Una vela en la oscuridad

farol nadal-pipo copy“El mundo y sus demonios. La ciencia como una luz en la oscuridad” de Carl Sagan debería ser un libro de lectura obligatoria. Es un ensayo brillante que fomenta el pensamiento crítico y el uso del método científico como mecanismo para buscar la verdad. Un texto que nos muestra que la ciencia es la luz que ilumina la oscuridad, el conocimiento que nos hace sobrevivir en un mundo donde los demonios de la pseudociencias acechan en cada esquina.

Mediante historias personales entrañables, Carl Sagan logra que el carácter intelectual del escrito se entreteja con un relato personal que nos atrapa desde el principio. No quiere darnos ninguna lección, simplemente nos expone sus argumentos para que los valoremos y extraigamos nuestras propias conclusiones. Desea darnos una herramienta que nos permita iluminar las tinieblas, tinieblas en las que seguimos instalados diecisiete años después de su publicación.

Sagan elabora un planteamiento global que demuestra, una vez más, que la ciencia está presente en todos los aspectos importantes de la civilización. Si no la comprendemos, no contamos con la información necesaria para tomar decisiones sobre nuestro futuro y las dejamos en manos de políticos, que en su mayoría, tampoco la entienden. Sin una preparación científica básica la democracia desaparece y nos convertimos en víctimas de charlatanes y embaucadores.

Los capítulos del libro pueden leerse de forma independiente pero su distribución facilita el viaje a través de las diferentes ideas. Al inicio, Sagan se muestra cercano y comparte con nosotros algunas de sus vivencias. Crea complicidad y expectativa. En los siguientes capítulos (del 3 al 10), a base de ejemplos y demostraciones científicas, desmonta las principales pseudociencias que engañan a la población. La serie acaba con algunas reacciones que provocó la publicación resumida de dichos capítulos en la revista The Parade. A continuación, una vez nos ha expuesto las falacias, nos presenta un útil “artilugio” para poder descubrirlas: el detector de camelos. Los seis capítulos siguientes (del 13 al 18) profundizan sobre algunos aspectos de la ciencia como la confusión con la pseudociencia o la necesidad de fomentar el pensamiento científico. Posteriormente, la transmisión de la ciencia toma el relevo. Primero se habla de la educación en unos capítulos escritos junto a su esposa, Ann Druyan, y posteriormente, se analiza el estado de la divulgación y la comunicación en los medios. Para acabar, señala en dos últimos capítulos, escritos de nuevo junto a su mujer, la conveniencia que supondría la aplicación del método científico a la política.  El mensaje es claro, debe combatirse el analfabetismo científico en una civilización tecnológica, potenciarse el pensamiento escéptico y formar en el método científico. Sólo así puede existir libertad y democracia.

Carl Sagan habló sobre este libro en su última entrevista televisada, explicó algunas cuestiones fundamentales sobre las que se sustenta el contenido del escrito y, hacia el final, de su enfermedad y las sensaciones experimentadas al haber sentido la muerte tan cerca. Carl estaba esperanzado pero desgraciadamente murió poco tiempo después.

Finalmente, para que podáis juzgar hasta qué punto es imprescindible su lectura, os transcribo varios fragmentos del libro que me parecen especialmente relevantes. Los títulos empleados para separarlos por temáticas no se corresponden con los títulos de la obra original.

Con todos vosotros, Carl Sagan

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LA AMENAZA DE LA PSEUDOCIENCIA

La ciencia origina una gran sensación de prodigio. Pero la pseudociencia también. Las popularizaciones dispersas y deficientes de la ciencia dejan unos nichos ecológicos que la pseudociencia se apresura a llenar. Si se llegara a entender ampliamente que cualquier afirmación de conocimiento exige las pruebas pertinentes para ser aceptada, no habría lugar para la pseudociencia.

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Pretenden utilizar métodos y descubrimientos de la ciencia, mientras que en realidad son desleales a su naturaleza, a menudo porque se basan en pruebas insuficientes o porque ignoran claves que apuntan en otra dirección. Están infestados de credulidad. Con la cooperación desinformada (y a menudo la connivencia cínica) de periódicos, revistas, editores, radio, televisión, productores de cine y similares, esas ideas se encuentran fácilmente en todas partes. (…)

La pseudociencia es más fácil de inventar que la ciencia, porque hay una mayor disposición a evitar confrontaciones perturbadoras con la realidad que no permiten controlar el resultado de la comparación. Los niveles de argumentación, lo que pasa por pruebas, son mucho más relajados. En parte por las mismas razones, es mucho más fácil presentar al público en general la pseudociencia que la ciencia. Pero eso no basta para explicar su popularidad.

Naturalmente, la gente prueba distintos sistemas de creencias para ver si le sirven. Y, si estamos muy desesperados, todos llegamos a estar de lo más dispuestos a abandonar lo que podemos percibir como una pesada carga de escepticismo. La pseudociencia colma necesidades emocionales poderosas que la ciencia suele dejar insatisfechas.

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La ciencia avanza con los errores y los va eliminando uno a uno. Se llega continuamente a conclusiones falsas, pero se formulan hipotéticamente. Se plantean hipótesis de modo que puedan refutarse. Se confronta una sucesión de hipótesis alternativas mediante experimento y observación. La ciencia anda a tientas y titubeando hacia una mayor comprensión. Desde luego, cuando se descarta una hipótesis científica se ven afectados los sentimientos de propiedad, pero se reconoce que este tipo de refutación es el elemento central de la empresa científica.

La pseudociencia es justo lo contrario. Las hipótesis suelen formularse precisamente de modo que sean invulnerables a cualquier experimento que ofrezca una posibilidad de refutación, por lo que en principio no pueden ser invalidadas. Los practicantes se muestran cautos y a la defensiva. Se oponen al escrutinio escéptico. Cuando la hipótesis de los pseudocientíficos no consigue cuajar entre los científicos se alegan conspiraciones para suprimirla.

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No  explicar la ciencia me parece perverso. Cuando uno se enamora, quiere contarlo al mundo. Este libro es una declaración personal que refleja mi relación de amor de toda la vida con la ciencia.

Pero hay otra razón: la ciencia es más que un cuerpo de conocimiento, es una manera de pensar. Preveo cómo será la América de la época de mis hijos o nietos: Estados Unidos será una economía de servicio e información; casi todas las industrias manufactureras clave se habrán desplazado a otros países; los temibles poderes tecnológicos estarán en manos de unos pocos y nadie que represente el interés público se podrá acercar siquiera a los asuntos importantes; la gente habrá perdido la capacidad de establecer sus prioridades o de cuestionar con conocimiento a los que ejercen la autoridad; nosotros, aferrados a nuestros cristales y consultando nerviosos nuestros horóscopos, con las facultades críticas en declive, incapaces de discernir entre lo que nos hace sentir bien y lo que es cierto, nos iremos deslizando, casi sin darnos cuenta, en la superstición y la oscuridad.

La caída en la estupidez de Norteamérica se hace evidente principalmente en la lenta decadencia del contenido de los medios de comunicación, de enorme influencia, las cuñas de sonido de treinta segundos (ahora reducidas a diez o menos), la programación de nivel ínfimo, las crédulas presentaciones de pseudociencia y superstición, pero sobre todo en una especie de celebración de la ignorancia. En estos momentos, la película en vídeo que más se alquila en Estados Unidos es Dumb and Dumber.  Beavis y Buttheadi siguen siendo populares (e influyentes) entre los jóvenes espectadores de televisión. La moraleja más clara es que el estudio y el conocimiento —no sólo de la ciencia, sino de cualquier cosa— son prescindibles, incluso indeseables.

Hemos preparado una civilización global en la que los elementos más cruciales —el transporte, las comunicaciones y todas las demás industrias; la agricultura, la medicina, la educación, el ocio, la protección del medio ambiente, e incluso la institución democrática clave de las elecciones— dependen profundamente de la ciencia y la tecnología. También hemos dispuesto las cosas de modo que nadie entienda la ciencia y la tecnología. Eso es una garantía de desastre. Podríamos seguir así una temporada pero, antes o después, esta mezcla combustible de ignorancia y poder nos explotará en la cara.

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La causa de la miseria humana evitable no suele ser tanto la estupidez como la ignorancia, particularmente la ignorancia de nosotros mismos. Me preocupa, especialmente ahora que se acerca el fin del milenio, que la pseudociencia y la superstición se hagan más tentadoras de año en año, el canto de sirena más sonoro y atractivo de la insensatez. ¿Dónde hemos oído eso antes? Siempre que afloran los prejuicios étnicos o nacionales, en tiempos de escasez, cuando se desafía a la autoestima o vigor nacional, cuando sufrimos por nuestro insignificante papel y significado cósmico o cuando hierve el fanatismo a nuestro alrededor, los hábitos de pensamiento familiares de épocas antiguas toman el control.

La llama de la vela parpadea. Tiembla su pequeña fuente de luz. Aumenta la oscuridad. Los demonios empiezan a agitarse.

SOBRE LA CIENCIA

La ciencia está lejos de ser un instrumento de conocimiento perfecto. Simplemente, es el mejor que tenemos. En este sentido, como en muchos otros, es como la democracia. La ciencia por sí misma no puede apoyar determinadas acciones humanas, pero sin duda puede iluminar las posibles consecuencias de acciones alternativas.

La manera de pensar científica es imaginativa y disciplinada al mismo tiempo. Ésta es la base de su éxito. La ciencia nos invita a aceptar los hechos, aunque no se adapten a nuestras ideas preconcebidas. Nos aconseja tener hipótesis alternativas en la cabeza y ver cuál se adapta mejor a los hechos. Nos insta a un delicado equilibrio entre una apertura sin barreras a las nuevas ideas, por muy heréticas que sean, y el escrutinio escéptico más riguroso: nuevas ideas y sabiduría tradicional. Esta manera de pensar también es una herramienta esencial para una democracia en una era de cambio.

Una de las razones del éxito de la ciencia es que tiene un mecanismo incorporado que corrige los errores en su propio seno. Quizá algunos consideren esta caracterización demasiado amplia pero, para mí, cada vez que ejercemos la autocrítica, cada vez que comprobamos nuestras ideas a la luz del mundo exterior, estamos haciendo ciencia. Cuando somos autoindulgentes y acríticos, cuando confundimos las esperanzas con los hechos, caemos en la pseudociencia y la superstición.

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Como la ciencia nos conduce a la comprensión de cómo es el mundo y no de cómo desearíamos que fuese, sus descubrimientos pueden no ser inmediatamente comprensibles o satisfactorios en todos los casos. Puede costar un poco de trabajo reestructurar nuestra mente. Parte de la ciencia es muy simple. Cuando se complica suele ser porque el mundo es complicado, o porque nosotros somos  complicados. Cuando nos alejamos de ella porque parece demasiado difícil (o porque nos la han enseñado mal) abandonamos la posibilidad de responsabilizarnos de nuestro, futuro. Se nos priva de un derecho. Se erosiona la confianza en nosotros mismos.

Pero cuando atravesamos la barrera, cuando los descubrimientos y métodos de la ciencia llegan hasta nosotros, cuando entendemos y ponemos en uso este conocimiento, muchos de nosotros sentimos una satisfacción profunda. A todo el mundo le ocurre eso, pero especialmente a los niños, que nacen con afán de conocimiento, conscientes de que deben vivir en un futuro moldeado por la ciencia, pero a menudo convencidos en su adolescencia de que la ciencia no es para ellos. Sé por experiencia, tanto por habérmela explicado a mí como por mis intentos de explicarla a otros, lo gratificante que es cuando conseguimos entenderla, cuando los términos oscuros adquieren significado de golpe, cuando captamos de qué va todo, cuando se nos revelan profundas maravillas.

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Nuevamente, la razón por la que la ciencia funciona tan bien es en parte este mecanismo incorporado de corrección de errores. En la ciencia no hay preguntas prohibidas, no hay temas demasiado sensibles o delicados para ser explorados, no hay verdades sagradas. Esta apertura a nuevas ideas, combinada con el escrutinio más riguroso y escéptico de todas las ideas, selecciona el trigo de la cizaña. No importa lo inteligente, venerable o querido que sea uno. Debe demostrar sus ideas ante la crítica decidida y experta. Se valoran la diversidad y el debate. Se alienta la formulación de opiniones en disputa, sustantivamente y en profundidad.

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Hay gente que considera arrogante a la ciencia, especialmente cuando pretende contradecir creencias arraigadas o cuando introduce conceptos extraños que parecen contrarios al sentido común. Como un terremoto que sacude nuestra fe en el terreno donde nos hallamos, desafiar nuestras creencias tradicionales, zarandear las doctrinas en las que hemos confiado, puede ser profundamente perturbador. Sin embargo, mantengo que la ciencia es parte integrante de la humildad. Los científicos no pretenden imponer sus necesidades y deseos a la naturaleza, sino que humildemente la interrogan y se toman en serio lo que encuentran. Somos conscientes de que científicos venerados se han equivocado. Entendemos la imperfección humana. Insistimos en la verificación independiente —hasta donde sea posible— y cuantitativa de los principios de creencia que se proponen. Constantemente estamos clavando el aguijón, desafiando, buscando contradicciones o pequeños errores persistentes, residuales, proponiendo explicaciones alternativas, alentando la herejía. Damos nuestras mayores recompensas a los que refutan convincentemente creencias establecidas.

EL EQUIPO DE DETECTOR DE CAMELOS

Este equipo se utiliza de manera natural siempre que se ofrecen nuevas ideas a consideración. Si la nueva idea sobrevive al examen con las herramientas de nuestro equipo, concedemos una aceptación cálida, aunque provisional. Si usted lo desea, si no quiere comprar camelos aunque sea tranquilizador hacerlo, puede tomar algunas precauciones; hay un método ensayado y cierto, probado por el consumidor.

¿De qué consta el equipo? De herramientas para el pensamiento escéptico.

El pensamiento escéptico es simplemente el medio de construir, y comprender, un argumento razonado y —especialmente importante— reconocer un argumento falaz o fraudulento. La cuestión no es si nos gusta  la conclusión que surge de una vía de razonamiento, sino si la conclusión se deriva de la premisa o punto de partida y si esta premisa es cierta.

Entre las herramientas:

• Siempre que sea posible tiene que haber una confirmación independiente de los «hechos».

• Alentar el debate sustancioso sobre la prueba por parte de defensores con conocimiento de todos los puntos de vista.

• Los argumentos de la autoridad tienen poco peso: las «autoridades» han cometido errores en el pasado. Los volverán a cometer en el futuro. Quizá una manera mejor de decirlo es que en la ciencia no hay autoridades; como máximo, hay expertos.

• Baraje más de una hipótesis. Si hay algo que se debe explicar, piense en todas las diferentes maneras en que podría  explicarse. Luego piense en pruebas mediante las que podría refutar sistemáticamente cada una de las alternativas. Lo que sobrevive, la hipótesis que resiste la refutación en esta selección darwiniana entre «hipótesis de trabajo múltiples» tiene muchas más posibilidades de ser la respuesta correcta que si usted simplemente se hubiera quedado con la primera idea que se le ocurrió.

• Intente no comprometerse en exceso con una hipótesis porque es la suya. Se trata sólo de una estación en el camino de búsqueda del conocimiento. Pregúntese por qué le gusta la idea. Compárela con justicia con las alternativas. Vea si puede encontrar motivos para rechazarla. Si no, lo harán otros.

• Cuantifique. Si lo que explica, sea lo que sea, tiene alguna medida, alguna cantidad numérica relacionada, será mucho más capaz de discriminar entre hipótesis en competencia. Lo que es vago y cualitativo está abierto a muchas explicaciones. Desde luego, se pueden encontrar verdades en muchos asuntos cualitativos con los que nos vemos obligados a enfrentarnos, pero encontrarlas es un desafío mucho mayor.

• Si hay una cadena de argumentación, deben funcionar todos  los eslabones de la cadena (incluyendo la premisa), no sólo la mayoría.

• El rasero de Occam. Esta conveniente regla empírica nos induce, cuando nos enfrentamos a dos hipótesis que explican datos igualmente buenos,  a elegir la más simple.

 • Pregúntese siempre si la hipótesis, al menos en principio, puede ser falsada. Las proposiciones que no pueden comprobarse ni demostrarse falsas, no valen mucho. Consideremos la gran idea de que nuestro universo y todo lo que contiene es sólo una partícula elemental —un electrón, por ejemplo— en un cosmos mucho más grande. Pero si nunca podemos adquirir información de fuera de nuestro universo, ¿no es imposible refutar la idea? Ha de ser capaz de comprobar las aseveraciones. Debe dar oportunidad a  escépticos inveterados de seguir su razonamiento para duplicar sus experimentos y ver si se consigue el mismo resultado.

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Una de las lecciones más tristes de la historia es ésta: si se está sometido a un engaño demasiado tiempo, se tiende a rechazar cualquier prueba de que es un engaño. Encontrar la verdad deja de interesarnos. El engaño nos ha engullido. Simplemente, es demasiado doloroso reconocer, incluso ante nosotros mismos, que hemos caído en el engaño. En cuanto se da poder a un charlatán sobre uno mismo, casi nunca se puede recuperar. Así, los antiguos engaños tienden a persistir cuando surgen los nuevos.

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El examen escéptico no es sólo un equipo de herramientas para desarraigar las tonterías y crueldades que buscan sus víctimas entre las personas menos capaces de protegerse a sí mismas y con mayor necesidad de nuestra compasión, gente a la que se ofrece poca esperanza. También es un recordatorio oportuno de que los mítines masivos, la radio y la televisión, los medios de comunicación impresos, el márketing electrónico y la tecnología de la venta por correo permiten que se inyecte otro tipo de mentiras en el cuerpo social para aprovecharse de los incautos, frustrados e indefensos en una sociedad plagada de males políticos que se afrontan con ineficacia, si es que se afrontan.

Los camelos, engaños, ideas poco precisas, tonterías y deseos disfrazados de hechos no están restringidos al salón de magia y al consejo ambiguo en asuntos del corazón. Lamentablemente, abundan en la vida política, social, religiosa y económica de todas las naciones.

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Cualquiera que sea testigo de primera mano del avance de la ciencia lo toma como una empresa intensamente personal. Siempre hay algunos — guiados por el asombro puro y una gran integridad, o por frustración con las inadecuaciones del conocimiento existente, o simplemente agobiados por la incapacidad que imaginan poseer de entender lo que todos los demás comprenden— que proceden a hacer devastadoras preguntas clave. Unas cuantas personalidades destacan entre un mar de celos, ambición, murmuración, supresión de la disensión y presunciones absurdas. En algunos campos, altamente productivos, este comportamiento es casi la norma.

Creo que toda esta agitación social y debilidad humana ayuda a la empresa de la ciencia. Hay un marco de trabajo establecido en el que cualquier científico puede demostrar que otro se equivoca y asegurarse que todo el mundo lo sepa. Incluso cuando nuestros motivos son deshonestos, no dejamos de tropezar con algo nuevo.

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La ciencia, aplicada con coherencia, a cambio de sus muchos dones impone cierta carga onerosa: se nos exhorta, por muy incómodo que pueda ser, a considerarnos científicamente a nosotros mismos y nuestras instituciones culturales, a no aceptar lo que se nos dice sin crítica; a superar como podamos nuestras esperanzas, presunciones y creencias no examinadas; a vernos a nosotros mismos como realmente somos. ¿Podemos dedicarnos a conciencia y con valentía a seguir el movimiento planetario o la genética de las bacterias hasta donde nos lleve la investigación y declarar al mismo tiempo que el origen de la materia o el comportamiento humano están más allá de nuestro alcance? Como el poder explicativo de la ciencia es tan grande, en cuanto se capta el truco del razonamiento científico, uno está dispuesto a aplicarlo a todo. Sin embargo, mientras miramos profundamente en nuestro interior, somos capaces de desafiar ideas que nos dan consuelo ante los terrores del mundo.

ESCÉPTICISMO Y ASOMBRO

Como he intentado subrayar, en el corazón de la ciencia hay un equilibrio esencial entre dos actitudes aparentemente contradictorias: una apertura a nuevas ideas, por muy extrañas y contrarias a la intuición que sean, y el examen escéptico más implacable de todas las ideas, viejas y nuevas. Así es como se avenían las verdades profundas de las grandes tonterías. La empresa colectiva del pensamiento creativo y el pensamiento escéptico, unidos en la tarea, mantienen el tema en el buen camino. Esas dos actitudes aparentemente contradictorias, sin embargo, están sometidas a cierta tensión.

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Si uno es sólo escéptico, las nuevas ideas no le llegarán. Nunca aprenderá nada. Se convertirá en un misántropo excéntrico convencido de que el mundo está gobernado por la tontería. (Desde luego, hay muchos datos que avalan esta opinión.) Como los grandes descubrimientos en los límites de la ciencia son raros, la experiencia tenderá a confirmar su malhumor. Pero de vez en cuando aparece una nueva idea, válida y maravillosa, que parece dar en el clavo. Si uno es demasiado decidido e implacablemente escéptico, se perderá (o tomará a mal) los descubrimientos transformadores de la ciencia y entorpecerá de todos modos la comprensión y el progreso. El mero escepticismo no basta.

Al mismo tiempo, la ciencia requiere el escepticismo más vigoroso e implacable porque la gran mayoría de las ideas son simplemente erróneas, y la única manera de separar el trigo de la paja es a través del experimento y el análisis crítico. Si uno está abierto hasta el punto de la credulidad y no tiene ni un gramo de sentido escéptico dentro, no puede distinguir las ideas prometedoras de las que no tienen valor. Aceptar sin crítica toda noción, idea e hipótesis equivale a no saber nada. Las ideas se contradicen una a otra; sólo mediante el escrutinio escéptico podemos decidir entre ellas. Realmente, hay ideas mejores que otras.

La mezcla juiciosa de esos dos modos de pensamiento es central para el éxito de la ciencia. Los buenos científicos hacen ambas cosas. Por su parte, hablando entre ellos, desmenuzan muchas ideas nuevas y las critican sistemáticamente. La mayoría de las ideas nunca llegan al mundo exterior. Sólo las que pasan una rigurosa filtración llegan al resto de la comunidad científica para ser sometidas a crítica.

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El escepticismo responsable, minucioso y riguroso requiere un hábito de pensamiento cuyo dominio exige práctica y preparación. La credulidad —creo que aquí es mejor la palabra «apertura mental» o «asombro»— tampoco llega fácilmente. Si realmente queremos estar abiertos a ideas antiintuitivas en física, organización social o cualquier otra cosa, debemos entenderlas. No tiene ningún valor estar abierto a una proposición que no entendemos.

Tanto el escepticismo como el asombro son habilidades que requieren atención y práctica. Su armonioso matrimonio dentro de la mente de todo escolar debería ser un objetivo principal de la educación pública. Me encantaría ver una felicidad tal retratada en los medios de comunicación, especialmente la televisión: una comunidad de gente que aplicara realmente la mezcla de ambos casos—llenos de asombro, generosamente abiertos a toda idea sin rechazar nada si no es por una buena razón pero, al mismo tiempo, y como algo innato, exigiendo niveles estrictos de prueba— y aplicar los estándares al menos con tanto rigor hacia lo que les gusta como a lo que se sienten tentados a rechazar.

