sábado, 31 de octubre del 2020 Fecha
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¡Conocer la Naturaleza! Hoy sólo un sueño ¿Realidad mañana?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (1)

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A partir de sus principios en Sumeria (actualmente en Irak) alrededor del 3500 a. C., en Mesopotamia, los pueblos del norte comenzaron a intentar la observación del mundo con cuantitativos y numéricos sumamente cuidados. Pero sus observaciones y medidas aparentemente fueron tomadas con otros propósitos más que la ley científica. Un caso concreto es el del teorema de Pitágoras, que fue registrado, aparentemente en el siglo XVIII a. C.: la tabla mesopotámica Plimpton 322 registra un de trillizos pitagóricos (3,4,5) (5,12,13)…., datado en el 1900 a. C., posiblemente milenios antes de Pitágoras,1 pero no era una formulación abstracta del teorema de Pitágoras.

Los avances significativos en el Antiguo Egipto son referentes a la astronomía, a las matemáticas y a la .2 Su geometría era una consecuencia necesaria de la topografía, con el fin de intentar conservar la disposición y la propiedad de las tierras de labranza, que fueron inundadas cada año por el Nilo. La regla del triángulo rectángulo y otras reglas básicas sirvieron para representar estructuras rectilíneas, el pilar de la arquitectura dintelada egipcia. Egipto era también el centro de la química y la investigación para la mayor parte del Mediterráneo.

Nuevas paradigmas en la Física Moderna

Isabel Pérez Arellano y Róbinson Torres Villa, publicaron un artículo en 2009, sobre la física moderna y sus paradigmas y, comenzaban diciendo:


“Desde siempre el hombre ha intentado dar a los interrogantes más profundos que lo inquietan; preguntas

que van desde ¿Quién soy?, ¿de dónde vengo? ¿y hacia dónde voy?, hasta los intentos por explicar el origen y final universo en qué vive. Muchas son las prepuestas que se han dado a esos interrogantes, dependiendo de la corriente de pensamiento seguida por quien aborda esas preguntas; es así como se ven aproximaciones místicas, esotéricas, religiosas y científicas entre otras; pero todas con el objetivo de dilucidar alguna respuesta a esas preguntas fundamentales.

Desde el punto de vista científico y concretamente de la física moderna, se han planteado algunas explicaciones del universo en el que vivimos que algunas veces rozan con lo fantástico, dado el nivel de abstracción o especulación que llevan implícito, todo obviamente avalado por sofisticados matemáticos que al parecer soportan las hipótesis planteadas.”

 

 

 

 

Si repasamos la de la ciencia, seguramente encontraremos muchos motivos para el optimismo. Por mencionar a un científico de nuestro tiempo, escojamos a E. Witten que está convencido de que la ciencia será algún día capaz de sondear hasta las energías de Planck. Como ya he contado en otras ocasiones, él dijo:

“No siempre es tan fácil decir cuáles son las preguntas fáciles y cuáles las difíciles. En el siglo XIX, la pregunta de por qué el agua hierve a 100 grados era desesperadamente inaccesible. Si usted hubiera dicho a un físico del siglo XIX que hacia el siglo XX sería capaz de calcularlo, le habría parecido un cuento de hadas… La teoría cuántica de es tan difícil que nadie la creyó completamente durante 25 años.”

En su opinión, las buenas ideas siempre se verifican. Los ejemplos son innumerables: la gravedad de Newton, el eléctrico de Faraday y el electromagnetismo de Maxwell, la teoría de la relatividad de Einstein en sus dos versiones y su demostración del efecto fotoeléctrico, la teoría del electrón de Paul Dirac, el principio de incertidumbre de Heisenberg, la función de ondas de Schrödinger, y tantos otros. Algunos de los físicos teóricos más famosos, sin embargo, protestaban de tanto empeño en la experimentación.

El astrónomo arthur Eddington se cuestionaba incluso si los científicos no estaban forzando las cosas cuando insistían en que todo debería ser verificado. El premio Nobel Paul dirac incluso llegó a de forma más categórica: “Es más tener belleza en las ecuaciones que tener experimentos que se ajusten a ellas“, o en palabras del físico John Ellis del CERN, “Como decía en una envoltura de caramelos que abrí hace algunos años, «Es sólo el optimista el que consigue algo en este mundo».

Yo, como todos ustedes, un hombre normal y corriente de la , escucho a unos y a otros, después pienso en lo que dicen y en los argumentos y motivaciones que les han llevado a sus respectivos convencimientos, y finalmente, también decido según mis propios criterios y emito mi opinión de cómo es el mundo que, no obligatoriamente, coincidirá con alguna de esas opiniones, y que en algún caso, hasta difieren radicalmente.

