El músico que descubrió la luz invisible.

En primer lugar, permitidme que en esta ocasión os recomiende acompañar el post con un poco de música. El compositor  no es otro que Sir William Herschel, más conocido por haber sido uno de los padres de la astronomía moderna, descubridor de Urano, dos de sus satélites Titania y Oberón y dos satélites de Saturno, Mimas y Encélado.

Originalmente, Herschel era músico, director y compositor pero en 1773, cuando tenía 35 años, compró un libro sobre astronomía  que le hizo volcarse por completo, desde ese momento y en adelante, a la ciencia del cielo.

Pero hoy no hablaremos de su obra astronómica, si no de un descubrimiento «casual».

Como como ya expliqué cuando hablé del espectro visible, la luz puede descomponerse en sus colores (frecuencias), y su intensidad en función de su frecuencia, se llama espectro. Pero me referí al espectro visible, es decir, de la luz que nuestros ojos pueden ver. Sin embargo, hay gran cantidad, de hecho, la gran mayoría de la luz, que no podemos ver:

La parte de la luz que es visible para nosotros, es una pequeña, pequeñísima fracción de todo el espectro electromagnético.

Y si no podemos verla ¿cómo supimos que estaba ahí?

Pues el primero en detectarla de alguna forma y darse cuenta de que era luzy de que no era visible fue Herschel. El 11 de Febrero de 1800 se encontraba haciendo un experimento que consistía en hacer pasar la luz solar por un prisma, para así descomponerla por efecto de la dispersión en sus colores, y medir con termómetros la cantidad de energía que obtenía de cada color. Es decir, lo mismo que seguimos haciendo hoy con avanzadísimos espectrógrafos.

El caso es que tenía un termómetro de referencia, para saber la temperatura de su habitación y así comparar los termómetros que estaban a la luz. Y el termómetro se encontraba justo más allá del color rojo. Pero cuando fue a mirar ese termómetro de referencia ¡resulta que marcaba una temperatura mayor que el resto! es decir, se había calentado más que los demás y no había sido expuesto de forma directa a la luz que podemos ver.

Herschel repitió el experimento y los resultados le llevaron a pensar que existía un tipo de luz, que no podemos ver pero que cuya capacidad para calentar las cosas es mucho mayor. Descubrió así el Infrarrojo.

El infrarrojo es lo que nosotros notamos en la piel cuando estamos cerca de algo caliente, y que llamamos vulgarmente calor. Este tipo de luz, cuya longitud de onda es mayor que la de la luz visible, se produce en objetos calientes, pero que no están tan calientes como para comenzar a brillar.

Lo interesante del caso, es que fue la primera confirmación cuantificada, científica y confirmada de que existía algún tipo de luz invisible. Esto, para nosotros que vivimos en la época de las comunicaciones por ondas invisibles de radio, televisión, móvil y cien variantes más, no es muy «sorprendente». Pero imaginaros el impacto que supuso para Herschel y su época: La luz, que es lo que nos permite ver, tenía un color que no podía verse. Paradójico cuanto menos.

Y por último, una última reflexión. Estamos rodeados de «sabios» e iluminados que hablan de energías invisibles e indetectables «científicamente». Lo cual es absurdo, porque la ciencia lo único que hace es comprobar el funcionamiento de la naturalza, y si hay algún tipo de energía «invisible» (como aquí ocurría) podremos detectarla por sus efectos. Sólo se trata de confirmar que hay algo de una forma objetiva, reproducible y comprobable. Pero como en realidad no hay nada, y no se detecta nada, dicen sencillamente que la ciencia «no puede». Pero ellos sí, claro.

Esta es la diferencia entre un genio como Herschel y los vulgares estafadores.