LA EDUCACIÓN

No creo que la ciencia sea difícil de enseñar porque los humanos no estén preparados para ella, o porque sólo surgió por chiripa, o porque, en general, no tenemos poder mental para intentar resolverla. En cambio, el enorme celo por la ciencia que veo en los estudiantes de primeros cursos y la lección de los cazadores-recolectores que quedan hablan con elocuencia: tenemos una inclinación profunda por la ciencia, en todos los tiempos, lugares y culturas. Ha sido el medio de nuestra supervivencia. Es nuestro derecho de nacimiento. Cuando, por indiferencia, falta de atención, incompetencia o temor al escepticismo, alejamos a los niños de la ciencia, les estamos privando de un derecho, los despojamos de las herramientas necesarias para manejar su futuro.

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(…) Pero hay algo más: he visto a muchos adultos que se enfadan cuando un niño les plantea preguntas científicas. ¿Por qué la luna es redonda?, preguntan los niños. ¿Por qué la hierba es verde? ¿Qué es un sueño? ¿Hasta qué profundidad se puede cavar un agujero? ¿Cuándo es el cumpleaños del mundo? ¿Por qué tenemos dedos en los pies? Demasiados padres y maestros contestan con irritación o ridiculización, o pasan rápidamente a otra cosa: «¿Cómo querías que fuera la luna, cuadrada?» Los niños reconocen en seguida que, por alguna razón, este tipo de preguntas enoja a los adultos. Unas cuantas experiencias más como ésta, y otro niño perdido para la ciencia. No entiendo por qué los adultos simulan saberlo todo ante un niño de seis años. ¿Qué tiene de malo admitir que no sabemos algo? ¿Es tan frágil nuestro orgullo? (…)

Hay mejores respuestas que decirle al niño que hacer preguntas profundas es una especie de pifia social. Si tenemos una idea de la respuesta, podemos intentar explicarla. Aunque el intento sea incompleto, sirve como reafirmación e infunde ánimo. Si no tenemos ni idea de la respuesta, podemos ir a la enciclopedia. Si no tenemos enciclopedia, podemos llevar al niño a la biblioteca. O podríamos decir: «No sé la respuesta. Quizá no la sepa nadie. A lo mejor, cuando seas mayor, lo descubrirás tú.»

Hay preguntas ingenuas, preguntas tediosas, preguntas mal formuladas, preguntas planteadas con una inadecuada autocrítica. Pero toda pregunta es un clamor por entender el mundo. No hay preguntas estúpidas. Los niños listos que tienen curiosidad son un recurso nacional y mundial. Se los debe cuidar, mimar y animar. Pero no basta con el mero ánimo. También se les debe dar las herramientas esenciales para pensar.

LA DIVULGACIÓN DE LA CIENCIA

Como algunos editores y productores de televisión, hay científicos que creen que el público es demasiado ignorante o estúpido para entender la ciencia, que la empresa de la divulgación es fundamentalmente una causa perdida, o incluso que equivale a la confraternización, si no a la contribución directa, con el enemigo. Entre las muchas críticas que podrían hacerse de esta opinión —junto con su arrogancia insufrible y su ignorancia de toda una serie de ejemplos logrados de popularización de la ciencia— es que sólo sirve de confirmación personal. Y, para los científicos implicados, es contraproducente.

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Yo sostengo que la divulgación de la ciencia tiene éxito si, de entrada, no hace más que encender la chispa del asombro. Para ello basta con ofrecer una mirada a los descubrimientos de la ciencia sin explicar del todo cómo se lograron. Es más fácil reflejar el destino que el viaje. Pero, si es posible, los divulgadores deberían intentar hacer una crónica de los errores, falsos principios, puntos muertos y confusiones aparentemente sin remedio que aparecieron en el camino. Al menos de vez en cuando, deberíamos proporcionar la prueba y dejar que el lector extraiga su propia conclusión. Eso convierte la asimilación obediente de nuevo conocimiento en un descubrimiento personal. Cuando uno mismo hace el descubrimiento — aunque sea la última persona de la Tierra en ver la luz— no lo olvida nunca.

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La popularidad de los libros bien escritos, con una explicación buena y profundamente imaginativa de la ciencia que llegan al corazón además de la mente parece ser mayor que nunca en los últimos veinte años, y tampoco tiene precedentes el número y diversidad disciplinar de los científicos que escriben estos libros.

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Sostengo que la ciencia es una herramienta absolutamente esencial para toda sociedad que tenga la esperanza de sobrevivir hasta el próximo siglo con sus valores fundamentales intactos… no sólo la ciencia abordada por sus practicantes, sino la ciencia entendida y abrazada por toda la comunidad humana. Y, si eso no lo consiguen los científicos, ¿quién lo hará?

LA CIENCIA EN LOS MEDIOS

Espero que nadie me considere excesivamente cínico si afirmo que un buen resumen de cómo funciona la programación de la televisión comercial y pública es simplemente éste: el dinero lo es todo.

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Para mí, hay cuatro razones principales para realizar un esfuerzo concertado que acerque la ciencia —por radio, televisión, cine, periódicos, libros, programas de ordenador, parques temáticos y aulas de clase— a todos los ciudadanos. En todos los usos de la ciencia es insuficiente —y ciertamente peligroso— producir sólo un sacerdocio pequeño, altamente competente y bien recompensado de profesionales. Al contrario, debe hacerse accesible a la más amplia escala una comprensión fundamental de los descubrimientos y métodos de la ciencia.

• A pesar de las abundantes oportunidades de mal uso, la ciencia puede ser el camino dorado para que las naciones en vías de desarrollo salgan de la pobreza y el atraso. Hace funcionar las economías nacionales y la civilización global. Muchas naciones lo entienden. Ésa es la razón por la que tantos licenciados en ciencia e ingeniería de las universidades norteamericanas — todavía las mejores del mundo— son de otros países. El corolario, que a veces no se llega a captar en Estados Unidos, es que abandonar la ciencia es el camino de regreso a la pobreza y el atraso.

• La ciencia nos alerta de los riesgos que plantean las tecnologías que alteran el mundo, especialmente para el medio ambiente global del que dependen nuestras vidas. La ciencia proporciona un esencial sistema de alarma.

 • La ciencia nos enseña los aspectos más profundos de orígenes, naturalezas y destinos: de nuestra especie, de la vida, de nuestro planeta, del universo. Por primera vez en la historia de la humanidad, podemos garantizar una comprensión real de algunos de esos aspectos. Todas las culturas de la Tierra han trabajado estos temas y valorado su importancia. A todos se nos pone la carne de gallina cuando abordamos estas grandes cuestiones. A la larga, el mayor don de la ciencia puede ser enseñarnos algo, de un modo que ningún otro empeño ha sido capaz de hacer, sobre nuestro contexto cósmico, sobre dónde, cuándo y quiénes somos.

• La ciencia confiere poder a todo aquel que se tome la molestia de estudiarla (aunque sistemáticamente se ha impedido a demasiados). La ciencia prospera con el libre intercambio de ideas, y ciertamente lo requiere; sus valores son antitéticos al secreto. La ciencia no posee posiciones ventajosas o privilegios especiales. Tanto la ciencia como la democracia alientan opiniones poco convencionales y un vivo debate. Ambas exigen raciocinio suficiente, argumentos coherentes, niveles rigurosos de prueba y honestidad. La ciencia es una manera de ponerles las cartas boca arriba a los que se las dan de conocedores. Es un bastión contra el misticismo, contra la superstición, contra la religión aplicada erróneamente. Si somos fieles a sus valores, nos puede decir cuándo nos están engañando. Nos proporciona medios para la corrección de nuestros errores Cuanto más extendido esté su lenguaje, normas y métodos, más posibilidades tenemos de conservar lo que Thomas Jefferson y sus colegas tenían en mente. Pero los productos de la ciencia también pueden subvertir la democracia más de lo que pueda haber soñado jamás cualquier demagogo preindustrial.

Para encontrar una brizna de verdad ocasional flotando en un gran océano de confusión y engaño se necesita atención, dedicación y valentía. Pero si no ejercitamos esos duros hábitos de pensamiento, no podemos esperar resolver los problemas realmente graves a los que nos enfrentamos… y corremos el riesgo de convertirnos en una nación de ingenuos, un mundo de niños a disposición del primer charlatán que nos pase por delante.

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Vivimos en una era compleja en la que muchos de los problemas a que nos enfrentamos, sean cuales sean sus orígenes, sólo pueden tener soluciones que implican una comprensión profunda de la ciencia y la tecnología: la sociedad moderna necesita desesperadamente las mejores mentes disponibles para buscar soluciones a estos problemas. No creo que la programación televisiva de los sábados por la mañana, ni la mayor parte del menú de vídeo disponible en Norteamérica, ayude a muchos jóvenes dotados a seguir una carrera de ciencia o ingeniería…

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En la televisión hay gran cantidad de pseudociencia para los crédulos y una cantidad razonable de medicina y tecnología, pero prácticamente nada de ciencia, especialmente en los grandes canales comerciales, cuyos ejecutivos tienden a pensar que programar ciencia significa un descenso en la audiencia y la pérdida de beneficios, y no les importa nada más.

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¿Cómo podríamos poner más ciencia en la televisión? Aquí hay varias posibilidades:

• Las maravillas y métodos de la ciencia presentados de manera habitual en programas de noticias y debates.

• Una serie llamada «Misterios Resueltos», en la que se presentarían soluciones racionales de algunas especulaciones, incluyendo casos confusos en medicina forense y epidemiología.

• «Volvió a sonar la campana»; una serie en la que reviviríamos la caída de los medios de comunicación y cómo el público se traga anzuelo, línea y plomada de una mentira gubernamental bien coordinada. Los dos primeros episodios podrían ser el incidente del golfo de Tonkín y la irradiación sistemática de civiles norteamericanos y de personal militar indefenso e ignorante de ello con la supuesta finalidad de la «defensa nacional» después de 1945.

• Una serie en capítulos sobre malas interpretaciones y errores fundamentales de científicos famosos, líderes nacionales y figuras religiosas.

• Exposiciones regulares de pseudociencia perniciosa y participación de la audiencia en programas sobre «cómo…»: cómo doblar cucharas, leer mentes, salir a predecir el futuro, realizar cirugía psíquica, hacer lecturas en frío y tocar la fibra sensible de los televidentes. Cómo se nos engaña: aprenda haciéndolo.

• Un servicio de gráficos computerizados de última tecnología para preparar por adelantado imágenes científicas de una amplia gama de noticias.

• Una serie de debates televisados poco caros, cada uno quizá de una hora, en el que los productores dedicarían un presupuesto a gráficas informáticas para cada bando, el moderador exigiría rigurosos niveles de pruebas sobre una amplia serie de temas expuestos. Se podrían tratar temas en los que la prueba científica fuera abrumadora, como el de la forma de la Tierra; aspectos controvertidos en los que la respuesta sea menos clara, como la supervivencia de la personalidad después de la muerte, el aborto, los derechos de los animales o la ingeniería genética; o cualquiera de las presuntas pseudociencias mencionadas en este libro.

Hay una necesidad apremiante de un mayor conocimiento público de la ciencia. La televisión no puede proporcionarlo todo sola. Pero, si queremos que haya mejoras a corto plazo en la comprensión de la ciencia, la televisión es el sitio ideal para empezar.

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La educación sobre el valor de la libre expresión y las demás libertades que garantiza la Declaración de Derechos, sobre lo que ocurre cuando no se tienen y sobre cómo ejercerlas y protegerlas, debería ser un requisito esencial para ser ciudadano americano o, en realidad, ciudadano de cualquier nación, con más razón cuando estos derechos están desprotegidos.

Si no podemos pensar por nosotros mismos, si somos incapaces de cuestionar la autoridad, somos pura masilla en manos de los que ejercen el poder. Pero si los ciudadanos reciben una educación y forman sus propias opiniones, los que están en el poder trabajan para nosotros.  En todos los países se debería enseñar a los niños el método científico y las razones para la existencia de una Declaración de Derechos. Con ello se adquiere cierta decencia, humildad y espíritu de comunidad. En este mundo poseído por demonios que habitamos en virtud de seres humanos, quizá sea eso lo único que nos aísla de la oscuridad que nos rodea.

 P.D. Si a los lectores les extraña que no haya hecho más hincapié en la vida de  Carl Sagan es porque creo que su biografía merece una entrada especial.

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Reflexiones sobre el estado de la Cultura Científica

Escritorio de Albert Einstein en Princeton (1955)

Escritorio de Albert Einstein en Princeton (1955)

Los resultados del Estudio Internacional de «Cultura Científica» de la Fundación BBVA son alarmantes. Debería causarnos gran preocupación contar con un nivel de incultura científica tan elevado. Vivimos en un mundo científico en el que desde que nos levantamos hasta que nos acostamos usamos la ciencia y la tecnología. No disponer de un mayor conocimiento de las mismas anula nuestra capacidad de decisión, nuestra libertad y nos pone en manos de charlatanes que únicamente ensucian la ciencia sirviéndose de algunos de sus términos para embaucarnos.

No podemos permitir que sigan aprovechándose de la ignorancia de las personas y hemos de intentar que la población cuente con una base científica que la ayude a sobrevivir y a rechazar comportamientos irracionales como el anumerismo o la quimifobia. Si se entendiese mejor lo que es la ciencia posiblemente habría una oposición social más contundente frente a la aniquilación que está sufriendo debido a los recortes. Es de suma gravedad que los investigadores no puedan regresar para aplicar toda la formación y experiencia adquirida en un proyecto de investigación porque ya no hay lugar para ellos, porque se está acabando con la ciencia. Si no se toma una decisión firme y se empieza a invertir en I+D de inmediato, estaremos condenados al desastre.

Aprovechando que tengo este espacio para escribir, y advirtiendo de antemano que pecaré de subjetiva, quiero dar mi opinión como usuaria y consumidora de divulgación e información científica, sobre algunos de los resultados del estudio.

INTERÉS / INFORMACIÓN

blanche_lawrenceEl nivel de interés declarado por las noticias relacionadas con los temas científicos es de un 5.7 sobre 10; no estamos para tirar cohetes, pero el problema es que la percepción de sentirse informado acerca de la ciencia suspende (4.7) y debería ser lo contrario. La información tendría que ser muy superior al interés para poder potenciarlo y no desaprovechar la disposición que existe.

Los medios de seguimiento sobre los temas científicos son la televisión (22.8%), los periódicos o suplementos (17.4%), la red (13.7%) y la radio (10%).

En el caso de la televisión es interesante destacar que en el Reino Unido, donde se hacen grandes series y documentales sobre ciencia, el porcentaje de personas que se informan a través de este medio asciende al 58.1%.

Supongo que las empresas privadas pueden hacer lo que quieran con su dinero pero las televisiones públicas no. En mi opinión, deberían garantizar una información objetiva, y asegurar, al mismo tiempo, la transmisión de un mínimo de contenidos culturales, entre los cuales se encuentran los científicos. No importa la audiencia, la presencia de este material es un bien de primera necesidad ya que sólo podremos vivir dignamente si entendemos el mundo que nos rodea. Además, siempre se parte de la base de que el público no se siente atraído por los temas científicos cuando la serie Cosmos fue vista por más de 140 millones de espectadores. Y otros programas de calidad que se han hecho en el estado también han gozado de un buen seguimiento.

Si en Inglaterra tienen gente como Brian Cox, aquí hay magníficos divulgadores que podrían realizar un proyecto televisivo de esta índole y magnitud. Sólo es cuestión de priorizar lo que es realmente importante y llevarlo a cabo. La crisis nos afecta a todos y, sin embargo, a nivel privado hay profesionales que se parten los cuernos por buscar patrocinadores que subvencionen sus actividades científicas. Me gustaría que el estado también fuese un mejor gestor, que el dinero que se destina a la televisión sirviese para algo. La ciencia es educación y puede ser un gran entretenimiento. [Sirvan de ejemplo los enlaces de la Videoteca Científica].

A parte, creo imprescindible la inclusión de noticias científicas de forma regular en los telenoticias. No hace falta esperar a que aterrice el Curiosity Rover o que se proclame el descubrimiento de una nueva partícula. Ni siquiera es imprescindible que Einstein corra el riesgo de estar equivocado. Cada día se dan noticias científicas destacables y no supondría un gran sacrificio disminuir la cantidad de sucesos puntuales e irrelevantes que se ofrecen en las diferentes emisiones.

Por lo que se refiere a la radio, pienso que se están haciendo programas excelentes que deberían contar con mucho más apoyo o, en ciertos casos, con algún apoyo. Tendrían que emitirse en cadenas de mayor difusión, sí, en esas que también pagamos todos. Algunos de los programas se hacen en radios locales y el gran público sólo puede acceder a ellos por internet, así que me gustaría creer que gozan de un mayor seguimiento que el que figura en la encuesta. En las ondas existe gran diversidad de formatos y formas de divulgar, y cada cual puede encontrar aquella que más le encaja o con la que mejor se lo pasa. [En los enlaces de la Ciencia en las ondas tenéis algunas joyas que no os debéis perder.]

En el caso de la prensa generalista digital, creo que los responsables de los diferentes diarios tendrían que apostar seriamente por los periodistas científicos y limitar o anular las noticias que no puedan ser contrastadas y que provengan directamente de agencias. Es una lástima que en el mismo diario aparezcan grandes artículos documentados y rigurosos, firmados por los periodistas especializados, y artículos un tanto sensacionalistas, sin firmar, de las agencias. Estas últimas, deben asumir su responsabilidad y supervisar y verificar las informaciones antes de ofrecérselas a los diferentes periódicos. Si no disponen de suficiente personal, lo más recomendable es disminuir el número de noticias. Cada información poco rigurosa o equivocada, erosiona la credibilidad del ciudadano en relación a la ciencia. Finalmente, también rogaría que no apareciese ninguna entrevista a personas que hablen de  pseudociencia ya que con ellas se engaña a los lectores que puedan creer que todo lo que se dice en un diario es verdad.

En lo concerniente a internet, la cantidad de contenidos es inmensa. Hay blogs magníficos que están consiguiendo transmitir la ciencia a un importante número de internautas, logrando hacerla popular y potenciando la cultura científica de sus lectores. Esto parece estar dando fruto ya que las personas jóvenes, que más utilizan internet, aumentan las consultas de ciencia en este medio. Sin embargo, queda mucho trabajo por hacer puesto que si no hay más gente que consulte la divulgación que ofrece la red es, en parte, porque no saben que existe. Algunos programas de radio recomiendan blogs para indicar a sus oyentes esta fuente de información, pero los propios programas necesitarían recursos para garantizar la continuidad del trabajo que están haciendo. Si a la difusión radiofónica se uniese el refuerzo televisivo y se hablase de los blogs en este medio, el impacto, sin duda, sería mayor. Finalmente, también se requiere algún tipo de orientación sobre los blogs que tienen mayor credibilidad con el fin de evitar que la gente acabe en páginas con contenidos pseudocientíficos que sólo generan desinformación.

En mi opinión, creo que se está haciendo un gran trabajo en la blogosfera, al tiempo que se constata la voluntad de muchas personas de acercar la ciencia a los demás. Algunas webs colaborativas y asociaciones ya están aprovechando esta pasión para crear grandes proyectos y organizar  eventos presenciales, en los que el público entra en contacto con los divulgadores y puede sentir la ciencia más cercana.  Este es un importante camino a seguir y una manera de dar a conocer la divulgación que se lleva a cabo en los blogs. [No dejéis de visitar los enlaces de Física y Ciencia.]

CONOCIMIENTOS

literatureEl nivel de conocimientos general me ha parecido deplorable. Es más, las personas de menor edad obtienen peores resultados que aquellas que están entre los 25 y los 45 años, cuando, en teoría, deberían tener los conceptos más recientes.

Por otra parte, la respuesta que no figura y que muchas veces se escucha al preguntar sobre ciencia es “uy, no me acuerdo, esto hace mucho que lo estudié”, asumiendo que las materias científicas son sólo asignaturas que se cursan durante la enseñanza obligatoria y que es normal olvidar con el tiempo. No son conscientes de la dependencia que tienen con la ciencia y de que su calidad y esperanza de vida  es mejor gracias a esta.

Esas mismas personas seguramente se escandalizarían, y con razón, si alguien no conociese al autor de El Quijote y argumentase que no se acordaba porque lo había estudiado hace tiempo. Pensarían que es un inculto, y estarían en lo cierto. Pero también es incultura no saber que un electrón es más pequeño que un átomo, que la Tierra da vueltas alrededor del Sol, que una planta tiene ADN o que la velocidad de la luz es superior a la velocidad del sonido. Todos necesitamos un nivel básico de cultura para tener herramientas con las que valorar las diferentes opciones que se nos presentan en la vida. Podemos equivocarnos al elegir pero hemos tenido la libertad de hacerlo puesto que disponíamos de la información precisa. Todos desconocemos muchas cosas y esto podría ser bueno si utilizamos la ignorancia como motor para generar el deseo de aprender. Porque la adquisición de conocimientos es uno de los mayores placeres que existen.

A parte, otro hecho destacable del estudio es la sobrevaloración de los participantes respecto a su erudición. Las respuestas objetivas se contradicen con la percepción que tienen algunos de entender los temas que aparecen en la televisión. Eso es más problemático ya que lleva a mucha gente a hablar como expertos sobre cosas que desconocen y no estudiar o buscar el verdadero significado.

Por otro lado, el hecho de que la mitad de la población no pueda citar ni siquiera el nombre de un científico me parece lamentable. Creo que, por razones de tiempo, muchas veces se explican los descubrimientos y no se puede hablar de las personas que hay detrás de los mismos. A este respecto podría incluirse la historia de la ciencia en los programas de la asignatura de historia y olvidarnos de la separación, en este caso injustificada, entre las ciencias y las letras.

 GÉNERO

Cecilia Jarlskog (Lund)

Cecilia Jarlskog (Lund)

Como mujer, debo decir que me preocupa especialmente la diferencia entre los géneros en el grado de cercanía, conocimientos y vinculación con la ciencia. Puede que sea debido a que existe un mayor número de mujeres mayores que no se formaron o que, una vez finalizaron los estudios, la dedicación al trabajo y la familia no les dejó tiempo para dedicarse a ellas mismas y seguir cultivándose. Es posible que si se hiciese el estudio por edad y por género, se viese que las de mediana edad y las jóvenes tienen unos niveles parecidos a los hombres. Aun así, intranquiliza porque un distanciamiento respecto a la ciencia representa una menor preparación frente al mundo que vivimos y una menor posibilidad de sacarle más partido.

Tampoco es normal que la única científica que recuerde la gente a lo largo de toda la historia sea Marie Curie. Sin querer desmerecer en absoluto la labor de la gran física polaca, existen otras científicas que han realizado iguales o mayores contribuciones a la ciencia y que poca gente tiene en consideración. Y eso sólo contribuye a aumentar el desapego que puedan sentir las mujeres respecto a la ciencia. No creo que la discriminación positiva sea la solución y que deban aparecer de forma especial por el hecho de ser mujeres, sencillamente deben tenerse en cuenta y figurar en la historia de la ciencia en el lugar que merecen, al igual que otros físicos masculinos brillantes que también están demasiado olvidados.