Suponiendo que algún físico brillante nos resuelva la teoría de de cuerdas y derive las propiedades conocidas de nuestro universo, con un poco de suerte, podría ocurrir en este mismo siglo, lo que no estaría nada mal considerando las dificultades de la empresa. El problema fundamental es que estamos obligando a la teoría de supercuerdas a responder preguntas sobre energías cotidianas, cuando su “ámbito natural” está en la energía de Planck. Esta fabulosa energía fue liberada sólo en el propio instante de la creación, lo que quiere decir que la teoría de supercuerdas tiene su explicación allí, en aquel lugar y tiempo donde se produjeron las mayores energías conocidas en Universo y que, nosotros, no podemos alcanzar -de momento-.

Fuimos capaces de predecir que el Big Bang produjo un “eco” cósmico reverberando en el universo y que ser mesurable por los instrumentos adecuados. De hecho, Arno Penzias y Robert Wilson de los Bell Telephone Laboratories ganaron el premio Nobel en 1.978 por detectar este eco del Big Bang, una radiación de microondas que impregna el universo conocido.

                    Como una onda, podemos detectar el eco del big bang (es curioso que cuando escribí ésto, no pensaba que tan pronto sería realidad, las últimas noticias publicadas sobre el tema así lo han confirmado, han sido detectadas: ¡Ondas gravitacionales procedentes del Big Bang!

El que el eco del Big Bang debería estar circulando por el universo miles de millones de años después del suceso fue predicho por primera vez por George Gamow y sus discípulos Ralpher y Robert Herman, pero nadie les tomó en serio. La propia idea de medir el eco de la creación parecía extravagante cuando la propusieron por primera vez poco después de la segunda guerra mundial. Su lógica, sin embargo, era aplastante. Cualquier objeto, cuando se calienta, emite radiación de forma gradual. Ésta es la razón de que el hierro se ponga al rojo vivo cuando se calienta en un , y cuanto más se calienta, mayor es la frecuencia de radiación que emite. Una fórmula matemática exacta, la ley de Stefan-Boltzmann, relaciona la frecuencia de la luz (o el color en este caso) con la temperatura. De hecho, así es como los científicos determinan la temperatura de la superficie de una estrella lejana; examinando su color. Esta radiación se denomina radiación de cuerpo negro.

US_ARMY
captada a través de un visor nocturno. En ella se muestra a un soldado estadounidense equipado con unas gafas de visión nocturna. / US Army

Esta radiación, ¡cómo no!, ha sido aprovechada por los ejércitos, que mediante visores nocturnos pueden operar en la oscuridad. De noche, los objetos relativamente calientes, tales como soldados enemigos o los carros de combate, pueden estar ocultos en la oscuridad, pero continúan emitiendo radiación de cuerpo negro invisible en forma de radiación infrarroja, que puede ser captada por gafas especiales de infrarrojo. Ésta es también la razón de que nuestros automóviles cerrados se calientes en verano, ya que la luz del Sol atraviesa los cristales del coche y calienta el interior. A medida que se calienta, empieza a emitir radiación de cuerpo negro en forma de radiación infrarroja. Sin embargo, esta de radiación no atraviesa muy bien el vidrio, y por lo tanto queda atrapada en el interior del automóvil, incrementando espectacularmente la temperatura y, cuando regresamos para proseguir el camino… ¿quién es el guapo que entra?

Reacción química con CO2

Análogamente, la radiación de cuerpo negro produce el efecto invernadero. Al igual que el vidrio, los altos niveles de dióxido de carbono en la atmósfera, causados por la combustión sin de combustibles fósiles, pueden atrapar la radiación de cuerpo negro infrarroja en la Tierra, y de

este modo calentar gradualmente el planeta.

Gamow razonó que el Big Bang era inicialmente muy caliente, y que por lo tanto sería un cuerpo negro ideal emisor de radiación. Aunque la tecnología de los años cuarenta era demasiado primitiva para captar esta débil señal de la creación, Gamow pudo calcular la temperatura de dicha radiación y predecir con fiabilidad que un día nuestros instrumentos serían lo suficientemente sensibles como para detectar esta radiación “fósil”.

La lógica que había detrás de su razonamiento era la siguiente: alrededor de 300.000 años después del Big Bang, el universo se enfrió hasta el punto en el que los átomos pudieron a componerse; los electrones, entonces,  pudieron a rodear a los protones y neutrones formando átomos estables, que ya no serían destruidos por la intensa radiación que estaba impregnando todo el universo. Antes de este momento, el universo estaba tan caliente que los átomos eran inmediatamente descompuestos por esa radiación tan potente en el mismo acto de su . Esto significa que el universo era opaco, como una niebla espesa absorbente e impenetrable.

