Rotor que parece que non xira, por María Loureiro en texnoloxia.org, sobre un efecto físico-óptico en el rotor de un helicóptero.

¿Qué sucedería si la fuerza de la gravedad aumentase con la distancia?, por Sergio L. Palacios en Física en la Ciencia Ficción

Avances en la previsión de los terremotos, por Carlo en Gravedad Cero

Homenaje a Carl Sagan, por Roi en Gravedad Cero

Planetas extrasolares, por Verónica Casanova en Astrofísica y física

¿Por qué las fuerzas radiales dependen de la inversa de la distancia al cuadrado?, por Migui en Migui.com

Introducción a la Materia, por Alfonso Cuervo en Cienciamia blog

El Proyecto Icarus, por Gerardo Blanco en Noticias del Cosmos

A difusión da física, por Agremon en Física e Química en Ribadeo

Los vidrios transparentes metálicos, por Toranks en Leonardo da Vinci

Igualmente os remito a la versión italiana del carnaval de la física, para ver otra recopilación de entradas realizadas en blogs italianos. La tercera edición, al igual que la mía, se ha alojado en Science Backstage.

Mi agradecimiento a todos ellos por haberse tomado el tiempo para difundir la física a pesar de estar en época de exámenes y a principios de año. Ello no ha reducido la participación ni la calidad. Esperemos que siga así, y doy el paso al blog RTFM para acoger el cuarto carnaval, que por razones obvias se celebrará el 28 de febrero. Espero que los dos días menos no reduzcan la participación este mes, y espero leeros allí

Actualización: A continuación el mapa de los participantes en el Carnaval de la Física en sus diferentes ediciones hasta la actualidad. Si falta alguien comunicádmelo a carnaval@toranks.es con vuestra ciudad de residencia.

Todos hemos visto cristales transparentes en las ventanas, puertas, paredes, espejos, vajilla… y la mayoría sabemos que están compuestos de elementos no metálicos (fusión a unos 1.500 °C de arena de sílice, carbonato de sodio y caliza). Otros menos sabrán que realmente el cristal se debería llamar “vidrio“, ya que es un sólido amorfo sin estructura atómica regular, lo que le confiere precisamente esas propiedades. En ocasiones se le inyectan elementos metálicos, lo que confiere color al vidrio, obteniendo lo que solemos ver en nuestra vida diaria (cristaleras, botellas verdes y de otros colores, gafas de sol, etc.)

La estructura del vidrio le confiere una gran fragilidad, lo que hace que cualquier cosa transparente nos haga pensar al momento:  cuidado con el objeto, se puede romper. Sin embargo ¿hay formas de reforzarlo? Lo que se conoce actualmente, entre otras técnicas, es el vidrio armado, que consiste simplemente en insertar en su interior una malla metálica, lo que lo hace menos transparente y claramente se sabe que está protegido. Además, este tipo de reforzamiento no aumenta la dureza, sino más bien evita que los trozos de cristal se desperdiguen produciendo lesiones o provocando la caída y abertura del cristal.

¿Qué sabemos de los cristales blindados? Son vidrios con capas alternadas de policarbonatos que permiten a éstos resistir impactos de balas de 9mm, pero sigue siendo insuficiente para una aplicación puramente militar o para impactos aún más grandes. ¿De qué haces el cristal delantero de un tanque? Normalmente las aberturas delanteras de los tanques están vacías, y en los más modernos simplemente no hay contacto directo con el exterior, sino a través de telecomunicaciones, láseres y cámaras. ¿Qué tal si pudieras hacer dicho cristal delantero del mismo material que el propio tanque?

Ahí entran en juego los vidrios metálicos transparentes.  Para entender cómo se forman hay que entender qué es un vidrio, un sólido y un líquido. Un vidrio es un material amorfo, es decir, no tiene una ordenación molecular regular, al igual que un líquido. Sin embargo, el vidrio es sólido. Esto es posible debido a que el vidrio no es más que un líquido con un índice de viscosidad tan alto (sus valores se expresan en potencias de diez) que nunca fluiría o tardaría miles de años en hacerlo. Para obtenerlo, hay que enfriar un líquido (normalmente el material base fundido) tan rápidamente que no le dé tiempo a sus átomos y moléculas a reorganizarse regularmente, formando un cristal. En el caso de los sílices y carbonatos estas temperaturas y estas velocidades de enfriamiento se alcanzan tan fácilmente que puedes crear cristal en un taller cualquiera con una dotación básica. Y así se lleva haciendo miles de años.