Estrellas: El conocimiento de la Luz I

Si alguien se para a pensarlo, es un poco raro que sepamos cosas como la distancia a la que está una estrella, la masa que tiene, su tamaño o si es joven o vieja, de qué está hecha, de dónde viene y hacia dónde va… ¿Cómo podemos medir y conocer todas esas cosas? Después de todo no podemos tocarlas de modo alguno, ni mandar una sonda a mirarlas de cerca o a hacer experimentos. Por no poder, no podemos ni ver el desarrollo de su vida porque es demasiado lento, tanto que ni en toda la historia humana podríamos haber visto una pequeñísima parte de la vida de cualquier estrella. Sólo son puntitos brillantes que están MUY lejos: lo único que tenemos para entenderlo todo es su luz.

Lo que deseo conseguir con esta serie de post no es dar una lección de astrofísica en profundidad, si no que cualquiera, sepa física y matemáticas o no, pueda entender cómo funcionan algunas cosas allí arriba.

El espectro visible:

Empecemos por el principio. Lo que comúnmente llamamos luz es una onda electromagnética y aunque tal vez, esto sea algo difícil de imaginar, como cualquier onda tiene una «longitud de onda», es decir, la distancia que mide un ciclo completo de la onda, de forma que a partir de ahí, vuelve a repetirse lo mismo una y otra vez:

La letra griega lamda es el símbolo usado en física para la "Longitud de Onda". Como puede verse es la distancia entre un máximo y otro, o entre un mínimo y otro. Fuente: Wikipedia

Lógicamente la longitud de onda se mide en distancia.

Cada longitud de onda corresponde a lo que nosotros identificamos como un color. Ahora bien, nosotros no somos capaces de ver la luz de cualquier longitud de onda, nuestros ojos están limitados a ver desde 380 a los casi 780 nanometros ( 1 nanometro es una milésima de millonesima de metro). A esta franja se la llama «espectro visible»:

Como veis, desde el violeta (380 nm) hasta el rojo (a 780 nm) se cubren todos los colores que podemos ver. Fuente: Servisystem Audio

Si a esta franja la llamamos espectro visible, cualquiera podría percatarse de que existe la insinuación de que hay un espectro no visible, algo así como «luz invisible». Esto es cierto, pero hablaré de ello en un próximo artículo.

Luz blanca:
Salvo en casos muy particulares (un láser por ejemplo), raramente encontramos que la luz esté compuesta por una única longitud de onda. Así lo que nos llega del sol es una mezcla de todas esas longitudes de onda, que llamamos «luz blanca», debido a que está compuesta por todos los colores. Así cuando esta luz blanca incide sobre un objeto, una parte se «absorbe» y otra se refleja, pero al perder parte de sus longitudes de onda (por ser absorbidas), el color con el que sale reflejada ya no es «blanco», sino que tendrá un color. Este es el color que nosotros vemos. En este sentido un objeto blanco lo refleja más o menos todo, y un objeto negro no refleja casi nada.

Bueno, sí, esto es muy bonito. pero seguro que queréis una prueba. Y todos tenéis una: el arco iris.

En el arco iris, cuando la luz blanca del sol atraviesa las gotitas de agua sufre un efecto llamado dispersión y la luz se separa en sus diferentes colores. Este efecto consiste en que el agua (y otros materiales) tienen distinto índice de refracción para cada color y por eso, aunque entran todos juntos, salen en diferentes direcciones. Podéis encontrar una explicación más detallada de la refracción en mi post Refracción de Ondas ¿y qué?.

¿Qué pinta tiene un espectro?

Hasta ahora sólo he dicho que la luz nos llega con sus colores mezclados y que pueden separarse. Lo que no he mencionado es que no nos llega la misma cantidad de luz de cada color. En realidad, de cada color nos llega una cantidad diferente. Por cierto, a «cantidad de luz» en física se le llama intensidad. Y sobre esto hablaré más detalladamente en otro artículo.