Pasados 300.000 años, la radiación no era tan potente; se había enfriado y por lo tanto la luz podía atravesar grades distancias sin ser dispersada. En otras palabras, el universo se hizo repentinamente negro y transparente.

Así se hizo la luz en el Universo

Terminaré esta parte comentando que un auténtico cuerpo negro es un concepto imaginario; un pequeño agujero en la pared de un recinto a temperatura uniforme es la mejor aproximación que se puede tener de él en la práctica. La radiación de cuerpo negro es la radiación electromagnética emitida por un cuerpo negro. Se extiende sobre todo el rango de longitudes de onda y la disminución de energías sobre este rango tiene una forma característica con un máximo en una cierta longitud de onda, desplazándose a longitudes de onda más cortas al aumentar las temperaturas*.

Hablar, sin más especificaciones, de radiación, es refiriéndonos a una energía que viaja en forma de ondas electromagnéticas o fotones por el universo. También nos podríamos estar refiriendo a un chorro de partículas, especialmente partículas alfa o beta de una fuente radiactiva o neutrones de un reactor nuclear.

       Radiación y magnetismo presentes en todas

La radiación actínida es la electromagnética que es capaz de una reacción química. El término es usado especialmente para la radiación ultravioleta que emiten las estrellas jóvenes y azuladas en las bellas nebulosas en las que podemos contemplar regiones azuladas que producen esta radiación tan potente al contactar con el gas y el polvo interestelar que ioniza.

Muchos son los tipos conocidos: Radiación blanda, radiación cósmica, radiación de calor, radiación de , de fondo de microondas, radiación dura, electromagnética, radiación gamma, infrarroja, ionizante, monocromática, policromática, de sincrotón, ultravioleta, de la teoría cuántica, de radiactividad… y, como se puede ver, la radiación en sus diversas formas es un universo en sí misma.

El físico alemán Max Planck (1.858 – 1.947), responsable entre otros muchos logros de la ley de radiación de Planck, que da la distribución de energía radiada por un cuerpo negro. Introdujo en física el concepto novedoso de que la energía es una cantidad que es radiada por un cuerpo en pequeños paquetes discretos, en vez de una emisión continua. Estos pequeños paquetes se conocieron como cuantos y la ley formulada es la de la teoría cuántica.

Einstein se inspiró en este para a su vez presentar el suyo propio sobre el efecto fotoeléctrico, donde la energía máxima cinética del fotoelectrón, Em, está dada por la ecuación que lleva su nombre: Em = hf – Φ.

Planck publicó en 1.900 un artículo sobre la radiación de cuerpo negro que sentó las bases para la teoría de la mecánica cuántica que más tarde desarrollaron otros, como el mismo Einstein, Heisenberg, Schrödinger, Dirac, Feymann, etc. Todos los físicos son conocedores de la enorme contribución que Max Planck hizo en física: la constante de Planck, radiación de Planck, longitud de Planck, unidades de Planck, etc. Es posible que sea el físico de la historia que más veces ha dado su nombre a conceptos de física. Pongamos un par te ejemplos de su ingenio:

1.  Esta escala de longitud ( 10-35 m ) veinte órdenes de magnitud menor que el tamaño del protón, de 10-15 m, es a la que la descripción clásica de gravedad cesa de ser válida y debe ser tenida en la mecánica cuántica. En la fórmula que la describe, G es la constante gravitacional, ħ es la constante de Planck racionalizada y c en la velocidad de la luz.

2.    Es la masa de una partícula cuya longitud de onda Compton es igual a la longitud de Planck. En la ecuación, ħ es la constante de Planck racionalizada, c es la velocidad de la luz y G es la constante gravitacional.

La descripción de una partícula elemental de esta masa, o partículas que interaccionan con energías por partículas equivalentes a ellas (a través de E = mc2), requiere de una teoría cuántica de la gravedad. Como la masa de Planck es del de 10-8 Kg (equivalente a una energía de 1019 GeV) y, por ejemplo, la masa del protón es del orden de 10-27 Kg y las mayores energías alcanzables en los aceleradores de partículas actuales son del de 14 TeV, los efectos de gravitación cuántica no aparecen en los laboratorios de física de partículas.

 

                                                                         Las primeras colisiones a 7 TeV en los detectores CMS y ATLAS del LHC (CERN)

Únicamente en un laboratorio aparecieron partículas que tenían energías del de la masa de Planck: en el universo primitivo, de acuerdo con la teoría del Big Bang, motivo éste por el que es necesaria una teoría cuántica de la gravedad para estudiar aquellas . Esta energía de la que estamos hablando, del orden de 1019 GeV (inalcanzable para nosotros), es la que necesitamos para verificar la teoría de supercuerdas.