¿Qué pasa en el caso de los metales? Las temperaturas de fusión y las velocidades de enfriamiento son tan altas que difícilmente se pueden conseguir equipamientos necesarios para producir vidrio metálico. Sin embargo, el resultado es magnífico. Puedes ver esta imagen de componentes del LHC, vidrios de plomo-tungsteno que, como puedes apreciar, son razonablemente transparentes. Te puedes imaginar la altísima resistencia mecánica y térmica que pueden poseer estas barras, más que suficiente para las enormes exigencias de la máquina más grande y avanzada del mundo.

A diferencia de los vidrios comunes, éstos tienen muchas de las propiedades del metal del que están compuestos, incluso superiores. Debido a que los metales tienen estructuras cristalinas, suelen tener puntos débiles (doblado, aplastamiento, estiramiento, fragilidad en determinadas orientaciones, etc.) Al ser el vidrio una estructura amorfa, se resuelven estos problemas conservando gran parte de la resistencia mecánica y térmica del metal. Además pueden ser más fácilmente moldeados y manipulados en la forma deseada que el metal puro. Una posible desventaja sería que serían más vulnerables a ataques químicos que los vidrios comunes, cuya resistencia es ya bien conocida en su uso como probetas y envases de laboratorio para líquidos corrosivos. Un metal común puede ser revestido o pintado con materiales protectores como se hace comúnmente para evitar la corrosión, pero en el caso de un vidrio transparente o encuentras pintura transparente o se te ha estropeado el invento.

Veamos qué nos traerá el futuro sobre estos nuevos materiales…

Bibliografía y referencias:

• Wikipedia (artículos sobre el vidrio)
• Se resuelve el misterio del vidrio metálico
• Metales transparentes, una ficción cerca de ser realidad
• Blog sobre el LHC, para la imagen de los cristales de plomo-tungsteno

Las bases de participación de cada Carnaval de la Fïsica son las mismas de siempre: publicar en su propio blog o en la red social un artículo lo más divulgativo y didáctico posible sobre cualquier rama de la física. Debe hacerse lo más accesible posible al público en general, ya que de eso se trata en esta iniciativa. No es una celebración para los físicos o aficionados, sino para todo el público posible y que esté interesado en aprender más sobre esta extensa rama de la ciencia. En definitiva, es una iniciativa de divulgación de la física. Y quién sabe, motivar a otros a convertirse en aficionados o profesionales de la física algún día.

El Carnaval no es sólo a nivel de España y países de habla latinoamericana, sino extensible a todo el mundo que quiera participar. Como los más habituales son españoles e italianos, estos últimos se coordinan desde la web de Gravitá Zero o la red social versión italiana Carnevale della Fisica.

Para comunicarme vuestra participación, ruego me enviéis un correo a carnaval@toranks.es indicándome vuestro blog y vuestro lugar de residencia (para realizar el mapa de participantes cuando publique los artículos que participaron a finales de enero). La fecha de participación es hasta el jueves 28 de enero y publicaré la entrada el día 31 de enero.

Os animo a todos a contribuir con una curiosidad, fenómeno, comportamiento, explicación sencilla de algo complejo, un tema de moda reciente, etc… y hacer lo más ameno posible cada Carnaval.

Para conmemorarlo, más de 60 artículos de todo el mundo, en varias lenguas, dedicados a la divulgación de la física en todas sus facetas. Hay artículos para todo: física de partículas, mecánica cuántica, mecánica, óptica, astrofísica, cosmología, curiosidades de la física, termodinámica, gravedad e incluso sociología en física.

Me gustaría que todos los lectores que no han participado, para colaborar en la difusión, sencillamente se lean todos los artículos que puedan, aprendan, y sirvan de enlace para difundir la física por el mundo usando el eficaz boca a boca.