Entonces, si están mezclados y en diferentes cantidades… ¿que intensidad tiene cada color? Si nosotros cogemos la luz del Sol, separamos sus colores, y medimos la intensidad de cada color y lo hacemos con muchísimo detalle, tendremos algo así:

Cada línea va a continuación de la siguiente, pero por comodidad las han cortado y pegado después unos debajo de otros. Tenéis que pensar que lo que sale sería una única línea muuuy larga. Fuente: El tamiz

Vamos, un revoltijo enorme, donde unas partes son más brillantes y otras más oscuras, incluso alguna parte es negra. Por eso se suele representar así:

En las abscisas (eje horizontal) están las longitudes de onda, vamos los colores; mientras que las ordenadas (eje vertical) muestran la intensidad: Cuanto más alto más luz que nos llega de ese tipo.

Ahora sí se entiende de forma intuitiva. La cuestión ahora es ¿porqué tiene esa forma?

Eso, para el próximo artículo.

Esta serie de artículos está dedicada a mi amiga Luz, por haberme animado a que retomara el blog pese al parón.

Duda sobre la rotación terrestre

He recibido una pregunta sobre la rotación terrestre en el artículo ¿cuántas vueltas da la tierra en 365 días? y quería responderla como un artículo rápido (y me vuelvo a estudiar).

La pregunta de Lesly es la siguiente:

Según he leído del 1980 hubo un cambio en la resonancia Schuman. Dicen que la frecuencia es mayor aprox. 12 hz y que esto afecta el tiempo. Que un día actual en realidad es equivalente a 16 horas de un día antes de 1980. Si esto es cierto (que es lo que pido me aclaren), entonces ahora cuántos días tiene el año, pues la tierra rota más rápido, pero eso no implica que se traslade más rápido y por lo tanto el año debería tener más días, claro si esto de la resonancia Schuman es cierto.

En primer lugar la resonancia de Schuman es un efecto real de carácter electromagnético. Para aquellos que tengan estudios avanzados en electricidad diré que se trata de una resonancia debida a que la región de la atmósfera entre la ionosfera y la superficie actúa como una guía de onda. Para los demás improvisaré una rápida explicación:

Una guía de onda consiste en una región que no conduce la electricidad rodeada por superficies que son conductoras. Cuando a esto se les aplica un campo eléctromagnético, el resultado es la resonancia de ondas electromagnéticas en su interior. Un símil sería considerar que la onda electromagnética es una cuerda de guitarra que está sujeta en sus dos extremos, de forma que cuando vibra no avanza, si no que permanece anclada mientras vibra. Sin embargo no vibra a cualquier frecuencia, si no que depende de las condiciones mecánicas de la cuerda (lo tensa que está, su longitud, su densidad…).

Volviendo a  la onda electromagnética, la distancia entre ionosfera y superficie terrestre permite que se den estas ondas resonantes a unas frecuencias determinadas.

Ahora con una ligera idea de la naturaleza de las resonancias de Schuman, voy a hablar del movimiento de la tierra.

En primer lugar las resonancias de Schuman no afectan directamente a la rotación terrestre, ya que no tienen nada que ver con ella. La naturaleza de las resonancias está en la capa ionosférica, no en la rotación terrestre.

Ignoro si pueden afectar a la tierra indirectamente al interaccionar con el campo magnético terrestre, pero si lo hacen es un efecto extremadamente pequeño, despreciable frente a otros efectos que sí afectan a la rotación. La principal variación en nuestra velocidad de rotación es la debida al efecto gravitatorio de la Luna sobre la Tierra, que nos va frenando poco a poco. Pero es un efecto extremadamente pequeño, sólo detectable con relojes atómicos.

Por otro lado, es imposible que en 1980 la tierra hubiera pasado de tener días de 24 horas a días de 16 horas. La energía para acelerar la tierra un 50% de su velocidad, es completamente inabarcable por ningún sistema electromagnético terrestre.

Por otro lado, si lo que te refieres es que el propio tiempo se ve afectado por el cambio, la respuesta sigue siendo completamente negativa. Es cierto que nuestro tiempo es relativo respecto el resto del universo, pero esto sólo se ve afectado por intensos campos gravitatorios o por velocidades enormemente grandes. Ninguna de las dos circunstancias se dan en la tierra. Por supuesto las resonancias electromagnéticas no afectan a la gravedad o la velocidad de la tierra que sepamos. Aunque así fuera, haría falta algo muchísimo más fuerte que una resonancia de Schuman para que pudiera notarse algo.