Siempre, desde que puedo recordar, me llamó la atención los misterios y secretos encerrados en la naturaleza, y la innegable batalla mantenida a lo largo de la por los científicos para descubrirlos.

emilio silvera

¡La Física! ¿Hasta dónde nos llevará?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Materiales increibles    ~    Comentarios Comments (1)

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El Grafeno podría ser uno de los materiales del futuro

    Hace apenas ocho años que se pudo el Grafeno

Primero fueron las moléculas de carbono en forma de balón de futbol; luego llegó el carbono enrollado en forma de nanotubos de carbono, más tarde las mallas microscópicas y, … ¿quién sabe, qué maravillas nos espera? Puede que en unos años el valle más famoso de la era de la informática tenga que cambiar de nombre. Al norte de California, entre montañas y autopistas, una extensa aglomeración de empresas de nuevas tecnologías es conocida como Silicon Valley, en inglés valle del silicio, elemento químico con el que se fabrican los microchips. Pero el futuro, dicen algunos expertos y muchas publicaciones científicas, está en los chips de grafeno, un material resistente, transparente y extremadamente flexible.

Científicos surcoreanos acaban de construir la primera pantalla táctil de este material. Tiene 30 pulgadas y puede doblarse y enrollarse hasta ocupar un espacio mínimo. IBM, el gigante de la informática, presentó este invierno sus primeros chips de grafeno, 10 veces más veloces que los de silicio. Los fabricantes de baterías para móviles anuncian que mejorarán su gracias a este derivado del grafito, con el que también está hecha la radio más pequeña del mundo, diseñada por el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). ¿Estamos ante una nueva revolución que traerá ordenadores aún más rápidos y pantallas aún más pequeñas? ¿O hablar del valle del grafeno es tan solo fantasía?

Las pantallas del futuro serán flexibles, eso está claro. Los principales fabricantes se afanan en nuevas fórmulas, no solo de grafeno sino también de tecnología OLED, basada en una capa que emite luz y está formada por componentes orgánicos (polímeros). También se intenta hacer papel electrónico con óxidos de metal o variantes del silicio clásico, como silicio cristalino o sus combinaciones con el caucho, bastante más elástico.

El instituto de nanotecnología en el que han desarrollado la primera pantalla táctil de grafeno, en la Universidad Sungkyunkwan de Seúl, ha conseguido llamar la atención de las grandes compañías. El sector está inquieto. Pantallas que se doblan como un papel y que dentro de poco, según James Tour, de la Universidad de Rice (Houston) y uno de los químicos más prestigiosos de la última década, podrán enrollarse “hasta formar un pequeño lápiz que nos pondremos tras la oreja”. , líder mundial en diversas ramas de la industria electrónica, ya ha anunciado que en dos años comercializará un artilugio parecido.

Qué ocurrirá entonces con los , esos pequeños ordenadores que coparon el mercado allápor el año 2009, y que nos parecían el último grito? ¿Y qué será del iPad de Apple? En sus cuatro primeros meses de vida, se vendieron más de tres millones de esta tableta ultraportátil que hace las veces de ordenador y . Pero incluso el gran invento de 2010 dejaría de tener sentido si sale al mercado una pantalla que pesa menos y que, extendida, es más grande y nítida, mientras que, enrollada, ocupa mucho menos espacio.

Si nuestros abuelos levantan la cabeza en sus tumbas y pudieran contemplar como se envía por fax un documento, de manera instantánea, de un lugar a otro lejano…, y, sin embargo, todo eso nos parece de lo más y cotidiano. Según vamos avanzando, ¿qué maravillas podremos ver nosotros? La ciencia avanza de manera exponencial y se cumple la ley Moore, cada poco tiempo, lo que hoy es moderno, queda obsoleto y hay que reemplazarlo por algo nuevo menos costoso, con más prestaciones, más barato de fabricar…

Por ejemplo, las láminas de Grafeno, unque comparte muchas de las propiedades que emocionaron de los nanotubos de carbono hace poco más de una una década, el grafeno es más facil de manipular y fabricar, lo cual le da mayores probabilidades de ser utilizado en laboratorios y prácticas. Si unimos a eso que el grafeno es uno de los mejores conductores de calor y de electricidad; su resistencia es 200 veces más que la del acero; es muy duro y muy elástico; tan ligero como la fibra de carbono. Los científicos han fabricado transistores de grafeno y los utilizan para explorar raros fenómenos cuánticos a temperatura ambiente.