CERCANÍA CON LA CIENCIA

Marie e Irene Curie

Marie e Irene Curie

Para aumentar la cercanía de la población con la ciencia creo que sería muy positiva la medida anteriormente citada de una mayor aparición de noticias de esta temática en los telediarios. Esto permitiría que las personas sintiesen que forma parte de la vida cotidiana.

Además, en este punto, podemos contribuir todos aquellos que disfrutamos con la ciencia hablando de ella. No hay que desanimarse ni rendirse si el interlocutor pone cara de oler huevos podridos en un primer momento, seguro que podremos sacar algún tema para engancharlo, alguna noticia curiosa y sorprendente. No hace falta matarlo de aburrimiento si no está muy motivado, es cuestión de dosificar las incursiones científicas en las conversaciones cotidianas. No queremos enseñarles ninguna lección ni ir de listos porque nadie nace enseñado y todos somos ignorantes en aquello que nos resulta menos familiar. Lo que debemos intentar es que se interesen y se lo pasen bien con la ciencia.

Muchas veces tenemos tan asumida la idea absurda de que a mucha gente no le importa la ciencia que somos los primeros en no comentar nada de la misma ni tan siquiera explicar a qué nos dedicamos. Es importante que a todos los niveles se tomen medidas para que la ciencia forme parte de la vida cotidiana, y en eso podemos contribuir hablando de lo que nos gusta. Seguramente la respuesta nos sorprenderá positivamente. Difícilmente superaremos el nivel de frikismo de Sheldon y compañía e incluso ellos con sus rarezas caen simpáticos. Además, tampoco perdemos nada por intentarlo.

Hay muchos aspectos relevantes que pueden extraerse y analizarse del estudio, y seguro que lo harán personas preparadas para ello. Sé que son difíciles algunas de las medidas que me gustaría que se tomaran y que puedo estar totalmente equivocada, simplemente he escrito mis opiniones con total sinceridad. Espero que nadie pueda haberse sentido ofendido al respecto.

 

MATERIAL COMPLEMENTARIO

Con el fin de «conmemorar a las mujeres científicas europeas de todos los tiempos», en 2009 la Dirección General de Investigación e Innovación de la Comisión Europea editó este libro.  En sus 170 páginas se resumen las historias de cuarenta de estas «heroínas de la ciencia europea». La descarga del libro es gratuita desde el siguiente enlace:
http://ec.europa.eu/research/index.cfm?pg=wisaudiobook«

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La Gran Mancha Blanca del Señor de los Anillos al descubierto

Saturn_StormEl 23 y 24 de junio aparecieron en el Cuaderno de Cultura Científica (zientziakultura) y en Mapping Ignorance, dos entradas relacionadas con el artículo: «E. García-Melendo, R. Hueso, A. Sánchez-Lavega, J. Legarreta, T. del Río-Gaztelurrutia, S. Pérez-Hoyos and J.F. Sanz-Requena 2013. Atmospheric dynamics of Saturn’s 2010 giant storm. Nature Geosciences. d.o.i.: 10.1038/ngeo1860″, que presenta la  dinámica de fluidos de la Gran Mancha Blanca de Saturno de 2010, la mayor tormenta registrada en el Sistema Solar.

El investigador que encabeza el artículo, Enrique García Melendo, es ingeniero de telecomunicaciones y doctor especializado en ciencias planetarias por la Universidad Politècnica de Catalunya. Trabaja para la Fundación Privada Observatori Esteve Duran (FOED) desde 1996, donde comenzó su trayectoria investigadora dentro del campo de la astronomía. Desde la Fundación, combinó su trabajo del estudio de las atmósferas de los planetas gigantes con la búsqueda de planetas extrasolares. La FOED es la única fundación privada en Cataluña dedicada al apoyo de la investigación astronómica, desde la que se han venido realizando aportaciones valiosas a los conocimientos que tenemos de los planetas gigantes de nuestro sistema solar.

Las dos entradas sobre el tema son muy interesantes y se complementan. En cada una de ellas, aparecen aspectos que no figuran en la otra y se da un tratamiento diferente de la noticia. Por este motivo, agradezco muy especialmente al editor (y EXCELENTE divulgador científico) César Tomé López que me haya permitido reproducirlas. He traducido, como buenamente he podido, la noticia de Mapping Ignorance para que aquellos que no sepáis inglés podáis disfrutar de ella. Pero os recomiendo vivamente que leáis la entrada original.

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Saturno es el planeta más bello del Sistema Solar. Sus espectaculares anillos, visibles desde la tierra, lo hacen especialmente fotogénico. Galileo Galilei, fue el primero en observarlos en 1610, pero la baja resolución de su telescopio le impidió determinar con precisión su verdadera forma. En realidad no pudo apreciar que estaban separados del planeta y los interpretó como una especie de asas u “orejas” del mismo. Casi cincuenta años después, en 1659, que Christiaan Huygens, pudo ver su aspecto anular pero erró la explicación sobre su naturaleza. Se creía que Saturno estaba rodeado de un único anillo sólido y no fue hasta 1859 que el físico James Clerk Maxwell demostró matemáticamente que los anillos no podían ser un único objeto sólido sino que debían ser la agrupación de millones de partículas de menor tamaño.

Está compuesto principalmente de hidrógeno (sobre el 90 %), helio y, en menor medida, gases ligeros siendo el único planeta con una densidad específica inferior a la del agua (690 kg/m3). Las características de su composición atmosférica, la ausencia de superficie con la que frenarla y su elevada velocidad angular de  rotación, de unas 10 horas, provocan la formación de fenómenos meteorológicos de gran virulencia, muy diferentes a los que tienen lugar en nuestro planeta.

La atmósfera posee un patrón de bandas oscuras y claras debido a la circulación alternante de sus vientos, hacia el Este y el Oeste, con la latitud. En concreto, cuenta con cuatro corrientes zonales por hemisferio. Además, posee una intensa y ancha corriente ecuatorial que llega a alcanzar velocidades cercanas a los 500 m/s. Como se explica en las entradas, con un periodo aproximado de 30 años se forman importantes tormentas que modifican su atmósfera y reciben el nombre de Grandes Manchas Blancas. La última que ha sido observada en 2010 ha podido ser analizada en profundidad con la nave espacial Cassini y, tras años de trabajo, ha llevado a los investigadores protagonistas de este post, a la determinación de su mecanismo de desarrollo.

El Grupo de Ciencias Planetarias de la Universidad del País Vasco lleva tiempo estudiando los modelos más apropiados para explicar la geofísica de fluidos de Saturno. Los dos candidatos que se barajaban diferían en la fuente energética que rige el control de los movimientos. Para modelos de tipo “profundo” es el calor interno el que genera los vientos mientras que en los de tipo “superficial” es la insolación la que impulsa las masas de aire.

Como leeréis a continuación, la investigación ha dado lugar a importantes avances en el origen y evolución de las tormentas de Saturno. No obstante, aún hay cuestiones importantes a resolver y es esencial que se siga trabajando con los resultados obtenidos por Cassini.

LA METEOROLOGÍA EXTREMA DE SATURNO EN EL ORDENADOR (traducción del artículo original)

Por Santiago Pérez Hoyos en Mapping Ignorance

Saturno es verdaderamente un lugar extraño. Aparte de tener una peculiar historia térmica y uno de los satélites más interesantes del Sistema Solar, podría decirse que este planeta muestra el fenómeno meteorológico más fascinante jamás visto. Supongamos por un momento que en la próxima primavera se levanta una tormenta en su tu ciudad natal. Nada inusual de lo que preocuparse, probablemente. Ahora imagina que la tormenta crece y crece, y que se extiende alrededor del planeta. Después de unas semanas, la tormenta cubre los continentes y los océanos cercanos de tu latitud de origen. Los satélites registrarían un sorprendente cinturón alrededor del planeta. Finalmente, la tormenta se estira tanto  que la cabeza se une a la cola haciendo que se disipe. ¿Bastante raro? Bueno, esto es lo que ocurre en Saturno aproximadamente cada 30 años más o menos, la última vez a finales de 2010. Ahora, las  simulaciones detalladas de esta última tormenta han revelado que la física subyacente a tal evento extremo es relativamente simple [1].

Esta es la historia de la GWS 2010 vista por las cámaras de Cassini desde sus inicios en diciembre de 2010 (tu probablemente no lo notes, pero hay una pequeña nube en esta foto) a su muerte y disipación final. | Crédito: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

Esta es la historia de la GWS 2010 vista por las cámaras de Cassini desde sus inicios en diciembre de 2010 (tu probablemente no lo notes, pero hay una pequeña nube en esta foto) a su muerte y disipación final. | Crédito: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute.

El primer registro que tenemos de tales tormentas gigantescas data de 1876. En aquel momento, los astrónomos sólo tuvieron la oportunidad de reflejar lo que vieron en el ocular dibujándolo. El famoso astrónomo Josep Comas i Solà hizo unos hermosos dibujos en 1903 que sorprendentemente se asemejan a las imágenes enviadas en 1990 por el telescopio Hubble aquejado de miopía (antes de que fueran corregidos en los errores de la óptica 1994). Pero antes de la obtención de imágenes de alta resolución, la mayoría de los astrónomos sólo vieron un punto brillante en el disco de Saturno y por ello las tormentas fueron apodadas Gran Mancha Blanca (Gran White Spot, GWS). ¿Deberíamos seguir utilizando este nombre, ahora que somos capaces de discernir su majestuosa complejidad? Bien, las gigantescas tormentas son realmente grandes y blancas (por lo menos en las longitudes de onda visibles) y aunque no se vean  como manchas, excepto con telescopios de juguete, vamos a mantener esta nomenclatura por tradición y por tener la sensación de ser testigos de un fenómeno raro que se observó por primera vez en el siglo XIX.

Ahora que ya tenemos la nave espacial Cassini orbitando Saturno no sólo podemos ver la evolución de la tormenta de 2010 sino también escucharla [2]. La tormenta emite intensas descargas electrostáticas que son detectadas por los experimentos de radio a bordo del Cassini, estas descargas estarían relacionadas con relámpagos y rayos que, como sucede en la tierra, cabe esperar en presencia de fuertes fenómenos de convección. La GWS 2010 también produjo un inesperado calentamiento en la estratosfera por encima de la tormenta que estaba alrededor de 60 K más fría antes de que comenzase la erupción [3]. Trabajos anteriores habían demostrado que la evolución general  de la tormenta requería que los vientos atmosféricos se extendiesen a niveles muy por debajo de la profundidad de penetración de luz solar [4] y, por supuesto, debajo de lo que generalmente podemos ver en Saturno.

Así que, ¿cuáles son las novedades respecto a la tormenta de Saturno? El documento presentado por Enrique García-Melendo, un investigador de la Fundació Observatori Esteve Duran (España) y sus colaboradores (entre los cuales tengo el orgullo y la fortuna de encontrarme) ha analizado minuciosamente el frente de la tormenta y ha reproducido su comportamiento mediante modelos numéricos. Utilizando imágenes de alta resolución tomadas por la cámara Cassini Imaging Science Subsystem (ISS), en febrero de 2011, este trabajo aborda diferentes aspectos de la tormenta y luego los traduce una completa modelización numérica.

A continuación mostramos imágenes en alta resolución tomadas por el ISS Cassini en febrero de 2011, junto con vectores de velocidad en una vista general (a) y un primer plano (b) de la región donde la convección es posiblemente más activa en este momento. Cada flecha representa una característica que se mide por lo menos en dos imágenes diferentes. Durante este trabajo se midieron hasta 4.700 vectores de viento. Autor: García-Melendo et al. (2013).

A continuación mostramos imágenes en alta resolución tomadas por el ISS Cassini en febrero de 2011, junto con vectores de velocidad en una vista general (a) y un primer plano (b) de la región donde la convección es posiblemente más activa en este momento. Cada flecha representa una característica que se mide por lo menos en dos imágenes diferentes. Durante este trabajo se midieron hasta 4.700 vectores de viento. Autor: García-Melendo et al. (2013).

Las imágenes del ISS Cassini son capaces de alcanzar una resolución máxima de Saturno de cerca de 30 kilómetros por píxel. Esta excelente resolución permite medir los detalles más finos y más sutiles de la atmósfera de Saturno. Creo que es algo como estar tumbado en el suelo en una tranquila tarde de verano, disfrutando de la evolución de las nubes en nuestro propio cielo. Las mayores pueden mostrar un comportamiento más regular, pero si nos fijamos en los grupos más pequeños entonces se observa una evolución más rápida y variable. De manera muy similar, Saturno visto con una amplificación tan enorme requiere imágenes no muy separadas en el tiempo para que se puedan identificar las mismas características de las nubes en diferentes tiempos y posiciones. Si se es capaz de hacerlo, entonces se puede trazar el flujo atmosférico simplemente mediante el uso de física elemental. Esta identificación de características se realiza mediante técnicas de correlación automática y también mediante la supervisión humana en algunos casos. Al hacerlo, García-Melendo junto a sus colaboradores determinan velocidades de viento de más de 500 km/h en una región comprimida que precede a la tormenta que desplaza las nubes hacia el ecuador.

Esta descripción de la dinámica de la GWS es impresionante pero solo es un instrumento  en cuanto a los objetivos del documento que aquí se trata. ¿Qué necesitamos para reproducir la dinámica extrema? Utilizando simulaciones numéricas es posible no sólo reproducir sino también comprender la física subyacente a los fenómenos. Los autores utilizan dos enfoques. Uno es un código de dinámica de fluidos muy detallado (Explicit Planetary Isenthropic Coordinates model or EPIC desarrollado por Tim Dowling y su equipo), pero el segundo es un modelo mucho más simple de aguas poco profundas. Ambos coinciden en describir la GWS como la respuesta natural de la atmósfera a una inyección continua de material. La mayoría de las características básicas ocurren simplemente insertando una perturbación continuada en el flujo medio de la atmósfera. Esta perturbación se supone que es por convección, muy probablemente por nubes de agua en la atmósfera profunda de Saturno. Esta convección asciende y se acelera a través de la atmósfera, elevando las torres convectivas hasta 40 km por encima de las nubes que las rodean.

No es una tarea fácil diferenciar la realidad de las simulaciones de un ordenador. El panel superior muestra algunas imágenes de la tormenta tomada por la nave espacial Cassini (crédito NASA/JPL-Caltech/SSI) mientras que la parte inferior es una simulación por ordenador (crédito FOED-ICE/GCP-UPV/EHU). Téngase en cuenta que no sólo se reproduce la morfología del frente de tormenta, sino también cierto número de otras características como el vórtice de la extrema derecha. | Cortesía de Enrique García-Melendo.

No es una tarea fácil diferenciar la realidad de las simulaciones de un ordenador. El panel superior muestra algunas imágenes de la tormenta tomada por la nave espacial Cassini (crédito NASA/JPL-Caltech/SSI) mientras que la parte inferior es una simulación por ordenador (crédito FOED-ICE/GCP-UPV/EHU). Téngase en cuenta que no sólo se reproduce la morfología del frente de tormenta, sino también cierto número de otras características como el vórtice de la extrema derecha. | Cortesía de Enrique García-Melendo.

Aunque el acuerdo entre observaciones y modelos es fantástico, siguen quedando una serie de preguntas. Mis dos favoritas son: ¿Qué alimenta la GWS? y ¿por qué cada 30 años? Pero hay más advertencias. Sólo para mencionar una, todos los eventos GWS observados hasta fecha han ocurrido en el hemisferio norte de Saturno (muchos de ellos cercanos al Ecuador, pero siempre en el norte), ninguno en el sur. La sensación entre la comunidad es que debe tener algo que ver con los 30 años del largo ciclo pero nadie ha podido probar aún la relación. No es muy probable que tengamos algo similar a la nave espacial Cassini orbitando Saturno alrededor de 2040 así que los mejores datos concebibles posiblemente ya están sobre la mesa. Ahora es el momento de que los científicos trabajen en el puzzle completo.

Referencias

  1. E. García-Melendo, R. Hueso, A. Sánchez-Lavega, J. Legarreta, T. del Río-Gaztelurrutia, S. Pérez-Hoyos and J.F. Sanz-Requena 2013. Atmospheric dynamics of Saturn’s 2010 giant storm. Nature Geosciences. d.o.i.: 10.1038/ngeo1860
  2. G. Fischer et al. 2011. A giant thunderstorm on Saturn. Nature 475, 75–77. d.o.i.: 10.1038/nature10205
  3. L.N. Fletcher et al. 2011. Thermal structure and dynamics of Saturn’s northern springtime disturbance. Science 332, 1413–1417. d.o.i.: 10.1126/science.1204774
  4. A. Sánchez-Lavega et al. 2011. Deep winds beneath Saturn’s upper clouds from a seasonal long-lived planetary-scale storm. Nature 475, 71–74. d.o.i.: 10.1038/nature10203

DESVELADO EL MISTERIO DE LA GRAN MANCHA BLANCA DE SATURNO

Por zientziakultura

A través del análisis de las imágenes enviadas por la nave espacial Cassini de las agencias espaciales norteamericana (NASA) y europea (ESA), los modelos de ordenador de la tormenta y el examen de sus nubes, el Grupo de Ciencias Planetarias de la Universidad del País Vasco ha logrado desentrañar el funcionamiento de la mayor tormenta registrado en el Sistema Solar: la Gran Mancha Blanca de Saturno de 2010. El artículo, encabezado por Enrique García Melendo, investigador de la Fundació Observatori Esteve Duran – Institut de Ciències de l’Espai, se publica en la revista Nature Geosciences.

Aproximadamente una vez cada año de Saturno, equivalente a unos 30 años de la Tierra, se produce en el planeta de los anillos una tormenta de enormes proporciones que afecta al aspecto de su atmósfera a escala global. Estas tormentas gigantes se denominan Grandes Manchas Blancas por el aspecto que presentan sobre la atmósfera del planeta. La primera observación de una de ellas se realizó en 1876; la Gran Mancha Blanca de 2010 fue la sexta en ser observada. En esa ocasión la nave espacial Cassini pudo obtener imágenes de muy alta resolución de la gran estructura meteorológica. La tormenta se desarrolló a partir de una pequeña nube blanca brillante en las latitudes medias del hemisferio norte, que fue creciendo rápidamente y permaneció activa durante más de siete meses. Durante ese tiempo generó una amalgama de nubes blancas que se expandieron hasta formar un anillo nuboso y turbulento con una extensión de miles de millones de kilómetros cuadrados. El Grupo de Ciencias Planetarias presentó hace dos años un primer estudio de la tormenta que fue portada en la revista Nature del 7 de julio de 2011. Ahora, en el nuevo trabajo, desvelan los secretos ocultos del fenómeno estudiando al detalle “la cabeza” o “foco” de la Gran Mancha Blanca.

El equipo de astrónomos analizó imágenes tomadas por la sonda Cassini para medir los vientos en la “cabeza” de la tormenta, el foco donde se originó la actividad. En esa región la tormenta interacciona con la atmósfera circundante formando vientos sostenidos muy intensos con valores típicos de 500 kilómetros por hora. “No esperábamos encontrar una circulación tan violenta en la región de desarrollo de la tormenta, lo que es un síntoma de la interacción particularmente violenta entre la tormenta y la atmósfera del planeta”, comenta Enrique García. También han podido determinar que las nubes se elevan más de 40 km por encima de las capa permanente de nubes del propio planeta.

El estudio desvela el mecanismo que genera esta fenomenología. El equipo de científicos diseñó modelos matemáticos capaces de reproducir la tormenta en un ordenador dando una explicación física del comportamiento de esta tormenta gigante y de su larga duración.  Sigue leyendo en el Cuaderno de Cultura Científica

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Brahe y Kepler, la extraña pareja

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Tycho Brahe fue el primer astrónomo europeo que pudo equipararse a Hiparco como observador del cielo.

Su nacimiento, el 14 de diciembre de 1546 en Escania, en el seno de una familia nobiliaria danesa, fue tan peculiar como su propia vida. Estando su madre, Beate Bille, embarazada de gemelos, se hizo un acuerdo familiar por el que se establecía que uno de los dos niños sería adoptado por su tío Jorgen Brahe, que no tenía descendencia, y contaba con importantes posesiones. Finalmente, el pacto no se cumplió ya que el hermano de Tycho nació muerto. Pero la cosa no quedó ahí. A los dos años, Brahe fue llevado con sus tíos sin el conocimiento por parte de sus padres y estos lo criaron y educaron como si de su propio hijo se tratara. El insólito secuestro resultó beneficioso para nuestro protagonista ya que su tía y madrastra, Inger Oxe, pertenecía a una familia cultivada, cuyos intereses iban más allá de la educación militar y el Servicio al rey, que ocupaban la vida de los Brahe. Gracias a ella adquirió una formación académica que hubiera resultado imposible de haber seguido viviendo al lado de sus padres. Le enviaron a la Universidad de Copenhague para estudiar Derecho y durante su estancia, la contemplación del eclipse del 21 de agosto del 1560 y la exactitud de su predicción, le impresionaron de tal manera que empezó a estudiar astronomía por su cuenta con la ayuda de varios de sus profesores. Al fin y al cabo, la astronomía era considerada la ciencia más cercana a los cielos.

A los dieciséis años dejó Dinamarca para ir a la Universidad de Leipzig a completar su educación. Estudió  astronomía con Barholomew Schultz quien le enseñó algunos trucos para mejorar sus observaciones. Un año más tarde, tras la incorrecta predicción de la conjunción de Júpiter con Saturno  tanto en las tablas Alfonsinas como en las Pruténicas, tomó una importante decisión: volvería a medir las posiciones de estrellas y planetas ex novo. Las Tablas Alfonsinas, publicadas en Toledo el 1252 y confeccionadas por cincuenta astrónomos árabes y judíos bajo el patronazgo de Alfonso X el Sabio, seguían el modelo clásico de Ptolomeo mientras que las Tablas Pruténicas estaban basadas en el modelo de Copérnico y fueron dedicadas al rey de Prusia.

En 1562, dejó Leipzig para regresar a Copenhague a causa de las complicaciones de la guerra entre Suecia y Dinamarca y llegó a participar en algunas batallas navales. El 21 de junio de ese año, falleció su tío y, con la herencia en la mano, pudo completar su formación como astrónomo a pesar de la oposición familiar. Viajó a la Universidad de Wittenberg y, más tarde, se estableció en Rostock, donde se tituló, cursando estudios de astrología, alquimia y medicina.

Tycho Brahe

Tycho Brahe

Tenía un carácter difícil con una especial tendencia a las peleas. El 29 de diciembre de 1566, se batió en duelo con otro estudiante para ver quién era mejor matemático. La discusión se había iniciado días antes durante la celebración de un baile en la casa de un profesor, pero entonces pudieron separarlos. Días más tarde, en otra fiesta, decidieron defender su honor matemático a capa y espada y como resultado Brahe perdió la parte superior de la nariz y se diseñó una prótesis. El problema es que esta se caía con facilidad y Tycho tuvo que llevar siempre una tabaquera con un ungüento glutinoso con el que se frotaba la nariz postiza para mantenerla en su sitio. Durante cuatrocientos años se creyó que la prótesis estaba hecha de oro y plata, pero en la última exhumación del cadáver de Brahe, que tuvo lugar en 2010, se comprobó que el material de fabricación era el bronce. En cualquier caso, como consecuencia de este episodio, su interés por la medicina y la alquimia se acrecentó.