Carnaval de la física 2009

Actualización: Alguien ha recopilado la mayoría de las entradas en español para el que quiera seguirlas de una forma más sencilla

Entradas del Carnaval de la Física

Este experimento consistía en un intento de discernir si la naturaleza de la luz era ondular o corpuscular. Es decir, si era una onda o una partícula. En un principio, este experimento, que puedes observar en este vídeo, trataba de comprender la naturaleza de la luz. Sin embargo, derivó en conclusiones mucho más amplias y excitantes. Recomiendo verlo antes de continuar con el artículo. Son sólo 5 minutos y es muy visual y didáctico.

¿Te ha sorprendido? Pues todavía te quedan muchas cosas aún más sorprendentes por conocer.

Un experimento propuesto en 1978 por John Archibald Wheeler llamado experimento de elección retardada descubrió que, si ponías el ojo no delante de la rendija, sino detrás, ocurría algo absolutamente inexplicable. El detector no medía la partícula antes de que pasara por las rendijas, sino después, una vez que supuestamente hubiera pasado por ambas a la vez, como predecía el experimento anterior. Sin embargo, este acto de medida provocaba igualmente el colapso de la función de onda y detectaba que sólo realizaba el paso por una de las ranuras, no ambas. ¿Cómo es eso posible? ¿Cómo puede una partícula saber que va a ser medida y, en función de ello, elegir cruzar una sola de las rendijas?

Para contestar a esto lo primero que hay que entender es cómo realizan dicha medición. Imaginemos el experimento anterior tal cual está hecho, y colocamos un emisor de fotones tras la rendija. Usamos electrones como partícula a emitir en el cañón, siguiendo este esquema:

Experimento de elección retardada de Wheeler

La lámpara emite fotones que rebotan (o no) con el electrón que cruza una u otra rendija. Con esta interferencia y fotodiodos colocados estratégicamente, se puede saber si un electrón cruzó una u otra rendija.

Existe otra versión del experimento que usa espejos semireflectantes, usando el interferómetro de Mach-Zender. Un espejo semireflectante deja pasar el 50% de la luz que incide sobre él, y refleja el 50% restante. Cuando la luz incidente se reduce a un sólo fotón, este porcentaje se sigue conservando, y el fotón pasa y se refleja a la vez, de forma similar a como antes los fotones pasaban por ambas rendijas a la vez, y más adelante interfiere consigo mismo. Aplicando este sistema a un cañón de electrones y espejos semireflectantes para electrones, tenemos el interferómetro antes mencionado. Un esquema de su funcionamiento lo puedes ver a continuación:

Interferómetro de Mach-Zender

Está compuesto por un emisor de electrones, dos espejos semireflectantes, dos espejos normales y dos detectores. Cuando un electrón sale del emisor, el segundo espejo semireflectante no está colocado ahí, con lo cual se comporta como onda, se refleja en ambos sentidos a la vez, y al llegar a los detectores éstos reciben un patrón similar al del experimento de la doble rendija, con interferencias del electrón consigo mismo.

Si después de que el electrón cruce el primer espejo semireflectante colocamos instantáneamente el segundo antes de que llegue a él, y ese mismo espejo contiene un detector (similar al que mencioné antes) que es capaz de decir de dónde procede el electrón, si del espejo de arriba o el de la derecha, en ese momento se pierde el patrón de interferencia que procedía del primer espejo, comportándose el electrón como partícula desde que fue emitido. Esto resulta difícil de comprender, pero ocurre tal cual lo cuento, y es una paradoja muy sorprendente. ¿El electrón es capaz de avisarse en el futuro a sí mismo que va a ser medido para que cruce el primer espejo como partícula y no como onda? ¿Es posible colapsar la función de onda con efecto retroactivo?

Una de las propuestas para explicar este experimento es que realmente existe una especie de comunicación entre el futuro de la partícula y su pasado, para colapsar su función de onda con carácter retroactivo. Sin embargo ¿hasta cuánto puede llegar ese viaje en el tiempo? Estos experimentos tienen lugar en cajas de pocos metros de ancho, pero si se realizara con espejos situados a varios años luz de tamaño, ¿seguiría ocurriendo ese fenómeno? La respuesta lógica es que sí, pero entonces el viaje en el tiempo sería de varios años, lo cual rompe todos los conceptos básicos de causa-efecto en física. Ahora el efecto es anterior a la causa. ¿Es esto posible o asimilable?