Haceun par de años, sólo un puñado de gente investigaba algo relacionado con el grafeno. En una reunión de la Sociedad Americana de Física, celebrada en marzo, se presentaron cerca de 100 papeles relacionados con el material. “Es como descubrir una isla” con varias especies para catalogar y ser estudiadas, manifestó Carlo Beenakker, de física teórica en la Universidad Leiden, en Holanda.

Un nanotubo es grafeno enrollado. El grafito, lo que hay en la punta de un lápiz, está formado por capas de carbón apiladas, una encima de otra, como una baraja. Pero por mucho tiempo no se tuvo la destreza para sacar solo una de las de esa baraja.

Hace unos 10 años, unos investigadores dirigidos por Rodney Ruoff, un de nanoingeniería de la Universidad Northwestern, frotaron pequeños pilares de grafito contra una plaqueta de silicio, lo que causó que se repartieran como una baraja. La técnica sugirió que podrían producir un grafeno de una sola capa, pero Ruoff no midió el grosor de la hojuela.

Luego, en 2004, un grupo de investigadores encabezado por el doctor Andre Geim, de física de la Universidad de Manchester, en Inglaterra, desarrolló una mejor técnica: ponían una hojuela de grafito en un pedazo de cinta adhesiva, la doblaban y cortaban, con lo que dividian la hojuela en dos. Doblando y desdoblando repetidamente, el grafito se volvia cada vez más delgado; luego pegaron la cinta en una oblea de silicio y la frotaron. Algunas de las hojuelas de grafito se pegaron a la oblea y eran del grosor de un átomo.

Con este sencillo método de fabricar grafeno, se comenzaron a hacer todo tipo de experimentos. Por ejemplo: algunos lo emplearon para construir transistores y otros electrónicos.

Incluso se están haciendo estudios con estos materiales para ver la posibilidad de construir ascensores espaciales a la Luna, a la Estación Espacial Inrternacional, a bases de despegue de naves que saldrán a explorar el espacio interestelar…

Las hojas de grafeno no son planas, sino onduladas, y medir su grosor es toda una odisea. Los mejores microscopios del mundo pueden notar la presencia de un solo átomo, pero usarlos para medir el grosor de cada hojuela de grafeno es terriblemente lento. No obstante, Geim descubrió que una hoja así de delgada cambia el color de la capa de óxido de silicio en la superficie de una plaqueta, como el arcoiris que se genera cuando se vierte aceite sobre agua. Así con una simple ojeada a través de un sencillo microscopio, los investigadores pueden saber si una hojuela de grafeno tiene más de 10 capas de grosor (amarillo), entre 30 y 40 (azul), alrededor de 10 () o solo una (rosa pálido, casi invisible).

Pero aún enfrentan retos: el método de la cinta adhesiva no permite la producción en masa, al menos no de un modo costeable. Por ello, Walter de Heer, de física del instituto Tecnológico de Georgia, ha refinado una técnica para obtener grafeno del carburo de silicio. Al calentar una plaqueta de este material a 1300ºC, los átomos de silicio de la superficie se evaporan, mientras que los átomos de carbono restantes se reacomodan en grafeno. “Es como cocinar un pavo”, dice De Heer.

También, los científicos han demostrado un fenómeno conocido como el efencto cuántico Hall, donde la resistencia eléctrica perpendicular a la corriente y un campo magnético aplicado saltan entre ciertos valores discretos. El efecto cuántico Hall se ve comúnmente a temperaturas muy bajas en semiconductores, pero con el grafeno ocurre a temperatura ambiente.

Si hablamos de los nanotubos de carbono, hay que decir que tienen excepcionales propiedades mecánicas, térmicas, químicas ópticas y eléctricas, por lo que son un material prometedor para numerosas de alta tecnología. En la práctica, las primeras aplicaciones de los nanotubos de carbono han sido electrónicas debido a sus particulares propiedades eléctricas, ya que los nanotubos pueden ser metálicos o semiconductores. Los nanotubos permiten hacer más pequeños los dispositivos, conducen muy bien el calor y aumentan la vida útil de los dispositivos.

Nanotubos de carbono en la electrónica

- Los nanotubos, por su carácter metálico o semiconductor, se utilizan en nanocircuitos:

  • Interconectores. Los nanotubos conducen bien el calor y poseen una fuerte estructura para transportar corriente, aunque la conductividad disminuye al aumentar el número de defectos.
  • Diodos. Al unir nanotubos metálicos y semiconductores, o con eléctricos, similares a las uniones P-N.
  • Transistores. De efecto campo, de electrón único, interruptores.