Cuando volvió a casa, en abril de 1567, su padre estaba muy interesado en que iniciase una carrera política pero Tycho le persuadió para que le dejase hacer otro tour al extranjero. Primero volvió a  Rostock, y más tarde fue a Basel, Freiburg, y Augsburg. Llevaba tiempo trabajando en la mejora de los instrumentos de observación pero en Augsburg fue más allá y empezó a diseñar uno. Dado el coste previsto de su obra, realizó las gestiones oportunas para obtener un patrocinador que asumiese la mayor parte de los gastos de su construcción. Aproximadamente un mes después tuvo un grandioso cuadrante erigido  en la finca de su mecenas a las afueras de la ciudad. Era muy preciso pero sólo podía realizar una observación por noche ya que era tan pesado que se requerían muchos criados para alinearlo. No fue el único instrumento de grandes dimensiones que ideó, le siguió el mayor globo celeste hecho de madera.

Los últimos días de 1570 se vio obligado a abandonar Augsburg para regresar a Dinamarca. Su padre, Otto, estaba gravemente enfermo y falleció en mayo de 1571. Tras su muerte, fue a vivir con su tío materno Steen Bille a Herrevad Abbey y empezó la edificación de un observatorio y de un laboratorio de alquimia, ciencia que, en ese momento, ocupaba su mayor interés.

Johannes Kepler

Johannes Kepler

Ese mismo año, en Weil der Stadt, nació Johannes Kepler en el seno de una familia protestante luterana que había tenido renombre en la ciudad pero que ya estaba en decadencia. Su padre, Heinrich Kepler era mercenario en el ejército del duque de Wüttemberg y estaba siempre en campaña. En palabras de su propio hijo era bruto, inmoral, pendenciero, vicioso y maleducado. Cuando Johannes tenía cinco años, su progenitor desapareció y fue su madre, Katharina Guldenmann, quien promovió sus intereses intelectuales. Hija de un posadero, regentaba la casa de huéspedes y también era curandera y herborista. Al final de su vida, estas ocupaciones pudieron haberla conducido a la hoguera si Kepler no hubiese intervenido en su favor.

Fue un bebé prematuro y  un niño hipocondríaco y débil. Siempre sufrió de una salud precaria pero la enfermedad de infancia que le reportó peores consecuencias, fue la viruela. Le afectó la vista de forma severa, limitándole de por vida de la capacidad para hacer observaciones astronómicas.

A los seis años, su madre le llevó a contemplar el cometa de 1577 y empezó a mirar el cielo de otra manera. Tres años más tarde, la visión de un eclipse de luna hizo que se rindiera a la belleza y al misterio de la astronomía, pasión que conservó toda su vida.

Supernova de Tycho

Supernova de Tycho

Unos años antes, en 1572, Brahe también había presenciado un fenómeno que le hizo retomar su labor como astrónomo. El 11 de noviembre, de vuelta a casa después de una intensa jornada en el laboratorio de alquimia, descubrió la aparición de una estrella nueva en la constelación de Casiopea. No pudiendo creer lo que veían sus ojos trató de asegurarse consultando a su ayudante y a un grupo de campesinos, si también la veían. La estrella tenía tal brillantez que podía verse a la luz del día y estuvo año y medio brillando. Sus observaciones sobre la misma, las resumió en un libro titulado De nova stella, en el que se incorpora por vez primera el vocablo nova en la terminología astronómica.

Ese año Tycho Brahe conoció a Kirsten Jorgensdatter, una joven de su ciudad natal con la que pasaría el resto de su vida. Debido a que ella no pertenecía a la nobleza y era de una condición social inferior, nunca llegaron a casarse legalmente. Pero se fueron a vivir juntos y la gente les consideró siempre como marido y mujer. De hecho, de los ocho hijos que tuvieron, los seis que sobrevivieron a la infancia fueron reconocidos, después de la muerte de Brahe, como descendientes legítimos.

Sala de Uraniborg

Sala de Uraniborg

El prestigio del danés aumentaba. Daba clases y llevaba a cabo sus observaciones astronómicas en Copnenhague. Sin embargo, no se sentía satisfecho con sus condiciones de trabajo y creía que Basilea era el lugar ideal para continuar sus estudios astronómicos. Ante tales expectativas, y viendo que iba a perder a su científico más eminente, el rey Federico II tomó cartas en el asunto y le ofreció uno de sus castillos reales como residencia. Tras la negativa de Brahe, el rey aumentó la oferta y le obsequió con la pequeña isla de Hven, una cuantiosa suma de dinero para construirse una casa y una elevada  renta. Tycho levantó el observatorio de Uraniborg, cuyo nombre hacía honor a la musa de la astronomía Urania, con un laboratorio de alquimia en su sótano. Allí desarrolló un elevado número de instrumentos y contó con ayudantes que acabaron convirtiéndose en astrónomos. También recibió la visita de muchos  escolares. El éxito fue tal que en 1584 se había quedado pequeño para el volumen de instrumental que albergaba y construyó un segundo observatorio adyacente llamado Stjerneborg.

Stjerneborg, anexo del Observatorio de Uraniborg

Stjerneborg, anexo del Observatorio de Uraniborg

Kepler, por su parte, inició su escolarización a los cinco años  en el colegio Leonberg, pero en 1583, debido a la complicada situación familiar, tuvo que interrumpirla dos años para emplearse como jornalero agrícola. Finalmente, a los once, ingresó al seminario protestante de Adelberg y, dos años más tarde, al seminario superior de Maulbronn. En plena Reforma, se preparaba a los estudiantes para combatir por medio de la teología contra la fortaleza del catolicismo romano y Kepler era demasiado sensible, obstinado e independiente para ese lugar. Se convirtió en un chico introvertido. Tras conseguir el diploma en 1589 ingresó en la Universidad de Tübingenas. Su profesor de matemáticas, el astrónomo Michael Maestlin, le enseñó tanto el sistema geocéntrico como el sistema heliocéntrico de Copérnico que se reservaba a los mejores estudiantes. Kepler se hizo un copernicano convencido, creía que el Sol era la principal fuente de fuerza motriz del universo.

En un primer momento quiso convertirse en ministro de la Iglesia luterana pero cambió de idea al recibir la oferta de la escuela protestante de Graz (más tarde Universidad de Graz) para ocupar un puesto de profesor de matemáticas y astronomía. Para él, descubrir las leyes que regían el movimiento de los planetas representaba un acercamiento a la mente de Dios, un camino alternativo al ministerio religioso: “Ahora me doy cuenta que Dios puede ser celebrado también por la Astronomía

El método científico de Kepler exigía un acuerdo total entre teoría y observación. Los resultados experimentales reflejaban la naturaleza creada por Dios y, por tanto, las teorías debían describirlos con exactitud.  Si la discordancia entre los valores predichos y los obtenidos superaba el error asociado a los aparatos de medida, la teoría quedaba invalidaba y empezaba desde el principio.

Mientras, Brahe, durante sus años en la isla de Hven, fue capaz de elaborar un catálogo con las posiciones de más de mil estrellas con una precisión que alcanzó, en algunas de ellas, el medio minuto de arco. (Fabulosa entrada de Fernando del Álamo)

Como teórico, se opuso sin tapujos a la teoría de Copérnico y concibió su propio sistema. Sus observaciones de la supernova de 1572 y del cometa de 1577 probaron que el cielo, más allá de la luna, no era inmutable y que tampoco tenía sentido la idea de unas esferas celestes que albergasen los planetas. Sus ideas tendían al heliocentrismo copernicano pero tenía un problema con el movimiento de la Tierra ya que no había podido observar los paralajes estelares. Este fenómeno consiste en el desplazamiento aparente de una estrella cercana sobre el fondo de otras más lejanas, a medida que la Tierra se mueve a lo largo de su órbita alrededor del Sol.  Puesto que los valores de los paralajes estelares son inferiores a los errores experimentales del danés, suposo que la Tierra estaba fija y, en consecuencia, en su nuevo modelo todos los planetas, a excepción de la Tierra, se movían alrededor del Sol y este último daba vueltas entorno a la Tierra.

Modelo Tychonico

Modelo Tychonico

En  1597, tuvo que abandonar el observatorio ya que, con la muerte de Federico II y la subida al trono de Cristiano IV, dejó de contar con el favor real. Hizo otra gira de dos años y, finalmente, se estableció en Praga como matemático imperial del Emperador del Sacro Imperio Romano, Rodolfo II.

MYSTERIUM COSMOGRAPHICUM

El primer trabajo de Johannes Kepler en el campo de la astronomía: el Prodromus dissertationum mathematicarum continens mysterium cosmographicum o Mysterium Cosmographicum (El Misterio cósmico) fue la primera publicación que defendía el sistema copernicano. Kepler explicaba que el 19 de julio de 1595, tuvo una especie de epifanía y pensó que los polígonos regulares podían ser la base del Universo. Desafortunadamente, no encontró una combinación entre ellos que se ajustase a las observaciones así que decidió buscar la respuesta en los poliedros.

Kepler creía que si el movimiento de los planetas reflejaba la existencia y la elegancia divina debía cumplir las leyes pitagóricas de la harmonía de las esferas celestes. Traspasó la belleza y perfección que los pitagóricos asignaban a las matemáticas al dios cristiano. Los valores obtenidos de los radios y las excentricidades debían tener alguna explicación y creyó encontrarla en un modelo, un tanto rocambolesco, que se ajustaba bastante bien a las observaciones. Se trataba de colocar los cinco poliedros perfectos uno dentro de otro: octaedro, icosaedro, dodecaedro, tetraedro y cubo con esferas inscritas y circunscritas a los mismos. De esta manera quedarían seis capas, que serían ocupadas por los planetas conocidos hasta entonces: Mercurio, Venus, Tierra, Marte, Júpiter y Saturno, situadas a intervalos correspondientes a los radios relativos de la trayectoria de cada planeta.

Kepler_09Desafortunadamente, esta técnica no concordaba del todo con los resultados empíricos, así que añadió otra esfera más por capa, haciendo que a cada planeta se le asociasen dos. Los radios de ambas esferas corresponderían a sus distancias mínimas y máximas al centro. Una de las innovaciones más importantes del Mysterium fue sustituir el “Sol medio” de Copérnico por el Sol real, que era más que un punto geográfico, era un cuerpo que podía influir físicamente en los planetas circundantes.

La idea de los cinco poliedros regulares ya aparecía en los textos de Platón, que trató de establecer una correspondencia geométrica entre éstos y los cinco elementos: fuego, tierra, agua, aire y quintaesencia, y llegaron a ser conocidos como los cinco sólidos platónicos. No es extraño que Kepler los emplease en una época en la que se había producido un resurgimiento de las ideas platónicas. Además, los poliedros también aparecían en un libro que Kepler consideraba fundamental: Los Elementos de Geometría de Euclides.

Para el astrónomo, el modelo copernicano reflejaba sus convicciones teológicas, establecía una relación entre lo físico y lo espiritual convirtiendo al universo mismo en una imagen de Dios: el Sol en la posición central era el Padre, la esfera estelar era el Hijo, y el espacio existente entre ambos el Espíritu Santo. Para explicar que su modelo era acorde a la religión, dedicó todo un extenso capítulo del Mysterium a intentar conciliar el heliocentrismo con los pasajes bíblicos que parecían apoyar el geocentrismo. Con el apoyo de su mentor Michael Maestlin, Kepler recibió permiso del rectorado de la Universidad de  Tübingen para publicar su manuscrito a finales de 1596. Tan pronto recibió sus copias, las envió a los astrónomos  más prominentes. No fue un texto demasiado leído pero le supuso una reputación de astrónomo altamente cualificado y, en consecuencia, un incremento en el número de mecenas que querían participar en su proyecto. A pesar de que modificaría algunos detalles de la obra, Kepler nunca renunció a la cosmología poliédrica platónico-esférica. Sus obras astronómicas posteriores no dejaron de ser mejoras de este primer modelo. En 1621 Kepler publicó una segunda edición ampliada del Mysterium, especificando, en las notas, las correcciones y mejoras que había conseguido en los 25 años que habían pasado desde su primera publicación.

La vida amorosa de Kepler fue muy diferente a la de Brahe. El 27 de abril de 1597 contrajo matrimonio con Barbara Müller, una joven viuda con una hija, que había heredado los bienes de sus maridos fallecidos y cuyo padre era propietario de una fábrica. Al principio, este se opuso al matrimonio porque la nobleza de Kepler no compensaba su pobreza. Pero al final, gracias al trabajo realizado en el Mysterium y las presiones de los ministros de la Iglesia, se hizo oficial el compromiso. Bárbara nunca fue feliz, tenía una enfermedad crónica y no entendía el trabajo de su marido. Cuando esta murió, Kepler  se casó con Susanna Reuttinger, con quien tuvo un matrimonio más feliz que el primero.

Modelo del Sistema Solar según el Mysterium Cosmographicum de Kepler

Modelo del Sistema Solar según el Mysterium Cosmographicum de Kepler

Tras la publicación del Mysterium, Kepler era consciente que debía mejorar y ampliar su obra y solicitó la opinión de aquellos astrónomos a quienes ya había enviado el Mysterium, entre los cuales se encontraba Reimarus Ursus, el enemigo del astrónomo Tycho Brahe, a quien había plagiado su modelo planetario. Así pues, la primera noticia que tuvo Brahe de Kepler fue que era amigo de su rival. Afortunadamente, tras leer el Mysterium que le facilitó Michael Mästlin, se mostró interesado en él y quiso hacerle llegar su opinión sobre el mismo a través del antiguo profesor de Kepler. A partir de entonces intercambiaron numerosas cartas en las que debatieron sobre todos los temas astronómicos susceptibles de discusión.

Brahe por fin había encontrado a la persona que poseía las habilidades matemáticas necesarias para ajustar sus cuidadosas mediciones al “modelo Tychonico”, pero Kepler, por su parte, ansiaba disponer de sus datos para poner a prueba las teorías desarrolladas en el Mysterium. Además, sabía que se acercaba el momento en el que se vería obligado a abandonar Graz debido a las crecientes tensiones políticas y religiosas e ir a Praga con Brahe era la mejor de las destinaciones.

Finalmente, el 4 de febrero de 1600, ambos se encontraron en el lugar donde se estaba construyendo el nuevo observatorio de Tycho, en Benátky nad Jizerou. Los dos meses siguientes Kepler estuvo en calidad de invitado y su anfitrión, reticente, tenía a buen recaudo sus observaciones. La situación era tensa y Kepler, consciente de su propia capacidad, creía merecer la formalización de un acuerdo. Tycho no encajó bien la propuesta y la trifulca fue tal que las negociaciones se rompieron y Kepler cogió los bártulos y se marchó. Afortunadamente, la separación duró poco y llegaron a un convenio sobre el salario y las condiciones de vida.

Foto de Ricardo Morrón

Foto de Ricardo Morrón

La familia Kepler, que definitivamente había sido desterrada de Graz por negarse a convertirse al catolicismo, regresó a Praga y Kepler gozó del apoyo de Tycho, que intercedió por él ante el emperador Rodolfo II para asegurarle una comisión como colaborador en el nuevo proyecto que le había propuesto el emperador: la composición de unas tablas de efemérides astronómicas que se llamarían, en su honor, Tablas de Rudolfinas.

Parecía que Kepler y Brahe habían llegado a una relación sostenible y estaban preparados para emprender una fructífera colaboración. Desgraciadamente, esta se vería trágicamente interrumpida.

Tal y como relata Kepler en sus diarios, el final de Brahe empezó el 13 de octubre de 1601, cuando  asistió a una cena en el Palacio de Peter Ursinus Rozmberk junto a su amigo el barón Minckwicz.

“Brahe permaneció sentado, aguantando su orina durante mucho más tiempo de lo que en él era habitual. Aunque había bebido mucho, y su vejiga le presionaba, él se sentía menos preocupado por esto que por la debida educación. Cuando finalmente llegó a su casa, no pudo orinar”

Trató de servirse de sus conocimientos de alquimia para elaborar algún remedio que pudiese aliviarle pero fue inútil. Se mantuvo despierto con unos dolores insoportables durante cinco días y cinco noches.

“Finalmente, con un dolor espantoso, pudo orinar levemente. Pero su vejiga seguía bloqueada. Al insomnio siguieron una fiebre intestinal y, poco a poco, el delirio. El 24 de octubre el delirio cesó y, entre las oraciones, lágrimas y esfuerzos de su familia por consolarle, sus fuerzas fallaron y murió plácidamente.”

Ese día, según la descripción de Kepler, pronunció unas palabras que han pasado a la historia:

“Entonces, sus observaciones celestes se interrumpieron, y treinta y cinco años de trabajos llegaron a su fin. Durante la última noche, en su delirio, igual que un músico creando una canción, Brahe repetía estas palabras una y otra vez: “No frustra vixisse vidcor”(No dejéis que parezca que mi vida ha sido en vano.).”

El funeral fue por todo lo alto. La multitud ocupó las calles de Praga y en la Iglesia de Nuestra Señora de Tyn no había sitio para más nobles y notables. El ataúd, cubierto con un terciopelo negro decorado con el escudo de armas familiar en oro, fue llevado por doce nobles y seguido por un cortejo entre el que encontraban su hijo más joven, su tío el conde sueco Erik Brahe y el barón Ernfried von Minckwicz, cancilleres imperiales, nobles y barones, los sirvientes y ayudantes de Tycho, su viuda y, sus tres hijas. En la cripta se colgaron  su casco, su armadura, su escudo y otras de sus armas.

Su vida y logros científicos no fueron en vano. Kepler, su sucesor como matemático imperial, se sirvió de los datos de Brahe para renunciar a la perfección geométrica del círculo y aceptar las órbitas elípticas. La exactitud de las observaciones no le dejó otra opción, no podía entender el motivo, pero tenía que aceptar que Dios se había decantado por esa otra geometría. Las dos primeras leyes que describen el movimiento planetario fueron publicadas en Astronomia Nova (1609) y la tercera en Harmonice mundi (1619). Le convirtieron en el astrónomo más importante de su época. El proyecto que tenía que haber hecho con Tycho, Las Tablas Rudolfinas, fueron publicadas en 1627 y se usaron durante más de un siglo para calcular las posiciones de estrellas y  planetas.

Aquí parece finalizar el vínculo entre ambos, pero no es así…

Tablas Rudolfinas

Tablas Rudolfinas

En 1901, en el tercer centenario de la muerte de Brahe, abrieron el sepulcro con el fin de restaurarlo y asegurarse de que su inquilino era realmente el astrónomo danés. Se temía que el cadáver hubiese sido exhumado durante la ocupación católica de Bohemia en 1620. Afortunadamente, sus restos y los de una mujer (probablemente su esposa Kristine) estaban allí y se tomaron muestras de su cabello y de su barba. Noventa años después, en 1991, el Museo Nacional Sueco las regaló al gobierno danés, que inmediatamente las envió al instituto de Medicina Forense de la unidad capitalina para investigar qué había de cierto en los rumores acerca del posible asesinato del héroe de Dinamarca.

Midieron las concentraciones de arsénico, plomo y mercurio con un espectrómetro de absorción. No se apreciaba una cantidad significativa de arsénico, veneno por excelencia, pero las concentraciones de mercurio y plomo eran elevadas. La cantidad de plomo no representaba una señal de alarma puesto que, por aquel entonces, su uso estaba tan generalizado que incluso el propio ataúd era de este material. La alta cantidad de mercurio, en cambio, era harina de otro costal. La similitud de los síntomas de Brahe con los de envenenamiento con metales pesados, lo convertía en el principal sospechoso de su muerte.

Unos años más tarde, en 1996, se analizaron cabellos que conservaban la raíz mediante un método más sofisticado y pudo determinarse, a partir del crecimiento del pelo, que había ingerido una gran cantidad de mercurio el día antes de su muerte. ¿Significaba esto que se cometió un acto criminal? ¿se disponía de pruebas suficientes para afirmar algo así?

Plaza de la Ciudad Vieja. Iglesia de Nuestra Señora del Týn. Praga

Plaza de la Ciudad Vieja. Iglesia de Nuestra Señora del Týn. Praga

Algunas personas, como Joshua Gilder y su esposa Anne Lee, decidieron que sí, que hubo un asesinato y que sabían quién era el culpable: Johannes Kepler. La elección de un criminal de la talla de Kepler hacía el asunto más atractivo y contaba con la ventaja de que el acusado no podía defenderse. En su libro “Heavenly Intrigue” Brahe aparecía como un angelito y Kepler como un demente egoísta capaz de hacer cualquier cosa por demostrar su teoría del movimiento planetario. Ambas descripciones distan mucho de lo que han relatado la mayoría de historiadores. Todas las fuentes coinciden en que entre las muchas virtudes que tenía Tycho, la amabilidad no era una de ellas. Sin embargo, a pesar de contener argumentos tan pobres, la tesis defendida en el libro de los Gilder tuvo repercusión y fue tratada en el III Simposio Internacional Georg von Peuerbach que se celebró en Peuerbach.

Pero la versión del asesinato cuenta con más de un sospechoso. Kepler parece el mejor posicionado  pero también se baraja como candidato a asesino el noble Erik Brahe por orden del rey Kristian IV. Por otra parte, los niveles elevados de mercurio detectados en 1991 y 1996 no eran tan difíciles de justificar dado que Brahe practicaba la alquimia, en la cual era común el uso de este elemento en los preparados. Teniendo en cuenta que sus últimos días fueron terriblemente dolorosos, no sería extraño pensar que la concentración de mercurio registrada el día antes se debiese a un último intento desesperado de automedicación.

Finalmente, en 2010 un equipo de investigadores de la Universidad de Aarhus, de la Universidad del Sur de Dinamarca y del Instituto de Praga, concluyeron que la muerte de Brahe no fue causada por el mercurio debido a que su concentración no era suficiente elevada. De ello no se desprende que la muerte de Brahe fuese intencionada o accidental, simplemente se descarta la hipótesis de envenenamiento que había. Aún así, el estudio todavía no ha concluido y el análisis de sus dientes, que podría determinar la causa real de su muerte, está en curso.

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MATERIAL COMPLEMENTARIO

La lectura de esta entrada, ha llevado a varios lectores a recordar el magnífico Capítulo 3 de Cosmos de Carl Sagan. Como apasionada de esta serie, que de pequeña tenía en casa en formato Beta (una ya tiene sus añitos :-(), y no me cansaba de mirar, me ha parecido que sería una idea fantástica adjuntarla al final del post. Así que, para todos vosotros, el Grandioso Carl Sagan:

BIBLIOGRAFÍA:

“El Castillo de las Estrellas” Enrique Joven

“Prodromus dissertationum mathematicarum continens mysterium cosmographicum o Mysterium Cosmographicum (El Misterio cósmico)” Johannes Kepler

“Astronomía” Fred Hoyle

“Heavenly Intrigue” Joshua Gilder y Anne Lee

“History of the planetary systems” J. L. E. Dreyer

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La radiación pone en jaque las misiones tripuladas al planeta rojo

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 Esta entrada está publicada originalmente en Naukas y es mi primera colaboración allí. Quiero aprovechar para agradecer a Miguel Artime (Maikelnai’s), Antonio Martínez (Fogonazos), José Cuesta (Inercia Creativa) y Javier Peláez (La Aldea Irreductible) que me hayan dado la oportunidad de formar parte de la mayor plataforma online de divulgación científica en español.