Una vez estamos en este punto, cada uno puede tener una diferente opinión de lo que ocurre ahí, pero antes de sacar conclusiones precipitadas, quiero dejar claros varios puntos que normalmente no se explican:

• La conocida ley del Principio de Incertidumbre de Heisenberg nos impide conocer la posición de la partícula (por qué rendija pasó) sin alterar su velocidad, lo cual puede resultar en su colapso de onda. Realmente el mismo hecho de medirla altera todos los resultados del experimento, ya que sería similar a decir “Mira, esto es la cabeza de una persona y dentro hay un cerebro que probablemente piensa. Sin embargo, acabo de cortársela con una motosierra para mirar dentro y ahora me doy cuenta de que no piensa. Por tanto, el hecho de observar el cerebro hace que no piense”. ¿Esto es así? No, el cerebro no piensa porque le has cortado la cabeza, no porque lo observes, así que no sabemos si es el acto de observar lo que colapsa la función de onda, o el hecho de que estemos bombardeando con auténticos cañones fotónicos a los electrones que tratamos de medir. Si existiera un método no invasivo de observación que permitiera saber por dónde ha pasado el electrón, quizás no colapsáramos la función de onda, ni en el futuro ni en el pasado.
• Una partícula no es inteligente, ni tiene suficiente información como para ser capaz de decirse a sí misma que va a ser medida por un fotón al cruzar un espejo semireflectante a la hora tal minuto tal segundo tal por un humano gigantesco. Es demasiada información para ser transferida. La única información que podría transmitir, en todo caso, es “colápsate, porque yo me he colapsado”.
• Por los anteriores dos puntos, no podemos llamar al “observador” así, sino más bien lo llamaríamos “colapsador“. Somos unos colapsadores de ondas, no un inocente ojo que espera ver por dónde pasa la partícula.

Personalmente, no pienso que exista una transferencia de información del futuro al pasado, sino que el hecho de que la onda se colapse a partir de cierto punto tiene unos efectos secundarios que nosotros, erróneamente, interpretamos como un colapso de onda retroactivo. Para entenderlo, supongamos que el electrón pasó, como onda, por ambas rendijas a la vez. Una vez cruzó ambas rendijas, fue detectado en determinado lugar por la lámpara y los fotodiodos. Esa observación provocó un colapso de onda en un punto aleatorio frente a una de ambas rendijas. Esto no quiere decir que pasara por esa rendija, sino que el colapso de onda mostró el electrón como si hubiera pasado por una rendija determinada. Es similar a lo que ocurre si mandamos los electrones uno a uno como vimos en el vídeo anterior: el electrón impacta en la pantalla de atrás en un punto concreto, no en todos a la vez. Igualmente, al intentar detectar el electrón justo frente a las rendijas, éste “impactó” con el fotón en un punto determinado frente a una de las dos rendijas, simplemente porque debido a la aleatoriedad de las fluctuaciones en mecánica cuántica dijo que en ese momento debía colapsarse en ese lugar y junto a esa rendija.

Finalmente, espero haber aproximado al lector un poco más cerca de cómo es realmente el mundo de las ondas y las partículas en la mecánica cuántica, y cómo toda partícula es a la vez onda, pero sólo se manifiesta con una de ambas formas en cada momento. A pesar de la longitud y el detalle de este artículo, a día de hoy no hay explicación consistente y absoluta de cómo es el mundo de lo muy pequeño, por lo que los cabos que se han quedado sueltos se dejan a la imaginación o deducción de cada persona. Si tenéis alguna idea, podéis participar en los comentarios, sois bienvenidos.

Bibliografía y referencias:

• La doble rendija de Feynman, experimentos con luz y electrones. [Inglés]
• La paradoja de Hardy, de donde he cogido una de las imágenes del interferómetro de Mach-Zender, para adaptarlo al experimento de este artículo.
• Introducción al fenómeno del experimento de elección retardada. [Inglés]
• Experimento de elección retardada de Wheeler (Wikipedia). [Inglés]