 

- Se emplean también como emisores de campo, que es una manera de arrancar electrones de un sólido aplicando un campo eléctrico. Algunas son: pantallas planas, lámparas y tubos luminiscentes, tubos de rayos catódicos, fuentes de rayos X, microscopios electrónicos de barridos, etc.

- Otras aplicaciones son: nanotubos como filtros RF, y memorias fabricadas con nanotubos más rápidas, baratas, con mayor capacidad y menor consumo  (nos dice Sergio Sánchez Force).

 

También se han utilizado los nanotubos de carbono para fabricar unas películas conductoras transparentes de distintos colores, mediante una técnica conocida como ultracentrifugación en gradiente de densidad que hace que láminas obtenidas se parezcan a un vidrio teñido. Estas películas pueden introducir mejoras en células solares y monitores de pantalla plana.

Actualmente, el óxido de estaño indio (ITO) es el material más utilizado para las conductoras transparentes. Pero debido a la escasez de indio y a su pobre flexibilidad mecánica, se ha buscado un conductor transparente alternativo, encontrándolo en los nanotubos de carbono. (http://www.euroresidentes.com/Blogs/noticias/nanotecnologia.htm)

Los nanotubos de carbono recientemente se utilizan también para fabricar electrónicos flexibles, como por ejemplo papel electrónico, a un coste asequible. Esto es debido a que ha surgido una forma de hacer transistores de alto rendimiento en un substrato de plástico.

Las buckyesferas, también conocidas como fullerenos, son moléculas con forma de balón de fútbol formadas por 60 átomos de carbono unidos. Y el está lleno de ellas. Así nos lo comunicaron nen su día los científicos de la NASA cuando lo descubrieron en las Nebulosas y en otras regiones del Espacio Interestelar.

No sólo en transistores, móviles o pantallas, este material estará presente por todas partes y, no digamos en el . Por cierto, está presente ya en todas las Nebulosas de la que forman una importante proporción. Lo que decimos siempre: ¡Hay que estudiar la Naturaleza!

Esta de los nanotubos como transistores es debido a su excelente potencial de conducción y su estabilidad química. (http://www.itespresso.es/transistores-de-nanotubos-de-carbono-la-nueva-era-de-la-electronica-49590.html)

Los nanotubos de carbono se emplean en chips de dispositivos electrónicos para disipar el calor, reduciendo la temperatura del microprocesador. Los nanotubos disipan el calor de los chips tan bien como el cobre (utilizado también para disipar calor) y son más resistentes, ligeros y conductores que otros materiales para disipar calor, siendo su muy competitivo. (http://www.laflecha.net/canales/ciencia/noticias/los-nanotubos-podrian-mejorar-la-conduccion-termica-en-la-electronica)

Nanotubos de carbono en la electrónica2

Se han desarrollado transistores de película delgada de nanotubos de para crear dispositivos flexibles y transparentes de alto rendimiento. Para ello, se emplean conjuntos alineados o de nanotubos para hacer transistores y circuitos integrados flexibles.

Estos conjuntos constan de miles de nanotubos que funcionan como semiconductor en forma de película delgada en el que las cargas se mueven a través de cada uno de los nanotubos. Un dispositivo típico tiene mil nanotubos y produce corrientes de salida mil veces mayores a los que tienen un solo nanotubo.

Los conjuntos de nanotubos se pueden transferir por ejemplo a plásticos para las pantallas flexibles, o se pueden agregar a un chip de silicio para mayores velocidades y mayor potencia. (http://www.ru-nuel.com/2011/02/transistores-de-nanotubos-de-carbono.html)

Recientemente se ha desarrollado una tecnología para almacenar energía solar con nanotubos de carbono, que se recargan cuando se exponen al sol. Este método supone menor coste que otras alternativas y mejora con respecto a la conversión eléctrica. (http://fsvelectronicainformatica.blogspot.com/2011/08/nanotubos-de-carbono-permiten-el.html)

Un nanotubo de carbono puede ser o semiconductor según la forma en que se enrolle la lámina de grafito, lo que lleva a emplear los nanotubos como componentes básicos de los transistores, ya que por su pequeño tamaño se podrían introducir muchos transistores en un microprocesador.

