domingo, 14 de julio del 2024 Fecha
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De la Nanociencia a la Nanotecnología 2ª parte

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

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Nuevos materiales, nuevos procesos, nuevos dispositivos

En los últimos años se han desarrollado materiales que, debido a su estructura nanométrica, presentan nuevas propiedades, y por tanto tienen aplicaciones en campos tan diversos como son la transmisión de información mediante luz, el almacenamiento de datos, la generación y el transporte de energía eléctrica, la síntesis de catalizadores, la elaboración de textiles más resistentes, o la implantación de nuevos implantes óseos.

El gran número de nuevos materiales y dispositivos demostradores que se han desarrollado en estos años ha sido fruto, por un lado del desarrollo de sofisticadas técnicas de síntesis, caracterización y manipulación que se han puesto a punto y, por otro, del gran avance en los métodos de computación en la nanoescala (técnicas ab-initio, dinámica molecular, etc.) que se han probado en las grandes instalaciones dedicadas al cálculo científico de altas prestaciones. Es precisamente la combinación de experimentos punteros con métodos teóricos precisos un elemento esencial para comprender un gran número de procesos y mecanismos que operan en la nanoescala. En concreto, una de las aportaciones teóricas más importantes al desarrollo de la Nanotecnología ha llegado de la mano de la Teoría de Funcionales de la Densidad (DFT, en sus siglas en inglés) por la que en 1998 Walter Kohn recibió el Premio Nobel en Química, compartido  con John A. Pople, “padre” de la Química Cuántica. Con respecto al desarrollo experimental, cabe resaltar el alto grado de desarrollo de las técnicas SPM para ver y manipular la materia a escala nanométrica en multitud de ambientes diferentes (ultra alto vacío, humedad controlada, celdas catalíticas, temperaturas variables,…). Esta capacidad nos ha permitido diseñar nuevos experimentos con los que comprender el comportamiento de nuevos materiales y dispositivos. Dado la gran variedad de materiales y sus  aplicaciones, es imposible en un artículo presentar una visión completa de la situación de la Nanotecnología, por lo que nos vamos a limitar a presentar algunos ejemplos que ilustran el estado actual de este campo.

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La Gravedad, ¿cuándo la conoceremos?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en AIA-IYA2009    ~    Comentarios Comments (1)

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En 1915, diez años después, la teoría de la relatividad general.   Al final de su trabajo relativista, Einstein concluyó que el espacio y el tiempo están distorsionados por la materia y la energía, y que esta distorsión es la responsable de la gravedad que nos mantiene en la superficie de la Tierra, la misma que mantiene unidos los planetas del Sistema Solar girando alrededor del Sol y, también la que hace posible la existencia de las Galaxias.

Nos dio un conjunto de ecuaciones a partir de los cuales se puede deducir la distorsión del tiempo y del espacio alrededor de objetos cósmicos que pueblan el Universo y que crear esta distorsión en función de su masa.  Se han cumplido 100 años desde entonces y miles de físicos han tratado de extraer las predicciones encerradas en las ecuaciones de Einstein (sin olvidar a Riemann) sobre la distorsión del espaciotiempo.

Un agujero negro es lo definitivo en distorsión espaciotemporal, según las ecuaciones de Einstein: está hacho única y exclusivamente a partir de dicha distorsión.  Su enorme distorsión está causada por una inmensa cantidad de energía compactada: energía que reside no en la materia, sino en la propia distorsión.  La distorsión genera más distorsión sin la ayuda de la materia.  Esta es la esencia del agujero negro.

Si tuviéramos un agujero negro del tamaño de la calabaza más grande del mundo, de unos 10 metros de circunferencia, entonces conociendo las leyes de la geometría de Euclides se podría esperar que su diámetro fuera de 10 m.: л = 3,14159…, o aproximadamente 3 metros.  Pero el diámetro del agujero es mucho mayor que 3 metros, quizá algo más próximo a 300 metros. ¿Cómo puede ser esto? Muy simple: las leyes de Euclides fallan en espacios muy distorsionados.

Como se hemos visto muchas veces en gráficos y esquemas, un objeto pesado o masivo colocado en el centro de la superficie elástica, se hunde a consecuencia del peso y provoca una distorsión que cambia completamente la medida original del diámetro de esa circunferencia que, al ser hundida por el peso, se agranda en función de éste.

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¿Qué nos trajo la Arqueología?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Rumores del Saber    ~    Comentarios Comments (0)

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La arqueología (un término que se uso por primera vez en la década de 1860)  amplió y profundizó el trabajo de la filología, al ir más allá de los textos y confirmar que, en efecto, los hombres tenían un pasado distante anterior a la escritura, una prehistoria.

En 1802, el maestro de escuela Georg Friedrich Grotefend (1775 – 1853) envió tres artículos a la Academia de Ciencias de Gotinga en los que revelaba que había descifrado la escritura cuneiforme de Persépolis, algo que había conseguido principalmente reorganizando los grupos de cuñas (similares a las huellas de los pájaros sobre la arena) y añadiendo espacios entre grupos de letras, y relacionando luego su forma con el sánscrito, una lengua (geográficamente) cercana.