No sé si en 1980 hubo un cambio en las resonancias, pero aunque lo hubiera habido, no tiene forma de afectar al tiempo o al movimiento en la tierra. En conclusión, me temo que lo que has leído es erróneo. Por tanto la tierra sigue teniendo el mismo número de días que antes de 1980 ^^

La curiosidad es muy sana, así que no tengas problema en preguntar de nuevo cuando quieras y te responderé si está en mi capacidad ^^

Para los que quieran alguna información de las resonancias de Schuman, os dejo los links a los artículos de la wiki en español (más bien muy escaso) y a la inglesa.

Breve Curiosidad #11: El espectro electromagnético según Iker Jiménez

Este es el espectro electromagnético tal como lo entienden y lo explican en el «pograma» desinformativo de Iker Jiménez:

Para que luego alguien diga que es un «buen programa». ¡Ja! Por favor, si no saben ni explicar algo que está en cualqueir libro de texto de bachillerato. O sin ir más lejos en la  Wikipedia. Si te informan así de algo tan absolutamente obvio y sencillo ¿cómo creeis que informan de esos «misterios ocultos» que tantos les gustan?

Aparentemente inútil

Muchas veces la gente se pregunta para qué investigar ciencia pura y dura, si al final, lo que interesa a la mayoría es la aplicación tecnológica que nos facilite la vida. Es cierto que suele existir en la mente de la gente una idea difusa sobre la relación ciencia-tecnología. Hoy quería hablar de algo que en su momento fue tratado como una curiosidad académica, sin demasiado interés: las ecuaciones de Maxwell. Más o menos como ocurre ahora. Ahora sin duda es debido a que tales ecuaciones no se estudian en la enseñanza obligatoria y por tanto, ni siquiera «le suena» a la mayoría de la gente.

Maxwell fue un físico y matemático escocés (1831-1879) que se propuso unificar matemáticamente todos los efectos conocidos de electricidad y magnetismo. Hasta ese momento se habían hecho descripciones de los efectos observados de la electricidad, el magnetismo y la relación entre ambos. Sin embargo no había una descripción teórica global que uniera un caso con los otros.

Pero vayamos al grano. Durante su estudio encontró que una de las ecuaciones con la que trabajaba, la Ley de Ampere era incompleta y la modificó para generalizar su funcionamiento. Curiosamente esa modificación fue el único material original que aportó a la descripción fenomenológica del electromagnetismo, pero sus consecuencias eran cruciales, puesto que predecía la existencia de ondas electromagnéticas que se movían a la velocidad de la Luz. Finalmente se explicó que la luz era una onda electromagnética, pero eso es otra historia.

Publicó sus resultados en 1865 pero, como ya dije antes, las ecuaciones fueron tratadas como algo importante teóricamente pero sin aplicaciones prácticas. Algunos años después de la muerte del propio Maxwell, en 1888, Hertz, un magnífico físico tanto teórico como experimental usó las ecuaciones de Maxwell para producir una onda electromagnética de Radio que consiguió transmitir una señal hasta la habitación de al lado. Habría que esperar hasta 1901 para que Marconi lograra realizar la primera emisión de radio transoceánica.

Sin Maxwell y sus ecuaciones, aparéntemente inútiles, olvidaos de la radio, la televisión y las telecomunicaciones modernas. Fijaos que tardaron 23 años en tener la primera aplicación tecnológica y muchos más hasta que fue una tecnología práctica.

Moraleja: no existe conocimiento científico no práctico, sólo conocimiento científico para el que aún no se nos ha ocurrido algo práctico. Pero para que se nos ocurra, debe haber gente como Hertz, capaz de entender la teoría y llevarlo a la práctica. Y para ello es esencial tanto la educación científica como la investigación fundamental que nos aporte nuevas ideas.