Se ha demostrado que la resistencia eléctrica de los nanotubos con vacantes crece exponencialmente con su longitud mientras que en un normal (un hilo de cobre, por ejemplo) la resistencia crece linealmente con la longitud. La presencia de tan sólo un 0,03% de vacantes sea capaz de incrementar la resistencia eléctrica de un nanotubo de 400 nanómetros de longitud en más de mil veces. Este hallazgo podría permitir modificar a voluntad la resistencia en un nanotubo mediante la inclusión controlada de defectos, de manera análoga a como se hace actualmente en los materiales semiconductores. (http://usulutan.foroactivo.com/t146-nanotubos-de-carbono-el-futuro-de-la-nano-electronica)

Hay cuestiones en el mundo de la física cuántica que, literalmente, nos dejan con la boca abierta por el asombro. Como ocurre también con partículas cuya rotación, al duplicarse, resulta igual a un par. Para manipular sus energías hay otra serie de reglas, ideadas por Einstein y el físico indio S. N. Bose. Las partículas que se a la estadística Bose-Einstein son bosones, como por ejemplo la partícula alfa.

A bajas temperaturas los bosones tienden a tener un comportamiento cuántico similar que puede llegar a ser idéntico a temperaturas cercanas al cero absoluto en un estado de la materia conocido como condensado de Bose-Einstein.

Las reglas de la mecánica cuántica tienen que ser aplicadas si queremos describir estadísticamente un de partículas que obedece a reglas de esta teoría en vez de los de la mecánica clásica. En estadística cuántica, los estados de energía se considera que están cuantizados. La estadística de Bose-Einstein se aplica si cualquier de partículas puede ocupar un estado cuántico dad. Dichas partículas (como dije antes) son bosones, que tienden a juntarse.

Los bosones tienen un momento angular nh/2π, donde n es 0 o un entero, y h es la constante de Planck. Para bosones idénticos, la función de ondas es siempre simétrica. Si sólo una partícula puede ocupar un estado cuántico, tenemos que la estadística Fermi-Dirac y las partículas (como también antes dije) son los fermionesque tienen momento angular (n + ½)h / 2π y cualquier función de ondas de fermiones idénticos es siempre antisimétrica. La relación entre el espín y la estadística de las partículas está demostrada por el teorema espín-estadística.

En fin, la Física, esa disciplina que nos lleva hacia el futuro.

¡Las matemáticas! El origen

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                Si miramos … ¿Qué veremos?

                      Muescas en el hueso de Ishango

Lo que veremos es que, las cosas nunca son como parecen ser a primera y, el tiempo pasa inexorable, las cosas cambian sin que nada lo pueda evitar y, los saberes del mundo evolucionan tomando siempre el camino de la perfección. Es decir, vez se hacen las cosas mejor, se depuran las técnicas y, con la experiencia llega el y la sabiduría.

Los expertos occidentales, por ejemplo, dicen que la autoría del teorema de Pitágoras corresponde a éste. A pesar de que los babilonios habían creado el mismo concepto siglos antes. La razón es que Pitágoras o sus seguidores habían creado la primera demostración de este principio fundamental, mientras que los babilonios no lo hicieron. Es lo mismo que pasó (en tiempos más recientes) con Faraday y Maxwell, el primero descubrió con sus experimentos todos los fundamentos encerrados en la electricidad y el magnetismo y, al no saber exponerlo matemáticamente, tuvo que llegar Maxwell que, con sus ecuaciones vectoriales nos dejara una demostración fundamental del electromagnetismo.

Los críticos consideran tan la demostración al estilo griego que su inexistencia en las culturas no europeas desacredita, en su opinión, miles de años de trabajos matemáticos. Claro que, en este punto, no todos estamos de acuerdo y, por mi creo que los pueblos no occidentales sí tenían sus demostraciones, mientras que otros dudan de que sea realmente posible “demostrar” cualquier concepto para toda la eternidad y para su en la totalidad del universo. Es cierto que eterno…no hay nada pero, en todo el universo será válida la ecuación E = mc², de la misma manera que 2 + 2 = 4. Hay cosas que ni el tiempo ni las distancias pueden variar.

La numeración egipcia (escrita) permitía la representación de números mayores que un millón. Utilizaban un sistema aditivo de decimal con jeroglíficos específicos para la unidad y una de las seis primeras potencias de 10.

En la figura podemos ver los símbolos usados para 1, 10, 100 y 1.000. El 10.000 se representaba con un dedo doblado, el 100.000 con un pez y 1.000.000 mediante una figura humana de rodillas y con los brazos alzados.

En un principio escribían los nueve primeros números colocando símbolos de la unidad, uno a continuación de otro; más tarde utilizaron la representación por desdoblamiento mientras los arameos de Egipto usaban un principio ternario (ver tabla).