Mars

Nuestro investigador en Marte, el Rover Curiosity, lleva incorporado un laboratorio experimental que haría las delicias de cualquier científico: el Mars Science Laboratory (MSL). Entre sus instrumentos se encuentra el RAD (Radiation Assessment Detector) cuya utilidad, entre otras, es aportar los datos necesarios para calcular la dosis efectiva a la que estarían expuestos los astronautas durante una misión al planeta rojo.  Así pues, los resultados que proporciona sirven como base para estudiar la posible viabilidad de futuras misiones tripuladas y las medidas de protección radiológica que sería necesario implementar para limitar el riesgo de exposición de los tripulantes.

La magnitud radiométrica de medición del RAD es la dosis equivalente, que se define como la energía transferida a la unidad de masa del objeto irradiado, teniendo en cuenta el tipo de radiación incidente (partículas alfa, beta, neutrones, radiación electromagnética, etc…)

Como magnitud equivalente ambiental, según la ICRP (International Comission of Radiation Protection), puede asimilarse a la dosis efectiva que recibirían los astronautas, que aporta información sobre el riesgo de padecer efectos biológicos. La unidad de medida tanto de la dosis equivalente como de la efectiva es el Sievert (Sv) y es igual a J/kg.

 El_RAD

 ORÍGENES DE LA RADIACIÓN EN EL ESPACIO

Las dos principales fuentes de radiación a la que se ven expuestos los astronautas que viajan más allá de la órbita baja de la Tierra, y por tanto, sin la protección del campo magnético terrestre, son los rayos cósmicos (GCR, Galactic Cosmic Rays) y las partículas solares energéticas (SEP, Solar Energetic Particles). Algunas de sus características son las siguientes:

  • Los rayos cósmicos (GCR) están formados por partículas muy penetrantes y energéticas generadas en explosiones de supernovas, y otros sucesos producidos fuera del sistema solar. Están compuestos en su mayor parte por protones, si bien también cuentan con un pequeño porcentaje de partículas alfa (núcleos de He-4) y algunos núcleos pesados altamente ionizados (HZE, High athomic number and high energy).
  • Las partículas solares energéticas (SEP) proceden de fulguraciones o eyecciones de masa coronal. En los sucesos SEP se generan grandes flujos de las mismas, que acostumbran a ser protones aunque también pueden ser partículas alfa o núcleos pesados. En general, sus energías son muy inferiores a las de los GCR. Sin embargo, existen sucesos SEP muy energéticos, cuya irradiación puede causar efectos biológicos de consecuencias letales. Afortunadamente, se producen únicamente una o dos veces en el máximo de actividad de cada ciclo solar que es de 11 años.

Durante el trayecto a Marte, el RAD, que ha contado con el blindaje de la nave y el suyo propio, ha detectado tanto la radiación primaria procedente del espacio como la secundaria generada por la interacción de la radiación primaria con el material de la nave. Un astronauta también se expondría a ambos tipos de radiación, pero contaría con un blindaje personal diferente al del RAD que es extremadamente complejo.

Magnificent CME Erupts on the Sun - August 31

 RIESGOS

La radiación, al interaccionar con la materia viva puede originar cambios moleculares, celulares o muerte celular. En la mayoría de los casos, para bajas dosis, los cambios moleculares se reparan y el efecto de la irradiación es nulo. Sin embargo, si no se da tal reparación, el funcionalismo o la estructura de la célula se ven alterados produciéndose daño celular. En función de la naturaleza del daño originado los efectos biológicos se clasifican en probabilísticos y en deterministas.

Los efectos deterministas aparecen a partir de una dosis umbral, por encima de la cual un número muy importante de células muere o deja de dividirse. Esta pérdida supone una lesión morfológica y funcional para un tejido u órgano. En función del tiempo en el que el daño tarda en manifestarse pueden ser precoces o tardíos. La gravedad de la patología depende de la dosis recibida.

Los efectos probabilísticos, por el contrario, pueden generarse con cualquier dosis. Están asociados a transformaciones celulares que causan enfermedades, normalmente cáncer, tras un largo periodo de latencia. Afortunadamente, la probabilidad de que se produzcan estos efectos depende de la dosis y por tanto, al limitar la exposición se reduce el riesgo. Estos efectos los pueden sufrir tanto las personas irradiadas como sus descendientes. Ahora bien, los efectos hereditarios aún no han sido comprobados en humanos.

Finalmente cabe señalar el importante papel que juega la tasa de dosis (dosis/tiempo) en los efectos biológicos. Las tasas de dosis bajas permiten que se produzca la reparación de las lesiones, evitando la acumulación del daño necesario para que tenga lugar la muerte de la célula o una alteración peligrosa del ADN. Así pues, no solo debe tenerse en cuenta la dosis sino también el tiempo durante el cual se produce la exposición.

RESULTADOS

El pasado 31 de mayo, la revista Science publicó los valores de radiación detectados por el RAD durante los 253 días de travesía a Marte, desde el 6 de diciembre de 2011 hasta el 14 de julio de 2012. La conclusión que se desprende de ellos es que, con los sistemas de propulsión y protección actuales, la irradiación recibida en un trayecto de ida y vuelta se encontraría en torno al límite de dosis que las principales agencias espaciales permiten que sus astronautas reciban durante su carrera profesional.

La dosis equivalente registrada en el trayecto, una vez sumadas las diferentes contribuciones, CGR y SEP,  ha sido de unos 466 mSv, de los cuales sólo un 5% es atribuible a los SEP. Esto es debido a que una gran parte es absorbida por el blindaje y a que el ciclo solar se encontraba en un periodo de baja actividad. Esta fuerte dependencia que presenta la exposición con el periodo del ciclo solar y el  blindaje interpuesto hace evidente que la dosis del pasaje diferiría de este valor en una misión tripulada que no se desarrollase en circunstancias análogas. Aún así, los resultados son representativos de lo que se obtendría en un viaje a Marte en condiciones de baja a moderada actividad solar.

Así pues, a partir de los niveles detectados, se calcula el valor de dosis que le correspondería a la duración prevista para el futuro viaje a Marte. Según establece la NASA, el trayecto más rápido para una misión tripulada gira en torno a los 180 días. Si en ese periodo el blindaje y el ciclo solar fuesen similares a los del RAD, se esperaría recibir una radiación de unos 331 mSv correspondiente a los CGR más una pequeña contribución variable de los sucesos SEP. El viaje de vuelta doblaría el valor a 662 mSv o 0.66 Sv. A partir de este número se estudia la viabilidad de las exploraciones planetarias.

ANÁLISIS

Uno de los principios básicos de la Protección Radiológica es la limitación de dosis, cuya finalidad consiste en minimizar el riesgo de que se produzcan efectos biológicos hasta que este pueda considerarse aceptable para el personal expuesto y la población en general. Para el caso de los astronautas, las diferentes agencias espaciales han fijado valores máximos de dosis que estos no pueden superar en toda su carrera profesional. Si bien no todas las agencias presentan un mismo límite, todos ellos son muy parecidos, situándose alrededor de 1 Sv, que se estima como el valor medio de dosis acumulada, para un adulto, que incrementa en un 5% el riesgo de morir por cáncer radioinducido.

La Agencia Espacial Europea (ESA), la Agencia Espacial Canadiense o la Agencia Espacial Rusa han fijado el límite de dosis en 1 Sv, mientras que la NASA es más restrictiva. Debido a la gran incertidumbre sobre los efectos biológicos asociados a las partículas HZE, ha establecido como límite de exposición aquella dosis que corresponde a  un incremento de riesgo por cáncer radioinducido del 3%. Bajo este criterio tenemos una dosis de unos 600 a 1000 mSV para mujeres y de 800 a 1200 mSv para hombres, que se encuentren entre los 30 y 60 años y no hayan fumado nunca.

Comparando estos valores con los datos estimados para la misión, comprobamos que, en el caso de la NASA se supera el límite mínimo para las mujeres y, en las demás, está demasiado cercano al mismo. No hay que olvidar que los 0.66 Sv sólo corresponden al viaje de ida y vuelta y que también deberá sumarse la exposición a la radiación natural durante la estancia en el planeta rojo. Este dato lo proporcionará el Rover Curiosity en breve, y será crucial para poder llevar a cabo un análisis más fidedigno del riesgo. A su vez, debe tenerse presente que el cuerpo no va a responder igual a una exposición acumulada de 1 Sv a lo largo de toda la carrera profesional de un astronauta que a una irradiación de este mismo valor durante un periodo mucho más reducido.  Además, la frecuencia e intensidad de los sucesos SEP es muy variable pudiendo ser mucho mayores  en otro periodo de tiempo diferente.

Así pues, por el momento, las futuras misiones a Marte de las agencias oficiales, como la de la NASA para la década de 2030, están amenazadas. A este respecto, la experta de la Agencia Espacial Europea Alessandra Menicucci apunta en Materia que “Los 0,6 sieverts están demasiado cerca de los límites para ser considerados aceptables. La ESA nunca aceptaría este nivel de riesgo”

No sucede lo mismo con las aventuras privadas ya que, en palabras de Donald M. Hassler a Materia, principal responsable de la investigación del RAD, “Las misiones privadas no están obligadas a cumplir los límites de las agencias oficiales y por ejemplo Dennis Tito podría enviar astronautas [a Marte] sin necesidad de cumplirlas

NASA_Mars_Rover

LAS MARCIAVENTURAS

Las dos principales iniciativas privadas son Inspiration Mars y Mars One, y ninguna de las dos tiene desperdicio:

INSPIRATION MARS

El multimillonario Dennis Tito y su mujer, el día 5 de enero de 2018, iniciarán un tour alrededor de Marte que durará 501 días. La nave tendrá unos 16 metros cúbicos y el matrimonio prácticamente no podrá moverse durante  todo el viaje .

Por lo que se refiere a la radiación y a la posibilidad de que una erupción solar cause daños a los tripulantes, los responsables de la misión argumentan que en 2018 el Sol estará en un mínimo de actividad y se reducirá “al mínimo el riesgo de daños». No obstante, existen otras fuentes de radiación cósmica, frente a las que no se conocen todavía medidas eficaces de protección. Tampoco está clara la elección del tipo de cohete aunque parece que el que tiene más puntos es el cohete privado Flacon Heavy, si por aquel entonces ya se ha desarrollado.

Como respuesta al riesgo de cáncer al que estará sometiendo a sus astronautas, se limitan a comentar que “La tripulación será la que tenga que aceptar y firmar contratos en los que quede claro que tendrán más riesgo de contraer cáncer” al tiempo que añaden que cuentan con sistemas para tratar el cáncer cuando vuelvan a la Tierra. En mi opinión, creo que debería comentárseles que, desafortunadamente, la curación del cáncer no es del 100%.

MARS ONE

Mars One es un proyecto que pretende llevar a cabo la colonización televisada de Marte sin opción de retorno. Tal y como figura en su página, la interacción de la audiencia será total pudiendo decidir sobre la selección de los participantes, los preparativos del viaje y su vida en el planeta rojo. El principal financiamiento del proyecto se pretende conseguir gracias a la presencia continua en los medios de comunicación.

En la página oficial se afirma que “una misión humana a Marte inspirará a generaciones a creer que todo es posible, que todo puede lograrse” (o, en mi opinión, que todo vale). Según los organizadores, la iniciativa servirá para acelerar la comprensión de la formación del sistema solar, los orígenes de la vida y nuestro lugar en el universo.

Se echa en falta un estudio riguroso de los posibles peligros con los que pueden encontrarse los colonizadores y de las soluciones que baraja la organización. Pero, en cualquier caso, la gente no parece necesitarlo ya que más de 78000 personas han solicitado emprender el viaje sin retorno y ser grabados y controlados por los televidentes el resto de su vida.

También sorprende que las iniciativas privadas no tengan que atender a ningún tipo de legislación que les marque unos límites a la hora de poner en riesgo a personas humanas o a provocar destrozos en el planeta Marte. Hasta la fecha había personas que se compraban islas, pero permitir que adquieran un planeta entero, me parece un tanto exagerado.

EL FUTURO

Como se ha comentado, aún nos falta información para poder realizar un análisis más preciso del riesgo. “En unas semanas” según Hassler, se publicarán las niveles de dosis registrados por el RAD durante su estancia en la superficie marciana que los científicos estiman que serán alrededor de la mitad de los recibidos en el trayecto. Pero este valor no mejora demasiado las expectativas, ya que, a pesar de que la dosis de radiación natural marciana fuese baja, los niveles registrados en el viaje ya hacen necesario tomar medidas para poder permitir futuras visitas al planeta rojo.

Una de ellas podría consistir en fijar unos límites de dosis menos restrictivos, permitiendo que el riesgo de muerte supere el 5%. Este porcentaje puede parecer pequeño si se compara con la probabilidad de muerte por cáncer debida a otros agentes pero hay que tener en cuenta que las probabilidades no son independientes sino que debe sumarse el riesgo de muerte por cáncer radioinducido al que puede producirse por otras causas. El peligro, por tanto, de los futuros viajeros a Marte, que también han estado en la Tierra, aumentaría.

Por lo que se refiere a las agencias espaciales, es poco probable que tomen esta opción, pero no ocurre lo mismo con los proyectos privados que sí parecen estar por la labor. En cualquier caso, se decida lo que se decida, deberá estar bien justificado.

Otra posible acción, que ya lleva tiempo investigándose, y que resultaría mucho más favorable, es la implementación de medidas de protección radiológica basadas en dos de los factores que disminuyen la dosis por irradiación externa (fuente externa al cuerpo): el tiempo y el blindaje. La distancia siempre aparece como el tercer factor pero en este caso no es de utilidad dado que las fuentes de radiación están distribuidas por el espacio.

El estudio del blindaje es complejo (fantástico artículo de Eurekablog) ya que algunas de las radiaciones ionizantes, como los CGR son muy energéticas y al interaccionar con los blindajes pasivos actuales generan mayoritariamente neutrones que pueden ser más dañinos. Los materiales más indicados para frenarlos son el agua, el hidrogeno y el plástico, pero ni se utilizan para construir naves espaciales ni pueden detener las partículas más energéticas.  Así pues, se han tenido que investigar otras opciones y la que parece más adecuada es el uso de blindajes activos, es decir, campos magnéticos o electroestáticos. Los magnéticos desvían las partículas cargadas pero la gran intensidad necesaria requeriría potencias eléctricas muy altas. La solución recaería en el uso de superconductores de alta temperatura. Por lo que respecta a los campos electroestáticos, éstos variarían la trayectoria de las partículas por medio de extensas superficies cargadas. Ambos métodos activos están siendo investigados por el NIAC (Instituto  de Conceptos Innovadores y Avanzados ) de la NASA.

El otro factor de reducción de dosis, la disminución del tiempo de exposición, también es objeto de estudio. En palabras del experto del Instituto de Investigación Southwest, Cary Zeitlin: “lo mejor sería desarrollar sistemas de propulsión más rápidos para hacer el viaje más corto”.

A la vista de la situación actual, una cosa parece clara: queda un largo camino por recorrer en la investigación antes de preparar las maletas para ir al planeta rojo y el cuidado de la protección radiológica, no es el menor de los problemas.

 vista de marte

 REFERENCIA

‘Measurements of Energetic Particle Radiation in Transit to Mars on the Mars Science Laboratory’ DOI: 10.1126/science.1235989

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La historia del Efecto Fotoeléctrico

Micro fotografia sensor Webcam

Microfotografía del sensor de una Webcam, constituido por millones de fotocélulas de estado sólido.

El efecto fotoeléctrico cuenta con un sinfín de aplicaciones. Sirve, entre otras muchas cosas, para que no nos pillen las puertas del ascensor, para generar energía o para hacer fotografías digitales de forma incontrolada. En definitiva, pasa la prueba del “¿Y esto para qué sirve?” con summa cum laude.
Su historia es toda una aventura y para disfrutarla, viajaremos hasta finales del siglo XIX y principios del XX.
En 1864, James Clerk Maxwell consiguió el mayor logro de la física del siglo XIX: la unificación de la electricidad y el magnetismo a través de un conjunto de ecuaciones matemáticas (más tarde reducidas a cuatro) que describían el comportamiento del fenómeno que denominó electromagnetismo. Ludwig Boltzmann, tras ver la belleza de las expresiones, no pudo evitar citar a Goethe: “¿Fue acaso un Dios quien escribió estos signos?

Heinrich Hertz

Heinrich Hertz

Dos décadas más tarde, en 1887, H. Hertz aportó la corroboración experimental de la existencia de las ondas electromagnéticas. Desgraciadamente, Maxwell había muerto en noviembre del 1879, a los 42 años. En palabras de Hertz:
“Los experimentos descritos descartan, en mi opinión, cualquier duda sobre la identidad de la luz, el calor radiante y el movimiento ondulatorio electromagnético. Creo que, a partir de ahora, podremos servirnos de las ventajas que nos proporciona esta identidad tanto en el estudio de la óptica como en el de la electricidad.”
Lo más curioso es que en esos experimentos, Hertz descubrió de forma accidental el efecto fotoeléctrico que llevaría a cuestionar, precisamente, la teoría ondulatoria que él mismo daba por sentada. Experimentó “un fenómeno nuevo y completamente desconcertante”: la chispa entre dos esferas de metal se volvía más brillante, se incrementaba la descarga eléctrica, cuando una de ellas se hallaba iluminada con luz ultravioleta. Pasó varios meses investigando este efecto pero se vio incapaz de esbozar alguna teoría. Ni siquiera se conocía todavía la existencia del electrón y, por tanto, era más dificultoso poder determinar el fenómeno que se estaba produciendo. Lo que sí creyó es que se limitaba al uso de la luz ultravioleta. “Naturalmente estaría bien que fuese menos problemático – admitió Hertz -, pero tengo la esperanza de que, cuando esta confusión se resuelva, se aclararán también nuevos hechos, como si fueran más sencillos de resolver”. Desafortunadamente, Hertz también murió joven, a los 36 años, y no pudo saber que estaba en lo cierto.

En 1899, dos años después de descubrir el electrón a partir del estudio de los rayos catódicos, Thomson sostuvo que las partículas emitidas en el efecto fotoeléctrico producido por la luz ultravioleta eran electrones ya que el valor del cociente m/q (masa/carga eléctrica) medido para estas coincidía con el de los electrones. En realidad este hecho no implicaba necesariamente que lo fuesen ya que podía tratarse de partículas hasta entonces desconocidas, que contaran con el mismo valor de este cociente pero se diferenciaran en otras propiedades. No obstante, la comunidad de físicos aceptó la conclusión de Thomson e impuso la denominación de fotoelectrones, aceptando que su generación podía deberse tanto a la luz ultravioleta como a radiación de cualquier otra frecuencia.

MAXWELL, WE’VE GOT A PROBLEM

Posteriormente, en 1902, Philipp Lenard, ayudante de Hertz, llevó a cabo un estudio experimental sistemático del efecto fotoeléctrico y descubrió que también se producía al ubicar dos placas metálicas dentro de un tubo de vidrio en el que se había hecho el vacío. Al conectar cada placa a una batería y hacer incidir luz ultravioleta en una de ellas, se detectaba la presencia de corriente eléctrica debida a la emisión de fotoelectrones desde la superficie metálica iluminada. La luz ultravioleta proporciona a los electrones la energía suficiente para vencer el potencial de contacto con el metal (trabajo de extracción) y atravesar el espacio que los separa de la otra placa, completando el circuito.

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Philipp Lenard

Así pues, el dispositivo queda de la forma: dos superficies metálicas A (ánodo) y C (cátodo) contenidas en un recipiente en el que se ha hecho el vacío, un haz de luz monocromática (se generaliza el caso particular de la ultravioleta) y una ventana de cuarzo en la región de incidencia de la radiación electromagnética. Se emplea el cuarzo por mostrar menos opacidad a la radiación ultravioleta que el vidrio. La corriente fotoeléctrica se medirá con un galvanómetro G. El potencial existente entre A y C es la suma de la diferencia de potencial aplicada desde el exterior de forma controlada (pudiendo ser positiva o negativa) y, del potencial de contacto entre los metales.

circuito_fotoelectrico

Si se representa la Intensidad de corriente fotoeléctrica en función del potencial V para dos valores de intensidad luminosa incidente se obtiene:

intensidadfotoelectrico

Cuando la diferencia de potencial entre A y C es positiva se alcanza un valor de saturación Ic. Todos los electrones que abandonan C, por pequeña que sea su energía cinética, son recogidos por A. Cuando V empieza a tomar valores negativos la corriente no se anula de forma brusca como sucedería si los fotoelectrones se desprendieran del metal con energía cinética nula. En este caso, la energía cinética que han adquirido gracias a la luz incidente les permite avanzar venciendo la fuerza repulsiva generada por el potencial V hasta un valor V0 a partir del cual Ic = 0 y ningún electrón consigue llegar a A. Este valor, se conoce como potencial de frenado y es independiente de la intensidad de la radiación incidente.

e|V0| = Kmax

donde Kmax es la energía cinética de los electrones más rápidos que serán los únicos que dispondrán de energía suficiente para llegar.

Antes de 1905 se habían establecido experimentalmente tres hechos empíricos asociados al efecto fotoeléctrico que no tenían una explicación teórica satisfactoria en el marco de la concepción ondulatoria de la luz y contradecían, por tanto, la física establecida. Esto abrió la puerta a la hipótesis de Einstein y su cuanto de luz. Los fenómenos observados fueron los siguientes:

1.- La existencia de una frecuencia umbral de la luz incidente, por debajo de la cual no se observa la emisión de fotoelectrones, cualquiera que sea la intensidad de la luz y el tiempo. Superado ese umbral, los electrones se emiten con independencia de lo débil que sea el haz luminoso.
Esto contradice la teoría electromagnética, según la cual la densidad de energía (por unidad de volumen) de una onda luminosa es proporcional a su intensidad (suma de los cuadrados de los módulos de las amplitudes de los campos eléctrico y magnético correspondientes). A pesar de que la frecuencia de la luz sea muy baja, con suficiente intensidad luminosa o tiempo debería llegar un momento en el que los electrones adquiriesen la energía necesaria para escapar de los átomos. En suma, dado un tiempo suficientemente prolongado de irradiación, el efecto fotoeléctrico tendría que producirse con luz de cualquier frecuencia e intensidad.

2.- La energía de los fotoelectrones aumenta con la frecuencia de la luz incidente.
Esto nuevamente resulta incompatible con la electrodinámica de Maxwell, donde la densidad de energía de una onda luminosa no tiene relación alguna con su frecuencia. Lenard percibió la existencia de esta dependencia pero no especificó la manera en la que frecuencia y energía estaban vinculadas. Hasta que Millikan probó experimentalmente la relación lineal una década después, se plantearon diferentes relaciones entre ellas lineales como la de Einstein, cuadráticas, logarítmicas, etc…

3.- La ausencia de tiempo de retardo en la emisión de fotoelectrones, con independencia del valor de la intensidad de la luz incidente.
Según la teoría electromagnética debía existir un tiempo de retardo inversamente proporcional a la intensidad de la onda incidente. Este retraso entre el instante de incidencia de la luz y el de emisión de fotoelectrones, se debía a que para intensidades de iluminación muy bajas, los fotoelectrones requerían un cierto tiempo para adquirir la energía necesaria para abandonar el metal. Las mediciones, no obstante, mostraban que cuando la luz alcanzaba la frecuencia crítica, cualquiera que fuese su intensidad, no se producía retardo temporal alguno en la producción del efecto fotoeléctrico. En 1928, Lawrence y Beams demostraron que si existía un tiempo de retardo no podía ser superior a 3E-9 s, que era muy inferior a lo predicho por la teoría clásica.