Grotefend consideraba que algunas de las inscripciones eran listas de reyes y que el nombre de algunos de estos era conocido.  Las demás formas de cuneiforme, incluida la babilónica, se descifraron algunos años más tarde.  En la década de 1820, Champollion descifró los jeroglíficos egipcios, en 1847 sir Austen Layrd excavó Nínive y Ninrud, en lo que hoy es Irak, y descubrió las maravillosos palacios de Assurnasirpal II, rey de Asira (885 – 859 a.c.), y Sennacherib (704 – 681 a.c.). Los enormes guardianes de las puertas encontrados allí, semitoros y leones de dimensiones mucho más grandes que las reales, causaron sensación en Europa, todo aquello popularizó la Arqueología.

Estas excavaciones condujeron finalmente al descubrimiento de una tablilla en cuneiforme en la que estaba escrita la epopeya de Gilgamesh, notable por dos razones: en primer lugar, era mucho más antigua que los poemas homéricos y la Biblia; en segundo lugar, diversos episodios del relato, como el de la gran inundación, eran similares a los que recogía el Antiguo Testamento.

Cada uno de aquellos descubrimientos aumentaba la edad de la Humanidad y arrojaba nueva luz obre las Sagradas Escrituras.  Sin embargo, con excepción de la epopeya de Gilgamesh, ninguno de ellos aportaba nada realmente nuevo en términos de datación, en el sentido de que no contradecían de forma significativa la cronología bíblica.

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Los enigmas de la Naturaleza

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (0)

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Hace unos días os explicaba el desdoblamiento de las líneas espectrales del hidrógeno, lo que se ha dado en llamar alfa y se denota por esa letra griega y, os decía que al efectuar sus cálculos, Sommerfeld introdujo una “nueva abreviatura” de algunas constantes. Se trataba de 2πe2 / hc, que abrevió con la letra griega “α” (alfa). No prestéis atención a la ecuación. Lo interesante es esto: cuando se meten los números conocidos de la carga del electrón, e, la constante de Planck, h, y la velocidad de la luz, c, sale α = 1/137.  Otra vez 137 número puro.

Las constantes fundamentales (constantes universales) están referidas a los parámetros que no cambian a lo largo del universo. La carga de un electrón, la velocidad de la luz en el espacio vacío, la constante de Planck, la constante gravitacional, la constante eléctrica y magnética se piensa que son todos ejemplos de constantes fundamentales.

Las fuerzas de la naturaleza que gobiernan la electricidad, el magnetismo, la radiactividad y las reacciones nucleares están confinadas a un “mundobrana” tridimensional, mientras que la gravedad actúa en todas las dimensiones y es consecuentemente más débil.

Las fuerzas fundamentales

Tipo de Fuerza Alcance en m Fuerza relativa Función
Nuclear fuerte <3×10-15 1041 Une Protones y Neutrones en el núcleo atómico por medio de Gluones.
Nuclear débil < 10-15 1028 Es responsable de la energía radiactiva   producida de manera natural.  Portadoras W y Z
Electromagnetismo Infinito 1039 Une los átomos para formar moléculas; propaga la luz y las ondas de radio y otras formas de energías eléctricas y magnéticas por medio de los fotones.
Gravitación Infinito 1 Mantiene unidos los planetas del Sistema Solar, las estrellas en las galaxias y, nuestros pies pegados a la superficie de la Tierra. La transporta el gravitón.

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El enigmático mundo cuántico

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

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Según he leído, durante un almuerzo en el Lawrence Berkeley Laboratory en California, con una espectacular vista del Sol brillando sobre el puerto de San Francisco, Suzuki le explicó a Michio Kaku mientras almorzaban la excitación de descubrir, prácticamente por casualidad, un resultado parcialmente importante. No se suponía que la física se pudiera hacer de ese modo casual.

Tras el descubrimiento, Suzuki, muy excitado, mostró el hallazgo a un físico veterano del CERN. Tras oír a Suzuki, el físico veterano no se impresionó. De hecho le dijo a Suzuki que otro físico joven (Veneziano) había descubierto la misma función unas semanas antes. Disuadió a Suzuki de publicar su resultado. Hoy, esta función beta se conoce con el nombre de modelo Veneziano, que ha inspirado miles de artículos de investigación iniciando una importante escuela de física y actualmente pretende unificar todas las leyes de la física.

En 1970, el Modelo de Veneziano-Suzuki (que contenía un misterio), fue parcialmente explicado cuando Yoichiro Nambu, de la Universidad de Chicago, y Tetsuo Goto, de la Nihon University, descubrieron que una cuerda vibrante yace detrás de sus maravillosas propiedades.

Así que, como la teoría de cuerdas fue descubierta hacia atrás y por casualidad, los físicos aún no conocen el principio físico que subyace en la teoría de cuerdas vibrantes y sus maravillosas propiedades.

El último paso en la evolución de la teoría de cuerdas (y el primer paso en la evolución de la relatividad general) aún está pendiente de que alguien sea capaz de darlo.

Así, Witten dice:

“Los seres humanos en el planeta tierra nunca dispusieron del marco conceptual que les llevara a concebir la teoría de supercuerdas de manera intencionada, surgió por razones del azar, por un feliz accidente. Por sus propios méritos, los físicos del siglo XX no deberían haber tenido el privilegio de estudiar esta teoría muy avanzada a su tiempo y a su conocimiento. No tenían (ni tenemos ahora mismo) los conocimientos y los prerrequisitos necesarios para desarrollar dicha teoría, no tenemos los conceptos correctos y necesarios.”

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