercida sobre el cuerpo por el plano como consecuencia de la tercera ley de Newton, se encuentra en una dirección perpendicular al plano y tiene una magnitud igual a la fuerza ejercida por el plano sobre el cuerpo. En la figura aparece representada por N, y vale M.g.cos(α).

Existe finalmente una fuerza de rozamiento, también conocida como fuerza de fricción (FR), que siempre se opone al sentido del movimiento del cuerpo respecto a la superficie. Su magnitud depende tanto del peso como de las características superficiales del plano inclinado y del cuerpo. Estas características generan un "coeficiente de rozamiento". Al momento de fotografiar el modelo no estaba aún colocada la fuerza de fricción o fuerza de roce, que estaría en la dirección del plano, opuesta al movimiento, y entre el plano y el objeto a mover. Su valor es M.g.cos(α).mu (mu es el coeficiente de rozamiento que habitualmente se obtiene de tablas).

La que aparece indicada como F es la componente del peso paralela al plano inclinado. Su valor es M.g.sen(α). Será la fuerza que solicitará que el cuerpo caiga hacia la Tierra siguiendo la pendiente o inclinación del plano.

Si F no supera a FR, el cuerpo se mantiene en equilibrio.

Si F es mayor que FR, el cuerpo se deslizará hacia abajo por el plano inclinado. 

Para subir el cuerpo se debe realizar una fuerza con una magnitud que iguale o supere la suma de F + FR.

El modelo tiene agregado una sección de un transportador que permite mostrar el valor aproximado de α. Además se ve un triángulo rectángulo aplicado con las medidas de sus catetos (base y altura del triángulo) e hipotenusa (longitud parcial del plano que se corresponde con los catetos indicados).

¿Qué se puede hacer con este modelo fijo de un plano inclinado?

Varios ejercicios son posibles. Por ejemplo:

- Demostrar que sabiendo la altura y el largo del plano, se obtiene fácilmente el valor del ángulo ya que cateto opuesto dividido hipotenusa nos dará el valor del seno y luego podremos obtener con él a qué ángulo corresponde. (no es la única forma de calcularlo). Luego verificaremos que es muy aproximado al que se ve en el transportador.

- Podemos suponer que el cuerpo colocado sobre el plano (en este caso una caja) tiene una masa o peso conocido de antemano (P) y que también sabemos el valor de mu entre la base de la caja y la superficie del plano. Entonces podemos calcular las fuerzas F, FR y N.

Creo que lo más útil del modelo aquí presentado es que permite visualizar las 4 fuerzas que intervienen en este asunto: 

- el peso del cuerpo (P)

- la fuerza resultante paralela al plano (F)

- la fuerza de reacción del plano y perpendicular a él (N)

- la fuerza de fricción que siempre se opone al movimiento (FR)

y también permite ver el valor sexagesimal del ángulo de inclinación del plano.

Ahora voy a agregar al modelo la FR que había olvidado colocar y luego quizá tome otra fotografía del modelo pero ya "completito".

Espero que, como en casos anteriores, sigan enviándome sus propios modelos, observaciones y comentarios a danielgalatro@gmail.com para que todos sigamos aprendiendo Física y al mismo tiempo adquiriendo algunas habilidades artesanales.

Un saludo afectuoso desde Esquel.

Prof. Daniel A. Galatro

PD Aquí tomé una fotografía más como había prometido, con el agregado de la FR que había omitido.
Veremos como queda.

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Más sobre el metro patrón universal

El sistema métrico decimal es un sistema de unidades de longitud basado en el metro, en el cual los múltiplos y submúltiplos de cada unidad de medida están relacionadas entre sí por múltiplos o submúltiplos de base 10. El sistema métrico fue una de las muchas reformas aparecidas durante el periodo de la Revolución Francesa. Entre 1789 y 1799. Ningún otro aspecto de la ciencia aplicada afecta al curso de la actividad humana tan directa y universalmente.

Fue implantado por la Primera Conferencia General de Pesos y Medidas (París, 1889); se pretendía buscar un sistema de unidades único para todo el mundo y así facilitar el intercambio científico, cultural, comercial, de datos...