LA SOLUCIÓN DE EINSTEIN

Einstein explicó el efecto fotoeléctrico en el artículo de 1905 “Sobre un punto de vista heurístico concerniente a la producción y transformación de la luz” (Einstein, 1905). En este, introdujo su teoría cuántica de la luz y se propuso aportar una interpretación al conjunto de fenómenos de interacción entre la radiación y la materia que la electrodinámica clásica de Maxwell y Lorentz no podía explicar de forma satisfactoria.

Albert Einstein

Albert Einstein

Einstein supuso que la energía de la luz no estaba distribuida de manera continua, como en una onda luminosa, sino de manera discreta, en cuantos indivisibles de energía E = hν (donde ν es la frecuencia). Generalizó la cuantificación energética que Planck había utilizado, en un “acto de desesperación”, para elaborar una fórmula que reprodujese el espectro de energía de la radiación del cuerpo negro. (Excelente artículo de Enrique F. Borja en Cuentos Cuánticos)

Einstein postuló que en las interacciones entre luz y materia, la energía se intercambiaba de forma localizada, mediante la absorción o emisión de un cuanto luminoso que posteriormente G.N. Lewis llamaría fotón. Para ello consideró que los cuantos al propagarse en el vacío no experimentan interacción mutua por existir gran separación entre ellos.
De hecho, ahora me parece que las observaciones de la “radiación de cuerpo negro”, fotoluminiscencia, producción de rayos catódicos por luz ultravioleta y otros grupos de fenómenos concernientes a la emisión y transformación de la luz aparecen más comprensibles bajo el supuesto de que la energía de la luz está distribuida discontinuamente en el espacio. De acuerdo con el supuesto que contemplamos aquí, en la propagación de un rayo de luz que sale de un punto la energía no está distribuida continuamente en un espacio que se vuelve más y más grande, sino que ésta consiste en un número finito de cuantos de energía localizados en puntos del espacio, los cuales se mueven sin dividirse, y sólo pueden ser absorbidos o generados como un todo.» Einstein, 1905

La introducción del concepto de cuanto al efecto fotoeléctrico permitió a Einstein formular una ecuación simple y elegante que explicaba todos los fenómenos conocidos hasta el momento y resolvía, además, las anomalías que se presentaban cuando se intentaba dar una interpretación clásica de los mismos. Su mecanismo causal microscópico, además, podía aplicarse tanto al efecto fotoeléctrico como a otros sucesos de emisión y absorción de la luz por parte de la materia.

Fotocélulas de vacío

Antiguos modelos de fotocélulas de vacío

Einstein consideraba que el efecto fotoeléctrico se produce cuando sobre la superficie metálica que hace de electrodo incide un número finito de cuantos de luz de energía hν que interaccionan con los electrones del cátodo. Cada cuanto es absorbido por un único electrón al que le transfiere toda su energía. Los electrones excitados pierden parte de esta energía en el trabajo de extracción w0 que deben realizar para escapar de las fuerzas que les mantienen ligados al metal.
Los fotoelectrones con mayor energía cinética son los que se encuentran en la superficie metálica y no pierden energía en desplazamientos interiores. Si uno de esos fotoelectrones absorbe un fotón de energía hν, su energía cinética podrá expresarse de la forma:

Kmax = hν – w0

donde Kmax no depende de la intensidad incidente puesto que cada electrón interactúa con un único cuanto.

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De la ecuación anterior se desprende que el fotoelectrón sólo puede emitirse si el cuanto de luz incidente tiene una energía superior al trabajo de extracción. Por tanto, el umbral de frecuencia del cuanto luminoso será:

ν0 = w0 /h

Con la introducción de la cuantización de la luz los resultados experimentales que eran anómalos para la electrodinámica de Maxwell podían justificarse:

1.- La existencia de un umbral en la frecuencia de la luz incidente, como se ha visto, puede interpretarse suponiendo que cada electrón absorbe un único cuanto de luz. Dado que la energía del cuanto es proporcional a su frecuencia, si ésta no supera un valor mínimo, la energía asociada no será suficiente para desprender el fotoelectrón. Esta energía mínima dependerá de la composición del cuerpo irradiado, es decir, de la energía con la que los electrones están ligados a cada sustancia.
Los cuantos de luz inciden en la capa superficial de los cuerpos y su energía cinética se convierte, al menos en parte, en energía cinética de los electrones. La representación más simple del proceso es que un cuanto de luz cede la totalidad de su energía a un único electrón. […] Un electrón del interior del cuerpo dotado de energía cinética habrá perdido una parte de su energía cinética cuando haya alcanzado la superficie. Además, se supondrá que cada electrón tiene que efectuar un trabajo w0 (característico de cada cuerpo) cuando abandona el cuerpo. Los electrones excitados que se encuentren inmediatamente sobre la superficie del cuerpo lo abandonarán con la máxima velocidad en dirección perpendicular. ” Einstein

2.- La relación de proporcionalidad entre la energía de los fotoelectrones y la frecuencia de la luz incidente, viene dada de la fórmula de Planck E = hν que predice con exactitud el valor de la energía para un valor de frecuencia dado y muestra que la energía de los cuantos no depende de la intensidad. Si se incrementa esta última habrá un mayor número de cuantos pero no variará la energía de los mismos.

3.- La ausencia de retraso temporal se entiende suponiendo que la absorción y emisión de los cuantos de luz por la materia se realiza de manera instantánea, o, al menos, que se trata de procesos que duran un tiempo característico de la escala atómica.

La teoría cuántica de la radiación por tanto, podía explicar el efecto fotoeléctrico y, en general, los procesos de emisión y absorción de la luz. Pero no tuvo una buena acogida entre los físicos, muchos de los cuales la encontraron sencillamente, absurda. La mayoría de ellos eran favorables a la concepción ondulatoria de Maxwell y recuperar la antigua idea corpuscular propuesta por Newton les parecía un regreso al pasado. Además, en su artículo original, el propio Einstein tampoco mostraba un apoyo categórico a su teoría al escribir que la luz se “comporta” como si estuviera compuesta por cuantos, no representaba precisamente un apoyo categórico a la visión cuántica de la luz. Pero Einstein era consciente de que su teoría no podía justificar fenómenos tales como la interferencia, difracción y polarización mientras que la teoría ondulatoria “se había demostrado insuperable” para la interpretación de los mismos. Admitía que su teoría del cuanto de luz, al igual que la teoría ondulatoria, también era incompleta, y debería buscarse en el futuro una teoría completa de la luz que fuera una síntesis de las teorías corpuscular y ondulatoria. En 1909 lo expresó de esta manera:
Es innegable que hay un amplio grupo de hechos concernientes a la radiación que muestran que la luz posee ciertas propiedades fundamentales que pueden comprenderse mucho mejor desde el punto de vista de la teoría de la emisión de Newton que desde el punto de vista de la teoría ondulatoria. Es mi opinión, por consiguiente, que el próximo estadio en el desarrollo de la física teórica nos traerá una teoría de la luz que pueda comprenderse como una especie de fusión de la teoría ondulatoria con la de la emisión.”

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A pesar de que no formuló ni siquiera un borrador de esta teoría unificada, conjeturó que debía ser una teoría de campos que resumió en un artículo tardío:
La combinación de la idea de un campo continuo con la de puntos materiales discontinuos en el espacio parece inconsistente. Una teoría de campos consistente requiere la continuidad de todos los elementos de la teoría, no sólo en el tiempo sino también en el espacio, y en todos los puntos del espacio. Así, la partícula material no tiene lugar como concepto fundamental en una teoría de campos. Por tanto, incluso aparte del hecho de que la gravitación no está incluida, la electrodinámica de Maxwell no puede considerarse una teoría completa. […] Dado que la teoría general de la relatividad implica la representación de la realidad física mediante un campo continuo, el concepto de partículas o puntos materiales no puede desempeñar un papel fundamental, ni tampoco el concepto de movimiento. La partícula sólo puede aparecer como una región limitada en el espacio en la cual la intensidad del campo o la densidad de energía son particularmente altas.

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Los cuantos de luz de Einstein presentaban una naturaleza híbrida, dotada al mismo tiempo de características corpusculares y ondulatorias, que dificultaba su comprensión y constituía el primer atisbo de lo que sería la dualidad onda-partícula. Contaba con características típicas de los corpúsculos materiales de la mecánica clásica como la localización puntual en el espacio y el tiempo o una trayectoria definida y con propiedades ondulatorias como la frecuencia y la consiguiente longitud de onda. El cuanto, por tanto, era demasiado peculiar como para considerar que la teoría cuántica de la luz equivalía a un retroceso a las antiguas teorías corpusculares. En realidad, la introducción de la relatividad impuso restricciones a la velocidad y a la masa de los cuantos que los distanciaba más aún de la concepción clásica: éstos deberían moverse en el vacío a la velocidad c y tener una masa inercial en reposo nula.

EXPLICACIONES ALTERNATIVAS DEL EFECTO FOTOELÉCTRICO

A parte de la incomodidad de la naturaleza mixta del cuanto, tampoco ayudó a la aceptación por parte de la comunidad científica el hecho de que las predicciones tardasen diez años en ser confirmadas empíricamente.
Por otra parte, desde 1905 se habían formulado diversas interpretaciones del efecto fotoeléctrico que trataban de explicarlo sin la introducción del concepto de cuanto. Lorentz, Thomson y Sommerfeld idearon sus teorías a partir de la modificación de la estructura de la materia, que por aquel entonces era poco conocida. El objetivo estaba claro: debían elaborar un modelo atómico tal que requiriese la existencia de una frecuencia crítica que excitase los electrones, normalmente situados dentro del núcleo, y los arrancase del átomo. Para desgracia de sus creadores, debieron ser abandonadas dada su incompatibilidad con el modelo atómico de Bohr, introducido el 1913.

Owen Willans Richardson

Owen Willans Richardson

La única explicación que permaneció en pie después de 1913 fue la de O. W. Richardson ya que era de carácter puramente macroscópico, de tipo termodinámico y no empleaba ninguna hipótesis acerca de la estructura atómica. Utilizó la ley de distribución de Wien para la radiación así como el supuesto de que el número de electrones emitidos en el efecto fotoeléctrico era proporcional a la intensidad de la luz incidente. Según su punto de vista, la ley de Planck, que también había considerado en su deducción de la ecuación de Einstein, así como el resto de conjeturas utilizadas, eran independientes de la hipótesis del cuanto de luz. Concluyó que la confirmación experimental de la ecuación de Einstein “no implicaría la aceptación de la teoría unitaria [o sea, de cuantos] de la luz”. De hecho, él mismo, en colaboración con K. T. Compton, llevó a cabo los experimentos más precisos hasta ese momento sobre el efecto fotoeléctrico, comprobando el carácter lineal de la relación entre la energía cinética de los fotoelectrones y la frecuencia de la luz incidente.

Robert Millikan

Robert Millikan

Entre 1912 y 1915, R. Millikan corroboró los resultados empíricos que se deducían a partir de la fórmula de Einstein y, a partir de ese momento, la comunidad científica aceptó que dicha ecuación estaba confirmada más allá de toda duda razonable. Sin embargo, la explicación de Einstein del efecto fotoeléctrico seguía con dificultades para ser aceptada ya que estos resultados experimentales también confirmaban las teorías rivales.
El propio Millikan rechazó la hipótesis del cuanto de luz y terminó su trabajo proponiendo una explicación alternativa basada en la teoría clásica, según la cual, los metales estaban formados por “osciladores” de todas las frecuencias que incrementaban su energía hasta un valor hν. En el momento en el que alcanzaban un valor crítico hν0, el electrón era expulsado del átomo. Su teoría, por tanto, se asemejaba más a las de Sommerfeld y Thomson que se basaban en el comportamiento de las partículas subatómicas que a la de Richardson que era estrictamente macroscópica.

El 9 de noviembre de 1922 se le concedió a Einstein el Premio Nobel de Física correspondiente al año 1921 (fantástico artículo de Pedro Fernández en Cuentos Cuánticos). Tal y como rezaba la carta del secretario de la Academia Sueca, C. Aurivillius, la decisión se había tomado “en consideración a su trabajo sobre la física teórica, y en particular por su descubrimiento de la ley del efecto fotoeléctrico, pero sin tomar en cuenta el valor que pueda ser acordado en el futuro a sus teorías de la relatividad y de la gravitación, después de que éstas sean confirmadas en el futuro”. Es decir, el premio no se le concedía por la introducción de la idea de los cuantos que contaba con muchos detractores, sinó por la formulación de la ley del efecto fotoeléctrico que había sido ampliamente confirmada. Mucho más corroborada que la teoría de la relatividad general.

Einstein en la Ceremonia de los Premios Nobel del 1922

Einstein en la Ceremonia de los Premios Nobel del 1922

Un año después, en 1923, A.H. Compton finalizó sus experimentos de dispersión de rayos X por materiales como el grafito y la parafina con resultados sorprendentes. Encontró que la frecuencia de la radiación dispersa era menor que la de la incidente. Este fenómeno resultaba incompatible con la teoría clásica de la dispersión desarrollada por J. J. Thomson en el marco de la teoría ondulatoria de la radiación, de la cual se deducía que la frecuencia de los rayos dispersados debía ser la misma que la de los rayos incidentes. Ante este panorama, Compton adoptó una explicación cuántica de los fenómenos de dispersión observados.
De manera independiente y casi simultánea, P. Debye obtuvo los mismos resultados y también los interpretó mediante la hipótesis del cuanto de luz. Curiosamente, Compton no citó a Einstein en su artículo, mientras que Debye lo reconoció como su punto de partida. Tras los experimentos de Compton y Debye la mayoría de los físicos se convencieron de que debía adoptarse una teoría cuántica de la luz fundada en las hipótesis introducidas por Einstein casi veinte años antes. El efecto Compton parecía proporcionar, al fin, una confirmación de la hipótesis del cuanto de luz completamente independiente del efecto fotoeléctrico.
Ese mismo año, además, el príncipe Louis Victor Pierre Raymond de Broglie, acabó de rizar el rizo al generalizar la dualidad onda-corpúsculo al caso de las partículas materiales, en concreto a los electrones, asignándoles una “onda asociada ficticia”.

Después de una larga reflexión en soledad y meditación, tuve súbitamente la idea, durante el año 1923, de que el descubrimiento hecho por Einstein en 1905 debería generalizarse y extenderse a todas las partículas materiales y, muy en particular, a los electrones.” De Broglie

Parecía pues, que a pesar de las reticencias que había suscitado la idea de la naturaleza mixta ondulatoria y corpuscular, esta había venido para quedarse.

BIBLIOGRAFÍA

«Física Cuántica» CARLOS SANCHEZ DEL RIO

«Física Cuántica» EISBERG RESNICK

«Einstein, profeta y hereje” LUIS NAVARRO VEGUILLAS

«‘Subtle Is The Lord…’ The Science and The Life of Albert Einstein» A. PAIS

«Historia de la física cuántica. 1. El período fundacional» J. SÁNCHEZ RON

Esta entrada es mi modesta contribución al día tuitero de #FísicaCuántica. Gracias a los impulsores Enrique F. Borja y Alberto Sicilia, y a todos los que habéis tuiteado como locos ¡lo hemos conseguido!

Publicado en Albert Einstein, Física Cuántica, Historia de la Ciencia | Etiquetado , , | 27 comentarios

Reto: #FísicaCuántica Trending Topic

fisicacuanticaLa primera vez que supe de la Física Cuántica fue a través de mi padre. Recuerdo la total incredulidad que experimenté cuando me explicó las consecuencias del experimento de la doble rendija y del efecto túnel. Era pequeña y creía que se estaba burlando de mí. Lo que contaba no podía ser cierto de ninguna de las maneras. Simplemente, no tenía sentido que las partículas supiesen que había un detector escondido después de las rendijas o que una partícula pudiese cruzar una pared. Estaba segura de que había algo que se les escapaba a los físicos y que podía justificar de una forma “lógica” todo aquello.

Una vez fui mayor y estudié cuántica en la facultad, me fascinó, era misteriosa y apasionante. Resultaba que la física no sólo servía para entender los fenómenos del universo sino que mostraba que el comportamiento del mismo era mucho más complejo, divertido e interesante de lo que podía apreciar cómo ser insignificante dentro del cosmos. En resumen y dicho de forma técnica y precisa: la física cuántica molaba.

enriquealbertoPor ello, cuando el otro día Enrique F. Borja de Cuéntos Cuánticos y Alberto Sicilia de Principio Marsupia propusieron que la #FísicaCuántica fuese Trending Topic  el 28 de mayo, pensé que sería fantástico. Es cierto que muchas veces acontecimientos o personas notables son TT, pero también lo acostumbran a ser programas infames o individuos que han dicho o han hecho alguna cosa detestable. Que fuese Trending Topic la física cuántica serviría para transmitirle a la gente lo increíble que es y, crear interés en la misma. E incluso, quizá, para dejar claro que no tiene nada que ver con curaciones o explicaciones pseudocientíficas. En cualquier caso me haría especial ilusión.

Por lo que a mí respecta, voy a entregarme a la causa y mi TL va a ser un despiporre de tuits sobre #FísicaCuántica. Pero eso no quiere decir que vaya a tuitear por tuitear. Los posts que enlace, como  siempre, serán entradas que me han parecido fabulosas. Si entré en las redes sociales fue para que la gente dejase de estar en la inopia, como lo estaba yo, y se diese cuenta de la extraordinaria oferta divulgativa que hay. Por eso, me gusta difundir y apoyar a las personas que valen de verdad con independencia de que tengan fama o no. Y ese día no será menos, recuperaré muchos artículos que creo que son muy enriquecedores para el incremento de conocimientos en Física Cuántica.  

También incluiré divertimentos ya que el sentido del humor es imprescindible en cualquier ámbito de la vida y en el de la divulgación y el aprendizaje es tan difícil como necesario.

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“Para los que amamos la física como un análisis de fenómenos muy diversos, como una trama de conexiones, como una síntesis sutil y esencial de la dinámica del mundo, como un diálogo con la naturaleza, como una disciplina del pensamiento, como una estímulo artístico y cultural, la física cuántica tienen un atractivo especialmente poderoso, por su capacidad de desbordar lo conocido y de sorprendernos con respuestas que son, a su vez, nuevas preguntas inquietantes.” (David Jou, Introducción al mundo cuántico)

¡RETO CONSEGUIDO!

sp-studioLo conseguimos, y el resultado fue mejor de lo que esperábamos. Logramos que la #FísicaCuántica fuese Trending Topic MUNDIAL y fue increíble. Lo pasé en grande con ese despiporre cuántico descontrolado y las contribuciones fueron tan buenas como variadas. Cada uno tuiteó la cuántica a su manera y eso fue lo más enriquecedor.

¡Gracias a todos los que participasteis!

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Alberto Sicilia ha escrito la siguiente reflexión sobre el evento: La Física Cuántica es Trending Topic mundial: algunas reflexiones.

Jose Enrique, miembro de «la comunidad del anillo», es decir, del CERN y divulgador en el fantástico blog La hora cero, ha hecho esta gráfica donde se ve claramente nuestra hazaña y ha escrito una entrada con los 100 tuiteros más activos: Trending topic en twitter : #FísicaCuántica

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Vera, la espía de las estrellas (II): «Lo que ves en una galaxia espiral, no es lo que hay»

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Continuación de la entrada Vera, la espía de las estrellas (I): Los misterios del cielo nocturno

A principios de 1951, Vera acababa de presentar la tesis del máster que había cursado  en Cornell en la reunión de la A.A.S. (American Astronomical Society) y había recibido un sinfín de críticas. Desde pequeña sabía que quería ser astrónoma pero los momentos que estaba viviendo hacían que a veces se sintiese insegura y se preguntase si realmente lo sería algún día.

Después de la conferencia permaneció alejada de la universidad durante seis meses y fue precisamente el A.J. (Astrophysical Journal) lo que le hizo volver. Desde su exilio voluntario se subscribió a la revista y cada vez que la recibía le saltaban las lágrimas. No se encontraba en una situación complicada, estaba casada con alguien que quería y con quien compartía sus inquietudes profesionales y personales, tenía un bebé que adoraba y residía en una bonita casa en Trumansburg. Sin embargo sentía que estaba viviendo los meses más infelices de su vida. Trató de crear, junto a su marido, un hogar agradable donde vivir con su hijo y los futuros retoños que viniesen y se trasladaron a Langley Park Apartments, una zona residencial  de Washington. Pero allí se acentuó su malestar, se dio cuenta de que nunca había contemplado la posibilidad de quedarse en casa cuidando de su hijo mientras su marido se iba a trabajar. Sentía que no tenía nada en común con sus vecinos, que no entendían que no se comportase como lo hacían las madres de los demás niños pequeños del barrio. Era una situación demasiado dura y desalentadora. Bob la conocía a la perfección y sabía lo importante que era para ella llegar a ser algún día una verdadera astrónoma. No podía permitir que siguiese viviendo un modelo de vida que no deseaba y decidió hablar con ella para convencerla de que debía regresar a la vida académica. Vera aún recuerda aquel momento, estaba sentada y tenía el ApJ (Astrophysical Journal) abierto por la ponencia de Thornton que acababa de leer «Velocidades Radiales  y masas de las Galaxias Dobles».

Un mes más tarde pasó algo tan sorprendente como emocionante que acabó de darle fuerzas para reemprender el camino que tanto esfuerzo le había costado seguir. El camino que había decidido tomar a los once años, mientras observaba las estrellas desde su cama. Recibió una llamada de George Gamow. Le pedía si podía facilitarle más información sobre el trabajo desarrollado en la tesis del Master para utilizarlo en una charla del A.P.L. (The Applied Physics Laboratory). No pudo asistir a la conferencia porque no estaba permitida la asistencia de las esposas o acompañantes debido a que era un laboratorio militar y el acceso  estaba restringido. Pero aquella llamada marcó el inicio de un fructífero diálogo telefónico con Gamow.

George Gamow

George Gamow

En febrero del 52, seis meses después de su llegada a Washington, empezó en la Universidad de Georgetown. En ese momento estaba embarazada de su segundo hijo. Si bien le hubiese gustado entrar en Princenton, allí no aceptaban a mujeres y no lo hicieron hasta el 1975. En la de George Washington, donde estaba Gamow, no contaban con la especialidad de Astronomía y sólo hubiese podido hacer Física. Aunque se veía capaz de superar las siete áreas de la física, prefería dedicar su cerebro a problemas astronómicos más que a problemas físicos. En el momento que tuvo que decirle a su madre que volvería a la universidad estaba nerviosa porque no sabía cómo se lo tomaría o si pensaría que no estaba siendo una buena madre. Fue una preocupación sin sentido dado que su madre siempre la había apoyado y siguió haciéndolo.