El escepticismo es oportuno en toda investigación, pero quien investigue las matemáticas no occidentales se enfrenta a menudo con un gran obstáculo. Expertos que han estudiado los sistemas de numeración de la antigua Etiopía, cuentan que los expertos occidentales se negaron en una ocasión a aceptar que esta civilización africana hubiera desarrollado sus propios números. Los números etíopes se parecen a los números egipcios, que son anteriores, y, en menor medida, a los antiguos números griegos –lo cual no es sorprendente, dada, por una la proximidad geográfica de Etiopía con Egipto y, por otra parte, la influencia que ejerció Egipto en las matemáticas griegas. Una serie de cartas escritas por algunos etíopes a personajes griegos y encontradas en Grecia estaban escritas en los dos lenguajes para que las entendieran y, a pesar de ello, algunos “expertos” dudaban que los etíopes hubieran sido capaces de tal sofisticación. Sin embargo, los análisis químicos demostraron que la empleada tenía un color no habitual y los análisis químicos demostraron que la tinta se había fabricado a partir de unas bayas autóctonas de Etiopía.

Nuestro patrimonio matemático y nuestro orgullo occidentales dependen irremediablemente de los logros de la antigua Grecia. Dichos logros se han exagerado tanto que a resulta difícil distinguir qué part3e de la matemática moderna procede de los griegos y cuál es la que su origen en los babilonios, los egipcios, los hindúes, los chinos, los árabes, etc. Sin embargo, si nuestras actuales se basaran exclusivamente en Pitágoras, Euclides, Demócrito, Arquímedes y otros griegos, serían una disciplina bastante deficiente.

En 1908, el historiador de las matemáticas, Rouse Ball escribió:

 

“La historia de las matemáticas no se puede remontar ciertamente a ninguna ni a ningún período que sean anteriores a la etapa de los griegos jónicos”.

 

 

 

En 1952 el historiador Morris Kline escribió:

“Fue en el extraordinariamente propicio suelo de Gracia donde [las matemáticas] garantizaron finalmente una nueva forma de controlar la existencia humana y florecieron espectacularmente durante un breve período de tiempo… Con el declive de la civilización griega la planta quedó aletargada durante unos mil años… [hasta que] esa planta fue llevada de una manera adecuada a Europa y plantada una vez más en el terreno fértil” De un modo esquemático, se interpreta a menudo el significado de esta afirmación entendiendo que ha habido tres etapas de la de las matemáticas:

  1. 1.   Hacia el año 600 a. C., los antiguos griegos inventaron las matemáticas, que estuvieron desarrollando hasta aproximadamente el año 400 d. C., en el cual desaparecieron de la faz de la Tierra.
  2. 2.   A esto siguió un período oscuro para las matemáticas, que duró más de mil años. Algunos expertos admiten que los árabes mantuvieron vivas las matemáticas griegas durante toda la Edad Media.
  3. 3.   En la Europa del siglo XVI se produce el redescubrimiento de las matemáticas griegas que vuelven a florecer de hasta el momento actual.

Claro que este punto de es muy discutible. Nuestros números modernos -del 0 al 9- se desarrollaron en la India (como ha quedado reseñado en escritos expuestos aquí en estos días pasados) durante la segunda etapa, el llamado período oscuro de las matemáticas. Las matemáticas existían ya mucho antes de que los griegos construyeran su primer ángulo recto.

Rouse Ball, desconocía las primeras matemáticas hindúes contenidas en los Sulbasutras (las reglas de la cuerda). Escritos en alguna comprendida entre los años 800 y 500 a. C., los Silbasutras demuestran, entre otras cosas, que los indios de este período tenían su propia versión del teorema de Pitágoras así como un procedimiento para obtener la raíz cuadrada de 2 con una precisión de hasta cinco cifras decimales. Los Sulbasutras ponen de manifiesto la existencia de un rico conocimiento geométrico que fue muy a los griegos.

Otro experto nos dice que, la afirmación de Kline es más problemática, ya que ignora un rico conjunto de matemáticas no europeas que fueron desenterradas hacia mediados del siglo XX, incluidas las matemáticas de Mesopotamia, Egipto, China, la India, el mundo árabe y la América precolombina. También existe el problema de los propios griegos –Demócrito, Aristóteles, Heródoto- prodigaron alabanzas a los egipcios, reconociéndolos como sus gurús matemáticos (aunque con distintas palabras). El hecho cierto es que, antes que los griegos fueron muchos los que aportaron su matemático para que ahora nosotros, sepamos de esa imprescindible y necesaria disciplina que nos sirve para construir puentes, para diseñar veloces trenes, para poder calcular las trayectorias de las naces espaciales que van hacia Marte, o, simplemente, para saber cómo funcionan las leyes de la Naturaleza, los átomos que conforman la materia e incluso, saber sobre densidades y energías en las estrellas.

Repasando todos estos hechos, de alguna manera, podemos llegar a entender aquel “Todo es número ” de los pitagóricos.

emilio silvera