Como unidad de medida de longitud se adoptó el metro, definido como la diezmillonésima parte del cuadrante del meridiano terrestre, cuyo patrón se reprodujo en una barra de platino iridiado. El original se depositó en París y se hizo una copia para cada uno de los veinte países firmantes del acuerdo.

El proceso previo había culminado en Francia con la proclamación el 22 de junio de 1799 del sistema métrico con la entrega a los Archivos de la República de los patrones del metro y el kilogramo, confeccionados en aleación de platino e iridio, presenciados por funcionarios del gobierno francés y de varios países invitados y muchos renombrados científicos de la época. Pronto se extendió su uso por otras naciones de Europa como en Hungría, donde fue adoptado luego de la Revolución húngara de 1848.

Para determinar la longitud del metro, los astrónomos Jean Baptiste Delambre y PFA Mechain dirigieron una nueva prospección entre Dunkerke, en el Canal de la Mancha en Francia, y Barcelona, España, en la Costa Mediterránea. Este trabajo fue comenzado en 1792 y completado en 1798, resistiendo las tribulaciones del "reino del terror" y el torbellino de la revolución. Ahora sabemos que el cuadrante de la Tierra es 10.001.966 metros (en el modelo WGS 84), en lugar de exactamente 10.000.000 de metros como fue inicialmente planeado. La principal fuente de error fue el valor que asumieron en la planitud de la tierra y que usaron para corregir el achatamiento.

El sistema métrico se adoptó oficialmente el 7 de abril de 1795. El gobierno gestó un decreto (Loi du 18 germinal, an III) formalizando la adopción de las definiciones y términos que están hoy en uso. Se construyó una barra de metal para representar el metro provisional, obtenido de las mediciones de Lacaille , y se derivó un modelo provisional para el kilogramo.

En EEUU la situación política al final del siglo XVIII también hacía no práctica la consideración del sistema métrico. Las tensas relaciones con Francia hicieron que el presidente federalista John Adams se preparara para una invasión de ese país. Por consiguiente en 1798, cuando dignatarios de países extranjeros se reunieron en París para aprender del progreso francés con la reforma metrológica, los Estados Unidos no fueron invitados. No hubo otra consideración seria del sistema métrico hasta después de la Guerra Civil. En 1866, bajo la supervisión de la Academia Nacional de Ciencias, el sistema métrico fue hecho legal por el 390 Congreso. El Presidente Andrew Johson firmó el Acta como ley el 28 de Julio.

Los Estados Unidos recibieron los metros 21 y 27 y los kilogramos 4 y 20. El 2 de enero de 1890 los sellos de las cajas embarcadas para el metro 27 y el kilogramo 20 fueron abiertas en una ceremonia oficial en la Casa Blanca con el presidente Benjamin Harrison. Los modelos fueron depositados en la Oficina de Pesos y Medidas de la Vigilancia de Costas y Geodesia de los Estados Unidos.


Las mejoría posterior de los sistemas de medición tanto del tamaño de la Tierra como de las propiedades del agua mostraron discrepancias con los patrones. La Revolución Industrial estaba ya en camino y la normalización de las piezas mecánicas, fundamentalmente tornillos y tuercas, era de la mayor importancia y estos dependían de mediciones precisas. A pesar de que las discrepancias que se encontraron habrían quedado totalmente enmascaradas en las tolerancias de fabricación de la época, cambiar los patrones de medida para ajustarse a las nuevas mediciones hubiera sido impráctico, particularmente cuando nuevos y mejores instrumentos acabarían encontrando nuevos valores cada vez más precisos.

Por ello se decidió romper con la relación que existía entre los patrones y sus fuentes naturales de tal forma que los patrones en sí se convirtieron en la base del sistema y permanecieron como tales hasta 1960, año en el que el metro fue nuevamente redefinido en función de propiedades físicas.

Luego, en 1983, la Conferencia General de Pesos y Medidas celebrada en París hace una nueva definición del metro como la distancia recorrida por la luz en vacío durante 1/299.792.458 segundo.

De esta forma, el metro recobró su relación con un fenómeno natural, esta vez realmente inmutable y universal.

Fuentes: Wikipedia y otras.

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