Para pagar las clases, que representaban una importante fracción del salario de su marido, solicitó una beca en la A.A.U.W. (American Association of University Women) pero se la negaron. La razón fue un tanto curiosa. Al final de la entrevista le dijeron que no se la iban a conceder porque ella acabaría de todas las maneras, se la diesen o no. Así que tuvieron que arreglárselas para afrontar los gastos. Y el esfuerzo económico no fue la única sorpresa, Vera desconocía en el momento de solicitar la admisión, que en Georgetown todas las clases empezaban a las seis de la tarde y se prolongaban hasta las ocho o las nueve. Eso obligó a que todos los días de clase, que eran dos o tres a la semana, Bob Rubin llevase a la madre de Vera a su casa para cuidar de los niños y condujese a su mujer a Georgetown. Las clases eran en el observatorio, que tenía un pequeño estacionamiento en un lugar bastante bonito. Mientras ella iba a clase, Bob cenaba su sándwich en el coche y después entraba y se sentaba en la biblioteca para trabajar.

Empezó a escribir la tesis justo después de su incorporación, mientras se ponía al corriente de las últimas investigaciones. Afortunadamente, en Georgetown tuvieron en cuenta su formación anterior. Dado que había estudiado mucha física en Cornell, el único requerimiento en ciencias fue la propia asignatura de  astronomía. Por lo que a humanidades se refiere, para hacer el doctorado necesitaba conocimientos de filosofía e historia. Dado que en Vassar había cursado varias asignaturas de filosofía, había satisfecho los requerimientos de esta disciplina. Por lo que se refiere a la historia, le fue convalidada por la asignatura de filosofía de la ciencia.

Universidad de Georgetown

Universidad de Georgetown

Los tiempos de postguerra eran duros, y el director de su universidad, el Padre Heyden, trataba de facilitar las cosas a aquellas personas que necesitaban un cuidado especial ofreciéndoles trabajo. En su tarea docente impartía astronomía estadística y astronomía galáctica. Otro de los padres jesuitas, el Padre Thakakera era un astrónomo solar y trabajaba para la NASA siendo uno de los primeros en determinar la constante solar. Por desgracia, murió muy joven. En aquel ambiente, Rubin sentía que estaba en el camino de convertirse en astrónoma.

Respecto a la elección del tema de la tesis del doctorado, Karl Kiess le sugirió el estudio de la estructura fina del espectro solar. Vera hubiese preferido estudiar los planetas, tal y como estaba haciendo Kiess, en lugar del espectro solar. No estaba interesada en ese tema así que se lo comentó al Padre Heyden con quien tenía mucha confianza. Le preguntó si podía pedirle a George Gamow que fuese su director de tesis. Tras la aprobación del religioso, contactó con Gamow por teléfono y este la citó en la bilioteca del DTM (Department of Terrestrial Magnetism) de la Institución Carnegie, del que hasta entonces no había oído  hablar.  Era la primavera del 52 y estaba embarazada de su hija Judy.  Después de esa primera charla, a finales de abril, la invitó a una reunión en la National Academy of Sciences y fue la primera vez que entró en ese edificio. Se quedó a comer y escuchó las charlas que se dieron. Y fue realmente emocionante.

La discusión se centró en la posible existencia de agrupaciones galácticas, si había algunas distribuciones preferentes de galaxias. A partir de esta segunda cita, se encontraron periódicamente en la biblioteca o en la casa que Gamow tenía en Chevy Chase. Allí vivió algún momento embarazoso al presenciar la tensa relación entre Gamow y su esposa.  Como tenían que alternar sus compromisos académicos con sus encuentros no podían verse con la frecuencia que hubiesen deseado y se limitaban a verse una vez al mes. En esos encuentros examinaban los avances que habían realizado sobre el tema de la tesis.

La primera ocasión en la que pudieron pasar dos largas tardes hablando durante horas sobre galaxias y estrellas fue en la universidad de verano de Michigan de 1953, y lo hicieron con Baade en el hotel del campus donde se hospedaban. Ella había solicitado una ayuda económica para asistir a aquella universidad de verano a la NSF (National Science Foundation) pero le fue denegada sin más explicaciones. Al final el matrimonio se decidió a ir a pesar del coste y sus padres se quedaron con los niños. El esfuerzo valió la pena ya que ese encuentro marcó un punto de inflexión. Allí conoció a la mayoría de los grandes astrónomos profesionales con los que ahora tiene relación. Pudo disfrutar de la exposición de una gran diversidad de temas y perspectivas que no habría podido escuchar en otras circunstancias.

George Gamow

George Gamow

George Gamow, por su parte, era realmente un fenómeno. Tenía una intuición portentosa y, si no tuvo más renombre fue, probablemente, porque era poco ortodoxo. En muchos casos no hacía el trabajo de forma detallada, sino que le venía por inspiración. Vera nunca había visto a una mente trabajar así.

El tema elegido para la tesis partió de una pregunta de Gamow. Querían estudiar la distribución espacial de las galaxias en el universo para comprobar si era uniforme o si, por el contrario, formaba agrupaciones. Para hacerlo se sirvió de los procedimientos estadísticos que ya se estaban desarrollando en la comunidad astronómica en esos momentos. La conclusión fue que existían regiones donde había una mayor agrupación de galaxias. Sin embargo, este tema no volvió a investigarse hasta el decenio de 1970, cuando se dispuso de más datos y ordenadores más potentes.

El trabajo de la tesis lo realizó íntegramente en casa durante los momentos en los que los niños dormían. Cuando estaban despiertos podían disfrutar de su madre. Su familia y sus estudios eran sus dos principales ocupaciones y no tenía tiempo para convencionalismos sociales propios de aquella zona residencial en la que cada vez le  disgustaba más vivir. Finalmente, el 1954, culminó esta dura etapa con la obtención del doctorado.

El año siguiente enseñó matemáticas y física en el Montgomery County Junior College. De 1955 a 1965 fue investigadora asociada y, más tarde, profesora adjunta de la Universidad de Georgetown. No hacía lo que realmente le gustaba en el campo de la astronomía pero fueron unos años muy provechosos. En primer lugar crió a sus cuatro hijos que, tal y como apunta, han sido sus mayores logros: David (1950), Doctor en Geología; Judith (1952), Doctora en Física; Karl (1956), Doctor en matemáticas; y Allan (1960), Doctor en Geología. En segundo lugar, mantuvo e incrementó sus conocimientos en astronomía gracias a la literatura que estudiaba para impartir sus clases, así como a través de la lectura de todos los artículos que caían en sus manos. Jamás había podido estar tan al día de los avances que tenían lugar en su campo. Sentía que estaba aprendiendo, que aprovechaba ese tiempo tan valioso para enseñar y aprender enseñando.

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En ese periodo también se mudó de la zona residencial, aprendió a conducir, impartió cursos de Astronomía en el instituto de sus hijos, trabajó en el Consejo Asesor de un programa de ciencia juvenil de la propia ciudad y en el Comité Nacional de los Derechos Humanos. Y además hizo algunos bolos académicos destacados. En 1960 asistió a un Simposium en Santa Bárbara sobre Agrupaciones Galácticas. Allí escuchó una charla de Fritz Zwicky que, en principio, no estaba anunciada en el programa. Pero  Fritz estaba muy interesado en hablar sobre las agrupaciones galácticas y eso le hizo comprender a Vera hasta que punto el tema de su tesis doctoral estaba candente. Un año más tarde fue a la Netherlands University Research, para asistir al curso de verano organizado por Jan Oort, que fue de gran importancia para ella ya que volvió a ponerla en contacto con la astronomía extragaláctica. Pudo conversar sobre las novedades y progresos que se estaban desarrollando en su campo  y se sintió feliz de haber hecho astronomía a pesar de todos los comentarios en contra que había recibido. La realización del curso había llegado a sus oídos por casualidad, cuando un jesuita alemán lo mencionó al pasar de visita por Georgetown. Baade iba a ser uno de los conferenciantes pero murió esa primavera.

En 1963, Rubin trabajó con Margaret y Geoffrey Burbidge en la Universidad de California. Ambos escuchaban sus ideas y se interesaban por lo que decía, le daban credibilidad y la hacían sentirse como una verdadera astrónoma profesional. Por aquel entonces también se convirtió en una observadora oficial (profesional) en el Kitt Peak en Arizona y también fue la primera mujer a quien se permitió realizar observaciones en el Observatorio de Palomar.

Vera Rubin en el Kitt Peak, 1970

Vera Rubin en el Kitt Peak, 1970

A su regreso a Washington, en 1965, obtuvo un puesto en el DTM (Department of Terrestrial Magnetism) de la Institución Carnegie, lugar en el que se había encontrado por primera vez con Gamow y del que hacía tiempo que quería formar parte. El ambiente era muy familiar y la falta de presión por publicar hacía que pudiese disfrutar de la libertad necesaria para seguir sus propios intereses y escoger el objeto de su investigación. Tenían almuerzos diarios y discusiones científicas. Vera se sentía totalmente satisfecha, era todo lo que deseaba, hacer astronomía allí era un verdadero placer. Tal y como le dijo en varias ocasiones a David Burstein, que estuvo con ella de 1977 a 1979 como postdoctorado, «no debes hacer astronomía por dinero o publicidad, debes hacerlo por tu propia satisfacción.»

En 1970 empezó a colaborar con Kent Ford y volvieron a sus antiguas investigaciones sobre la rotación global de las galaxias entorno a un eje central del universo. Tras llegar a resultados parecidos a los obtenidos en la tesis de su master, volvieron a encontrarse con un recibimiento poco amistoso por parte de la comunidad astronómica. Se generaron debates encendidos e incluso recibió invitaciones a abandonar esa investigación. Como tanto ella como Ford no querían tener que trabajar en ese ambiente de confrontación intensa y desagradable, decidieron centrarse en un área que les parecía menos controvertida.  Y acertaron de lleno…

Estudiarían porqué las galaxias espirales presentaban variaciones en su brillo y en su estructura. Creían que estaba relacionado con la velocidad de rotación de las estrellas respecto al centro galáctico. Vera ya había mostrado interés en el movimiento interno de las galaxias durante su estancia en la Universidad de California y, los Burbidges habían medido las velocidades de las estrellas más cercanas al eje central galáctico. Pero Vera, en su actual colaboración con Ford quería ir más allá y estudiar el comportamiento de aquellas que estaban más alejadas. Con el espectrógrafo de Ford, dotado de una gran sensibilidad, midieron la velocidad de las estrellas en las galaxias espirales en función de su distancia al centro.

Debido al efecto Doppler, la luz emitida por las estrellas que se acercan al observador o espectrógrafo aumenta su frecuencia presentando un desplazamiento al azul mientras que la emitida por las que se alejan experimenta un desplazamiento al rojo.  A través de los cambios en la frecuencia se puede calcular la velocidad orbital de las estrellas en las diferentes partes de las galaxias espirales. La primera que examinaron fue Andrómeda obteniendo resultados sorprendentes e inesperados.

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Galaxia de Andrómeda

Por aquel entonces creían que la distribución de masa en una galaxia seguía el mismo patrón que la distribución de luminosidad. Así pues, las estrellas situadas en las cercanías del centro donde existe mayor concentración de estrellas visibles y por tanto, mayor masa y mayor gravedad, girarían con mayor rapidez mientras que la velocidad disminuiría en las zonas medias llegando a su mínimo en las zonas periféricas. En las galaxias espirales, el polvo y las estrellas del disco galáctico están todos en órbita alrededor de un centro de masas común. Se mueven en respuesta a la atracción gravitatoria.

Si se imagina la galaxia como un esferoide, la atracción gravitatoria debida a la masa M residente en su centro, y un objeto de masa m, en una órbita ecuatorial a una distancia r del centro, viene dada por la ley de Newton GMm/r2 = mvr2/r y de aquí se obtiene que vr = (GM/r)-1/2 donde ves la velocidad orbital.

Si representaban la velocidad orbital en función de la distancia al centro, esperaban encontrar que esta decreciese inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la distancia. Pero lo que hallaron no fue eso. La velocidad de rotación de las estrellas de la galaxia espiral permanecía constante al aumentar la distancia al centro o bien aumentaba ligeramente al alejarse de este. Es decir, las estrellas más lejanas al centro, en las regiones escasamente pobladas, se estaban moviendo tan rápido como las más cercanas.

En un primer momento pensaron que la galaxia de Andrómeda presentaba algún comportamiento anómalo, así que estudiaron unas sesenta galaxias espirales más y obtuvieron resultados análogos. Vera concluyó que  «Lo que ves en una galaxia espiral, no es lo que hay». Parecía que la disminución de la masa luminosa con la distancia al centro quedaba compensada por un aumento de una masa no luminosa de la que había aproximadamente 10 veces más.

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Cúmulo de Coma

Tras el asombro inicial, Rubin recordó que ya había evidencias anteriores de una masa invisible en el universo. Como estudiante de postgrado aprendió que hacia el 1933 Fritz Zwicky y Sinclair Smith, del Instituto de Tecnología de California, descubrieron que en algunos cúmulos como el de Coma, algunas galaxias se movían a una velocidad tal que su atracción gravitatoria mutua era insuficiente para evitar la desintegración del cúmulo. De ello se desprendía que o bien la agrupación galáctica se estaba desintegrando o bien había algún tipo de materia no visible que la mantenía unida. Dado que los datos apuntaban a favor de una configuración estable de los agregados galácticos, se empezó a hablar de la existencia de una “masa perdida”. Bueno, pues parecía que perdida no estaba, simplemente no se podía ver.

En la reunión de la Sociedad Estadounidense de Astronomía de 1975, Vera y Kent anunciaron a toda la comunidad científica sus hallazgos sobre el giro anómalo de las velocidades de las estrellas en las galaxias espirales. Ello podía deberse a que la ley de la gravedad no se aplicara universalmente o a la existencia de una masa no visible, «materia oscura».  Como podía esperarse, en un primer momento los científicos se mostraron reacios a aceptar esta conclusión. Pero las observaciones eran tan claras y la interpretación tan sencilla que pronto se dieron cuenta de que Rubin tenía que estar en lo cierto. Poco tiempo después aparecieron trabajos que lo corroboraron.

Desde 1978 Vera y su equipo estudiaron más de 200 galaxias y estimaron que aproximadamente el 90% de la materia del Universo es esta materia «oscura», no visible pero detectable por el efecto gravitacional que produce. En un artículo publicado en el Scientific American Rubin afirmó que «Esta materia oscura es tan importante para nuestra comprensión del tamaño, forma y destino final del universo que su búsqueda probablemente dominará la Astronomía en las próximas décadas»; y en Discover explicó que «Con más del 90% de la materia del universo para jugar con ella, ni siquiera el cielo será el límite».

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Curvas de rotación para galaxias espirales

Estaba en lo cierto, la materia oscura sigue siendo uno de los misterios más atractivos de la actualidad. Aparte de los resultados obtenidos por Rubin, también ha habido otras evidencias de su existencia como el Cúmulo Bala , o el fenómeno de la lente gravitatoria en zonas donde no hay estrellas. Hay varios candidatos a materia oscura más allá del modelo estándar. En el modelo supersimétrico las partículas WIMP son unas candidatas muy bien posicionadas que cumplen con las características necesarias para ser materia oscura. Sin embargo aún no hay evidencias experimentales de la existencia de supersimetría.

Vera precisó en alguna ocasión que ella no descubrió la materia oscura, que se limitó a observar que las galaxias giraban de una manera totalmente inesperada según las leyes de Newton y Kepler, que esto se interpretó como la primera evidencia de que la materia oscura existía, y continúa siendo la hipótesis más factible, pero que también podría ser que arrastrásemos un error fundamental en las ecuaciones que utilizamos para describir el movimiento de los cuerpos celeste. Las teorías  alternativas que por el momento se han hecho para justificar las consecuencias o pruebas de la materia oscura sin la necesidad de incluirla, por el momento son incompletas: MOND (Modified Newtonian Dynamics) trató de aportar una alternativa dinámica y la de Gravedad Conforme trató de establecer una teoría gravitatoria alternativa.

En su continua exploración del cosmos, Vera descubrió en 1992 la NGC 4550 en la cual la mitad de las estrellas del disco están orbitando alrededor del centro en una dirección y la otra mitad en la dirección opuesta, con ambos sistemas entremezclados. En un principio pensó que el resultado podía ser debido a la fusión de dos galaxias girando en direcciones opuestas. Pero desde entonces, encontró otros casos que también presentan este extraño comportamiento. Más recientemente, su equipo había observado que la mitad de las galaxias del gran cúmulo de Virgo muestran signos de perturbaciones debidas a los efectos gravitacionales provocados por galaxias cercanas. Quedan demasiados misterios por resolver para dejar de mirar al cielo.

Vera, vio reconocidos sus logros en diversas ocasiones. En 1981 fue elegida miembro de la National Academy of Sciences y en su discurso declaró que «La fama es efímera. Mis números significan más para mí que mi nombre. El mayor elogio será que los astrónomos, a partir de ahora, sigan utilizando mis datos durante años»En 1993 recibió la National Medal of Science y en el 2008 le concedieron el Richtmyer Memorial Award. El 18 de enero de ese año murió Robert, y Vera, con el fin de honrar a su marido, donó una importante cantidad del premio  al Center of History of Physics del American Institute of Physics del que este había sido colaborador.  Bob siempre había manifestado pasión por la historia de la física.

Bob Rubin

Bob Rubin

A lo largo de su carrera, Vera tuvo que luchar para ganarse la credibilidad como astrónoma y por ello, siempre trató de ayudar y animar a los jóvenes a seguir sus sueños de investigar el universo. Así mismo, también se acercó a los niños a través de un libro titulado Mi abuela es astrónoma, para que sintieran la felicidad que ella experimentaba contemplando el cielo nocturno.

Vera, nunca buscó prestigio ni aclamaciones. Hasta su muerte el 25 de diciembre de 2016, su objetivo siempre fue la satisfacción personal que se deriva de los descubrimientos científicos. «Hemos podido mirar el interior de un mundo nuevo, y hemos visto que es más misterioso y más complejo de lo que imaginábamos. Todavía hay secretos ocultos esperando ser descubiertos en un futuro por científicos aventureros. Y eso es lo que me gusta».

Vera Rubin

PARA SABER MÁS SOBRE LA MATERIA OSCURA

Enrique F. Borja en Cuentos Cuánticos: Materia oscura (I y II)

Pedro J. Hernández en Ecos del futuro: Materia oscura ; MACHOs y exoplanetas ; Neutrinos ; Galaxias y neutrinos ; ¿Detectada la materia oscura? ; La gravedad bajo sospecha 

Astrofísica con sal y pimienta: Explicando la materia oscura a un estudiante de derecho (o a cualquiera que no sea astrofísico)(I y II)

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Vera, la espía de las estrellas (I): Los misterios del cielo nocturno

Vera Cooper Rubin '48

Tan pronto como me interesé en la astronomía decidí que eso era lo que haría durante el resto de mi vida. Pero no sólo era la astronomía, era la maravilla de todo. Pensaba cómo se podía vivir en la tierra y no querer estudiar todas esas cosas. Al empezar todo parecía misterioso y quería descubrirlo, no entendía como podía estar rodeada de todas esas cosas sin conocerlas.

Vera Cooper Rubin nació en 1928 en Filadelfia (Pensilvania) y desde pequeña supo que no quería vivir rodeada de misterios sin tratar de descubrirlos. Decidió dedicar su vida a investigar los secretos del universo.

Su padre, Pesach Kobchefski nació en Vilma en 1898, pero a los siete años se trasladó a Gloversville. Más tarde, en Filadelfia, estudió ingeniería electrónica convirtiéndose en el primer universitario de su familia. Philip, como se llamaría en América, poseía una gran inteligencia y ya desde pequeño mostró un talento especial para las matemáticas. Su madre, Rose Applebaum, nació dos años más tarde y se graduó en el instituto William Penn de Filadelfia, hacia el 1918. Hizo clases de canto desde pequeña, pero después de casarse dejó de cantar de forma profesional y limitó la expresión de su arte al coro del templo. Hacia el 1920, conoció a su futuro marido mientras trabajaba en la Bell Telephone Company. Después de contraer matrimonio, compraron una casa en Mount Airy y tuvieron dos hijas. Vera era la pequeña, su hermana Ruth Cooper Burg, dos años mayor, también manifestó un gran interés por la ciencia a temprana edad pero acabó estudiando derecho.

A pesar de criarse en los tiempos de la “Gran Depresión” los recuerdos de la infancia de Vera son muy felices. Sus padres estaban muy unidos y sentían verdadera devoción por sus hijas a quienes siempre ofrecían apoyo. Sin embargo, su padre vivió esa época de una forma diferente y, muchos años después, la recordaba como una pesadilla. En la Bell Telephone Company se aburría, no se sentía útil y se lo comunicó a su jefe. Dada la valía del trabajador, le dijeron que planeaban enviarle a un laboratorio que se iba a construir y que se convertiría en el Bell Labs. Pero Philip era demasiado impaciente para esperar, así que hacia el 1933 dejó la compañía. Trató de entrar en un negocio de lavandería con su cuñado pero no le reportaba ingresos suficientes para afrontar los gastos de la casa. Así que se fueron a vivir con sus abuelos al oeste de Filadelfia. En el 38, la situación laboral mejoró y, tras varios empleos, solicitó un trabajo en la administración pública, en el Departamento de Agricultura de Washington.

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Y fue precisamente en Washington donde Vera descubrió el cielo nocturno. En su nueva casa adosada compartía la habitación con su hermana. Pero, siendo como eran dos personitas de mucho carácter, decidieron dividir el territorio y trazar una línea imaginaria que no podían cruzar. La mitad del dormitorio de Vera tenía la cama al lado de un gran ventanal orientado al norte. Por la noche podía contemplar las estrellas, su rotación alrededor del polo. La niña de once años se enamoró de la astronomía y tomó la firme resolución de dedicarse a ella toda su vida. No podía abrir la luz para anotar sus observaciones ya que hubiese despertado a Ruth y se hubiese llevado la consiguiente reprimenda por parte de sus padres, pero si veía meteoritos se mantenía despierta toda la noche y memorizaba sus movimientos para dibujarlos a la mañana siguiente. Durante esos días pudo contemplar, en varias ocasiones, impresionantes auroras así como un alineamiento planetario. Quería saber más, así que empezó a sacar libros de la biblioteca. Paralelamente, unos amigos de sus padres la llevaban, junto a su hermana, a Virginia para observar las estrellas. Y fueron ellos los primeros a nombrarle las constelaciones.

Con ayuda de su padre, construyó un telescopio con un objetivo de dos pulgadas de diámetro que hizo más atractiva su época escolar. Fotografiaba las estrellas. Las redacciones versaban sobre telescopios reflectantes y refractantes. No podía aburrirse teniendo algo tan interesante en lo que fijar su atención. Hacia los catorce años empezó a ir al D.C, Amateur Astronomer Club, una vez al mes acompañada por Philip, que no creía adecuado que su hija fuese sola. Allí, escuchó por primera vez a astrónomos como Harlow Shapley y a Donald Menzel.

Su amor por la astronomía no era resultado de una atracción general por la ciencia que hubiese podido heredar de su padre. En realidad, sólo había otra disciplina científica por la que tenía verdadera adoración: las matemáticas. Después de trasladarse a Washington, volvían con frecuencia a Filadelfia para visitar a la familia y, durante las cuatro horas que duraba el trayecto, su padre les proponía enigmas matemáticos. Entre acertijo y acertijo, Vera jugaba con los números de las matrículas de los coches, aprendiendo, sin saberlo, combinatoria de forma autodidacta. Como resultado de esta afición a las ciencias exactas, su padre trató de convencerla para que eligiese este camino y se hiciese matemática ya que ceía que no podría ganarse la vida como astrónoma.

Coolidge High School

Coolidge High School

En el Coolidge High School tuvo a su mejor profesor, Lee D. Gilbert. Impartía matemáticas y siempre incitaba a sus alumnos a pensar por sí mismos. En ocasiones, les proponía problemas que aún no les había enseñado a resolver, con el fin de que empezasen a plantearse la posible respuesta. Por el contrario, no tuvo demasiada suerte con los profesores de ciencias. Vera reconoce que tuvo parte de culpa ya que, a diferencia de su hermana, era terriblemente independiente. En la clase de física se sentía totalmente fuera de lugar, parecía un club de grandes machos entre los cuales una mujer pintaba muy poco. Ella tenía un fuerte sentimiento de justicia e imparcialidad y ese comportamiento le resultaba incomprensible. Las prácticas de laboratorio eran una pesadilla. No lograba entablar comunicación con el profesor, quien nunca habló con ella lo suficiente para saber que estaba interesada en la astronomía. El día que le concedieron la beca a la prestigiosa Universidad femenina de Vassar, tropezó con él por los pasillos del instituto y se lo contó. Era la primera vez que intercambiaban una palabra fuera de clase. Y sería la última. Su amable respuesta fue: “Mientras permanezcas alejada de la ciencia, todo irá bien”.

A modo de anécdota, decir que, aparte de la Universidad de Vassar, también había cursado solicitud para las universidades de Pensylvania y de Swarthmore. La responsable de admisiones de esta última no se la tomó en serio en ningún momento de la entrevista y le aconsejó que, dado que quería dedicarse a la astronomía y le gustaba pintar, considerase desarrollar una carrera profesional como pintora de escenas astronómicas.

Por lo que a la religión se refiere, la vivían más como una tradición familiar que como una práctica ligada a la asistencia a la sinagoga. En el instituto no experimentó antisemitismo pero sí había una fuerte segregación religiosa. Todos los chicos con los que salió eran judíos y Ruth, a diferencia de ella, pertenecía a una hermandad judía. Para Vera no podía contemplarse dicha opción ya que por encima de todo necesitaba sentirse libre. Sabía que en algunas cosas era diferente, que le divertían cosas que no parecían gustarles a los demás. Prefería quedarse en casa leyendo o haciendo otras actividades que no salir al cine o a tomar algo. Pero no recibió crítica alguna por ese comportamiento. Sus compañeros eran suficientemente inteligentes como para entender su pasión por la astronomía.

Hacia el 1940 su padre empezó a trabajar en la Marina y permaneció allí durante toda la guerra. Eran tiempos difíciles en los que todo parecía cambiar a su alrededor. Los amigos de su hermana, que por aquel entonces tenían dieciocho años, se estaban alistando. Para conseguir algo de dinero trabajó todos los días festivos y las vacaciones veraniegas en la oficina del Servicio Selectivo del General Hershey. Lo detestaba, pasó allí las peores horas de su vida. No paraba de mirar el reloj y no sentía interés alguno por lo que hacía. Su madre era consciente de lo mucho que le desagradaba ese empleo pero pensaba que era importante que experimentase lo que significa tener que hacer algo que no te gusta. Tomaba el autobús con su padre para dirigirse al suplicio, y recuerda perfectamente la mañana del seis de agosto del 1945. Tenía diecisiete años y leyó en los periódicos la noticia de la explosión de la bomba atómica. Fue el recuerdo más dramático de esa etapa.

Vassar College

Vassar College

Durante el periodo bélico la Universidad de Vassar había elaborado un plan de estudios de tres años y, en septiembre de 1945, lo mantuvieron al tiempo que recuperaron el antiguo plan de cuatro años. Los alumnos podían elegir entre los dos y Vera se decantó por el más corto. La beca que le habían concedido no cubría todo el importe de la matrícula por lo que, en el segundo trimestre, entró a trabajar como ayudante en el departamento de astronomía. Trataba de limitar sus gastos lo máximo posible de manera que no representase una carga para la familia que ya contaba con otra hermana en la universidad. La austeridad también limitaba sus desplazamientos y no hacía viables las visitas a casa. No obstante, se sentía afortunada: el entorno era maravilloso, aprendía astronomía, tenía comida suficiente y un poco de dinero para ir tirando. No necesitaba más.

El primer año conoció a una astrónoma profesional, Maud Makemson que le dio tres clases semanales y un crédito adicional de  Historia de la astronomía que resultó ser muy inspirador. Fue un curso técnico, en el que por primera vez, utilizó un telescopio en las prácticas del laboratorio de ciencias. Los resultados de las observaciones no los anotaba en el cuaderno de primer año, sino que los dibujaba en sus propias hojas.

Maud Makemson

Maud Makemson

Cuando entró en la universidad sus padres vendieron la casa y se mudaron a unos apartamentos en Trenton Terrace, que estaban cerca del laboratorio de investigación de la Marina. Dado que Vera necesitaba dinero, su padre le consiguió un empleó allí, donde trabajó durante tres veranos. El primero de ellos fue un poco distinto porque estuvo en un grupo de pruebas psicológicas estudiando respuestas rápidas a situaciones de emergencia. Los dos siguientes, trabajó en el laboratorio de óptica de  Richard Tousey, lo cual le resultó más interesante. Lo más curioso de trabajar en un laboratorio militar era que participaban en una pequeña parte de un proyecto que desconocían.

En el segundo año de carrera, Maud Makemson tuvo un año sabático y apareció una profesora llamada Mrs. Singer. Esto hizo que Vera, no sintiéndose cohibida por alguien de la talla de Makemson, diese rienda suelta a su espíritu investigador. Experimentó con el telescopio de 15 pulgadas y con el espectroheliógrafo. Con la ayuda de un amigo, pasó las tardes observando y fotografiando el cielo. No tenía otro objetivo que sentir que hacía de astrónoma. Respecto a las demás asignaturas, se vio obligada a hacer física. Después de la experiencia desastrosa vivida en el instituto, había decidió escaquearse de esta asignatura el primer año pero el segundo ya no fue posible hacerlo. Afortunadamente, el curso resultó muy satisfactorio ya que dieron especial relevancia a la óptica, que era el campo de la física que más le interesaba. Además tuvo la suerte de compartir clase y experimentos con alumnas que habían elegido la especialidad de física y transmitían su pasión por la misma. Este grupo organizaba seminarios una vez al año y, en una ocasión, acudió un joven de unos veinticuatro años llamado Richard Feynman. Todas se quedaron prendadas del conferenciante. Sabían que había muerto su mujer y veían a Feynman como a una especie de héroe romántico. Algunas de las estudiantes le conocían pero ella no se atrevió a decirle una palabra en todo el fin de semana.

El verano del 47 fue movido. Sus padres habían conocido a los progenitores de un joven universitario y decidieron presentarlos. Durante la cena, Vera supo que Bob Rubin iba a Cornell y, lo más importante, que le había dado clases el propio Richard Feynman. Esto último le hizo subir muchos puntos al muchacho, dándole un atractivo especial. Desde el principio se mostraron interesados el uno por el otro. Pero tras finalizar el verano retomaron sus respectivos caminos. Ella volvió a Vassar para cursar su último año y él continuó sus estudios en Cornell. Bob había tenido una carrera accidentada por culpa de la guerra y ahora debía tratar de conseguir un currículum mínimamente normal de químico-físico. Una vez en sus destinos universitarios, pudieron verse en numerosas ocasiones. Ninguno de los dos tenía coche pero se las arreglaban para encontrar algún conductor voluntarioso que les acercase. Sobre el mes de noviembre, escribieron una carta a sus padres comunicándoles que querían casarse a finales de verano. Los susodichos no pudieron quejarse puesto que habían propiciado el encuentro.

Robert Rubin

Robert Rubin

Por lo que se refiere al aspecto académico, el tercer año fue complicado. Maud Makemson había vuelto y mantuvieron una relación muy tensa. Para la astrónoma Vera no se tomaba el estudio demasiado en serio y estaba segura de que una vez casada, dejaría atrás la astronomía. Creía que no se aplicaba lo suficiente, que no se esforzaba como lo hubiese hecho en el caso de no haber aparecido Bob. De las dos asignaturas que cursó con ella, en una no tuvo problemas porque compartía el aula con más gente, pero en la otra, en la que era la única estudiante, vivió un infierno. El momento más tenso de la relación entre ambas se dio en el examen final de carrera, cuando la profesora tuvo que reconocer que se había equivocado en el enunciado de uno de los ejercicios. Vera, que había hecho bien el resto de problemas, se graduó. Afortunadamente, la historia entre ambas tuvo un final feliz, y con el tiempo llegaron a ser grandes amigas.

El siguiente paso que debía realizar para llegar a ser astrónoma era hacer el máster. En un principio, había solicitado la beca para ir a Harvard pero las circunstancias personales hicieron que se decidiese por Cornell donde estudiaba Bob. Cuando comunicó su cambio de opinión a Donald Menzel de Harvard, este acabó su carta de respuesta escribiendo que “este es el problema con las mujeres. Cada vez que tengo una realmente buena, lo deja para casarse.” Entonces había mucha diferencia entre la enseñanza de astronomía que se impartía en Harward y la de Cornell pero Vera era optimista por naturaleza y no creyó que estuviese disminuyendo sus posibilidades de dedicarse a la astronomía en un futuro.

En Cornell el departamento de astronomía estaba situado en un cobertizo de madera detrás del edificio de física. El recibimiento por parte de William Shaw fue antológico. Le dijo que buscase algo más que hacer ya que no había trabajos en astronomía, había muy pocos observatorios y no se necesitaban astrónomos. No era algo personal, Shaw estaba perpetuamente a la defensiva y creía que todo el mundo pretendía engañarle. Vera no tuvo más remedio que acostumbrarse a su carácter ya que le tocó ser su ayudante en el curso elemental de astronomía. Y, para más inri, ello le suponía además, tener que perderse algunas clases fundamentales de su primer año de física como la dinámica clásica. Cuando Feynman supo del problema del solapamiento horario, habló con ella y le recomendó que cursase su asignatura de electrodinámica cuántica. Para alguien que no contaba con un gran bagaje en física resultó un tanto drástico empezar directamente con esta asignatura pero, por fortuna, la gran capacidad didáctica del Profesor Feynman hizo que pudiese superarla con éxito. Y es que, si algo tenía Cornell, era un departamento de física potente. Vera tuvo el privilegio de tener profesores como H. Bethe, P. Morrison y el citado R. Feynman. Puede que si no hubiese tenido tan claro qué quería hacer, se hubiese visto tentada a cambiar de especialidad. Pero la elección estaba tomada y en astronomía también contó con una personalidad destacada como la astrónoma Martha Sathr (posteriormente Martha Carpenter), con quien estudió las ecuaciones de astronomía esférica y la dinámica de las galaxias.

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Realizó el trabajo para la tesis del master en la primavera de 1950 y suscitó mucha controversia. Se planteó la posibilidad de que el universo experimentase un movimiento de rotación alrededor de un eje central y no se limitase a expandirse a partir de un punto, tal y como postulaba la teoría del Big Bang. Esta premisa podía ser fruto de la lectura de un artículo especulativo de George Gamow, publicado en la revista Nature, que llevaba por título: “Rotating Universe?” (¿Universo rotatorio?). Lo que ella no sabía es que Gamow estaba sólo en ese tema, e incluso en el propio artículo reconocía que la idea podía parecer una fantasía a primera vista.

Para llevar a cabo el estudio, Vera recopiló los datos  de las 108 galaxias para las cuales los astrónomos habían conseguido medir el desplazamiento al rojo (efecto Doppler, que experimenta la luz cuando la fuente emisora se aleja del receptor). Separó la contribución de la velocidad debida al movimiento de expansión del universo y representó las velocidades residuales en una esfera. Buscaba únicamente si aquel movimiento residual presentaba alguna peculiaridad y encontró que las galaxias espirales parecían viajar más rápidamente en una dirección que en la otra.

Como podía esperarse, Shaw no se mostró satisfecho con la tesis y le comentó que el trabajo estaba hecho de un modo bastante descuidado y que ello se debía a que no prestaba suficiente atención a los detalles. También le comentó que los resultados podían presentarse en la reunión de la A.A.S. (American Astronomical Society) que se celebraría aquel diciembre en Haverford, y que, dado que Vera no era miembro y que por aquel entonces acabaría de tener el niño, lo presentaría él a su nombre. Por supuesto, Vera rechazó tan generoso ofrecimiento y le aseguró que podría ir y presentarlo ella misma. 

Cornell College

Cornell College

En principio debía hacer los exámenes orales del master en junio de 1950 con un tribunal compuesto por los profesores Shaw, Feynman y Stahr, pero Feynman desapareció de Cornell una semana antes de la prueba sin decírselo y sin una razón aparente para ello. Así que el examen oral se aplazó hasta octubre y se eligió al profesor Philip Morrison como nuevo miembro del tribunal.

Llegó diciembre. Su hijo David, que tenía que nacer en octubre, vino al mundo el 28 de noviembre y su residencia en Ithaca estaba lejos de Haverford. Los padres de Vera fueron a buscarlos y les condujeron a Haverford. Nevaba y el viaje fue muy duro. Se había preparado la charla, que tituló “Rotación del Universo”, con sumo cuidado, memorizando palabra por palabra. No había consultado el programa y desconocía quien hablaría antes de su intervención. Llegado el momento, realizó su presentación y, una vez finalizada, se sucedieron las críticas. Vera no conocía a ninguna de las personas que se ponían en pie para expresar que el punto de partida era extraño, los datos pobres y la conclusión poco convincente. Finalmente, el astrónomo Martin Schwarzschild puso fin a la agria discusión expresando en voz alta que el tema resultaba muy interesante y que debería tenerse en cuenta. A continuación el moderador anunció la pausa para el café. Y Vera ya tuvo bastante. Para ella, la reunión había concluido.

Sabía que su artículo no era extraordinario ya que, después de todo, se trataba de la tesis de un máster. Pero creía que había tomado los datos con sumo cuidado y que sus resultados merecían mayor consideración. Además, pensaba que había hecho una buena exposición de los mismos. Lo que desconocía y supo tiempo después es que cuando sometieron su artículo a la acción del Consejo, hubo una fuerte discusión sobre si permitían o no que fuese presentado. Así pues, antes de empezar a hablar ya la estaban “esperando”. Por lo que se refiere a Schwarzschild, fue de gran ayuda y le escribió unos seis meses más tarde de la reunión, para decirle que había oído que estaba teniendo dificultades para conseguir que se publicase el documento y que la ayudaría presentándolo como una comunicación. El documento fue rechazado por el ApJ (Astrophysical Journal) y el AJ.

Martin Schwarzschild

Martin Schwarzschild

La conferencia fue tan sonada que al día siguiente su intervención fue primera página de muchos periódicos, incluyendo el Washington Post que la publicó bajo el titular: “Joven madre encuentra el centro de la creación o algo parecido”. Cincuenta años más tarde, cuando consiguió la Medalla de la Ciencia, unos amigos suyos holandeses, publicaron en un pequeño periódico “Abuela mayor consigue la medalla de la Ciencia” y se la enviaron como felicitación. Lo único positivo que encontró Vera en aparecer en el diario fue que algunos astrónomos sabrían quien era, o para ser exactos, quien era “Vera Hubin”, que fue como la bautizaron.

Afortunadamente este acontecimiento no debilitó lo que sentía por la astronomía, pero la situación en la que se encontraba, le llevó a preguntarse en repetidas ocasiones si llegaría a ser astrónoma alguna vez. Ya no estaba en el Departamento de la universidad y los siguientes meses los pasaría cuidando de su hijo y haciendo mudanzas. Sería un tiempo difícil en el que se daría cuenta hasta qué punto echaba de menos la astronomía.

Pero eso lo veremos en el siguiente capítulo… Vera, la espía de las estrellas (II): «Lo que ves en una galaxia espiral, no es lo que hay»

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Mateaventúrate hasta el infinito y más allá

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A Salvador y Ventura, por inspirar el proyecto.

A Clara y Raquel, por todo.

Esto no es una reseña, es una clara recomendación porque no quiero que os perdáis esta gran aventura, bueno, para ser exactos, esta gran mateaventura. La diversión y el aprendizaje están asegurados. Con independencia de la edad que tengáis y de lo que os gusten o disgusten las matemáticas, disfrutaréis del libro y estableceréis una nueva relación con esta disciplina.

Puede que alguno de vosotros os mostréis más reacios a comprarlo porque odiabais las matemáticas y os aburríais soberanamente en clase. Incluso es posible que tengáis la sensación de contar con el famoso gen antimates que imposibilita su comprensión. Pamplinas. No volváis a pensar nunca más que “no se os dan” las matemáticas porque todo el mundo puede entenderlas si se explican con claridad. “Hasta el infinito y más allá” es un buen ejemplo de ello.

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En este viaje descubriréis la verdadera esencia de las matemáticas y conoceréis sus conceptos fundamentales de forma amena y entretenida. Las diferentes ideas que se presentan se enmarcan en un contexto cotidiano, lo que demuestra hasta qué punto forman parte de nuestra vida y es importante disponer de una cultura básica de las mismas y vencer el anumerismo.

Mati  era la protagonista de dos blogs magníficos:   Mati y sus mateaventuras y Mati, una profesora muy particular.  Desgraciadamente, por diferentes motivos, no podemos seguir disfrutando de ellos pero ahora Mati ha pasado a ocupar territorio Naukas y allí ha estrenado un nuevo blog que debéis visitar sin falta. Estoy segura de que, si todavía no lo hacéis, lo seguiréis después de leer el libro. Para aquellos que ya sois adictos a las mateaventuras blogueras, debéis saber que “Hasta el infitinto y más allá” no es una mera recopilación de las entradas del blog. Se trata de una cuidadosa revisión y selección de material cuyo resultado es un texto sólido y bien estructurado que se completa con nuevos contenidos y dibujos. A lo largo de sus 14 entradas, divididas en seis capítulos, se despliegan las diversas ramas de las matemáticas lográndose una visión global de esta ciencia. Los temas son tan variados como imprescindibles: el concepto abstracto y fascinante de infinito, los diferentes conjuntos de números, el sistema binario, las escalas de temperatura y de terremotos (¡gracias Mati!), la probabilidad, los porcentajes, el interés simple y compuesto, el número de oro, el código de César, la sucesión de Fibonacci, los fractales, la teoría de los cuatro colores, los diagramas de Voronoi, la teoría de grafos… Y todos ellos se presentan en escenarios tan cercanos y familiares como la ornamentación del Park Güell, las rebajas, las cuentas bancarias, los laberintos, las investigaciones detectivescas, los puentes de una ciudad, los mapas, la lotería, los ordenadores… En fin, el libro no hace otra cosa que permitirnos conocer mejor el mundo en el que vivimos.

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Los protagonistas de los cuentos constituyen un pilar fundamental en las mateaventuras ya que seducen al lector al instante. Los principales compinches son dos hermanos con tanta inteligencia como desparpajo, que formulan todas las preguntas que pueden surgirnos y realizan comentarios ocurrentes que no tienen desperdicio: “Pero dime la verdad, esto del infinito os lo inventasteis los matemáticos porque estabais cansados de contar, ¿verdad?”. Mati, la protagonista de la historia, aparece cuando las mates necesitan entrar en acción. Nunca explica los conceptos a palo seco sino que, mediante una historia, logra que Sal y Ven entiendan de dónde vienen las cosas y las razonen. Finalmente, el personaje que pone la guinda al elenco es Gauss, una mascota singular donde las haya, independiente y capaz de arrancarnos siempre una sonrisa. En cada cuento, nos sentimos uno más de la pandilla de Mati, Sal, Ven y Gauss.

Y la pregunta es ¿quiénes han creado este universo matemático tan especial? Pues la respuesta, la historia de la creación de Mati, también parece un cuento. Así que, con vuestro permiso…

Clara Grima

Clara Grima

Érase una vez dos niños, Salvador y Ventura, con mucho salero y una capacidad inmensa de cuestionárselo todo. Necesitaban respuestas razonadas muy alejadas de los “porque sí” que tantas veces se escuchan. Por ello, su madre Clara Grima (@ClaraGrima), doctora en matemáticas y profesora en el Departamento de Matemática Aplicada de la Universidad de Sevilla, empezó a saciar la curiosidad de los pequeños a través de una nueva forma de explicar matemáticas, sencilla y atractiva, mediante historias.

Mientras tanto, en tierras catalanas, la licenciada en filología inglesa, ilustradora y pintora Raquel Garcia Ulldemolins (@RaquelBerryFinn), que cuenta con un don especial para dibujar las situaciones más divertidas del mundo infantil, se había quedado prendada del ingenio de las frases de Salvador y Ventura. Quería que formasen parte de las expresiones recopiladas para sus Canallades. Mamen, una amiga de ambas, le había mostrado las perlas de los hermanos.

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Raquel Garcia Ulldemolins

Al final, como en las mejores historias, Clara y Raquel se conocieron y, como era de esperar, sintonizaron a la perfección y decidieron crear a Mati. Clara pondría su inventiva y talento para convertir las matemáticas en cuento y Raquel su arte personal e inconfundible para hacer del cuento un universo con chispa y encanto, un lugar que os está esperando…

Ahora sólo falta que os atreváis a entrar en él:

“Seguir a Gauss es siempre el principio de una gran aventura… Perdón, de una gran mateaventura”

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Todos los dibujos de la entrada son obra de Raquel Garcia Ulldemolins.

MATERIAL ADICIONAL QUE NO TE PUEDES PERDER

– Nuevo blog de Mati en Naukas: http://mati.naukas.com/

– Blog de Clara en Cienciaxplora: http://www.cienciaxplora.com/firmas/clara-grima/

– Blog de Clara Grima en Jot Down: Perdonen si me derivo

– Blog de Raquel Garcia Ulldemolins: La Ra dibuixa

– Entrevista a Clara y Raquel en el programa “Pa ciència, la nostra”, dirigido y conducido por Daniel Arbós i Màrius Belles: Programa 198

– Entrevista a Clara en el programa «La Buhardilla 2.0», de Abraham, Álvaro, Javi y Kike, en su estreno en formato radiofónico: Pograma 65

– Blogs en los que pudimos gozar de Mati: Mati y sus mateaventuras y Mati, una profesora muy particular.

– Inmejorable reseña de Enrique F. Borja (Fis) en Cuentos Cuánticos: El infinito, cerca, azul y de bolsillo

– Mati nos habla de su libro en Pequeño Libro de Notas: Y después de 40 historias, ciento veintiocho páginas de mateaventuras

– Mati se enfunda su camiseta Naukas y nos explica “Hasta el infinito y más allá”: Cuentos y cuentas para despertar… la curiosidad

– Libros de Raquel Garcia Ulldemolins: Canallades y Canallades gràfiques (Pequeños granujas)

– Blog de Salvador Márquez Grima: Salva y sus aventuras

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