Los proyectos más raros de la NASA

El Instituto para conceptos avanzados de la NASA (NIAC) cuenta con un presupuesto anual de 4 millones de dólares para trabajar sobre proyectos que para más de uno le pueden parecer sencillamente delirantes. Pero en realidad, lo que caracteriza a estos planes es que, según su director, Robert Cassanova, están adelantados entre 10 y 40 años. “En el NIAC, si una investigación no entraña riesgo, no consigue financiación”, explica Ross Hoffman, vicepresidente de Investigación Atmosférica y Ambiental de Lexington, Massachussets, Estados Unidos. Durante los últimos años, el NIAC financió más de un centenar de proyectos estrafalarios como, por ejemplo, un sistema de tránsito rápido interplanetario, trajes espaciales que cambian de forma, ejércitos robóticos para destruir asteroides que amenacen a la tierra, un ascensor espacial que se utilizaría para transportar carga al espacio compuesto por 62.000 millas de nanotubos de carbono, alteración de la trayectoria de los huracanes utilizando microondas, y la lista sigue y sigue. Brian Chase, vicepresidente de la Space Foundation, considera que estas investigaciones son de importancia crítica: “Es imposible hacer descubrimientos revolucionarios si lo único que se financia son las aplicaciones inmediatas, a corto plazo”, dijo.

El telescopio espacial “Webb” será el sustituto del “Hubble”, la maravilla de la astronomía durante los últimos quince años. Según los planes de la NASA, el nuevo telescopio debería entrar en funcionamiento en 2012, coincidiendo con la destrucción del “Hubble” en su choque con la atmósfera terrestre.

El astrónomo de la Universidad de Arizona George Rieke ha afirmado que el nuevo telescopio será mejor, más grande y con capacidad de funcionar en una nueva longitud de onda. Así, según Rieke, “Webb” abrirá nuevas posibilidades en la exploración del Universo, tal y como sucedió en la última década con los hallazgos hechos por el “Hubble”.

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Se han llevado a cabo muchos modelos y las distintas teorías que circulan por ahí nos hablan de muchas cuestiones. Sin embargo, la relatividad general predice que tiene que haber una singularidad en el pasado, y cerca de esa singularidad la curvatura (del espacio) debe de ser muy alta; la relatividad clásica se anula, y habrá que tomar en cuenta los efectos cuánticos. A fin de comprender las condiciones iniciales del universo, debemos dirigirnos a la mecánica cuántica, y el estado cuántico del universo determinará las condiciones del universo clásico.

En realidad, lo que allí surgió fue una descripción de evolución cósmica de una extraña belleza. Todas las lineas del universo divergen de la singularidad de la génesis, como las líneas de longitud proceden del polo norte en el globo terráqueo.

Algunos dicen que la pregunta de cuándo empezó el tiempo o cuándo terminará no tiene ningún sentido: “Si es correcta la afirmación de que el espacio-tiempo es finito pero limitado -dijo Hawking en una ocasión-, el Big Bang es más bien como el polo norte de la Tierra. Preguntar que ocurre antes del Big Bang es como preguntas que ocurre en la superficie de la Tierra dos kilómetros al norte del Polo norte. Es una pregunta sin sentido.”

El tiempo imaginario, en opinión de Hawking, era el tiempo de antaño y el tiempo futuro, y el tiempo que nosotros conocemos no es más que la sombre de la simetría rota del tiempo original. Cuando una calculadora contesta “error” si se le pregunta el valor de la raíz cuadrada de -1, nos está diciendo, a su modo, que ella pertenece a este universo, y no sabe como indagar en el universo como era antes del momento de la génesis. Y este es el estado de la ciencia, hasta que tengamos las herramientas para explorar el régimen muy diferente que prevalecía cuando empezó el tiempo.

Otro enfoque cuántico de la génesis, defendido por Hohn Wheeler, subraya la cuantización del espacio mismo. Así como la materia y la energía están hechas de cuántos, afirma esta linea de razonamiento, también el espacio debe ser cuantizado en sus cimientos. A Wheeler le gustaba comparar el espacio cuantico con el mar: contemplado desde una órbita, la superficie del océano parece lisa, pero si salimos en un bote de remos a recorrer la superficie, “vemos la espuma y las olas que rompen. Y con esta espuma es como describimos la estructura del espacio y las escalas más pequeñas”.

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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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En las fronteras de la Física del estado sólido

La Nanociencia y la Nanotecnología es un conjunto de conocimientos teóricos y prácticos que nos permiten determinar como se comporta el denominado nanomundo (el ámbito en el que el tamaño de los objetos tienen entre 1 y 100 nm). A partir de estos conocimientos se están haciendo continuamente interesantes y arriesgadas propuestas sobre nuevos procedimientos, materiales y dispositivos que muy probablemente se convertirán en los bienes de consumo que inundaran nuestras casas, oficinas, hospitales y vehículos, etc. en las próximas décadas. Demos un repaso a este interesante tema.

Puede decirse que el comienzo de la Nanotecnología se remonta a 1959 cuando el físico y premio Nobel Richard Feynman pronunció en el Instituto de Tecnología de California su ahora famoso discurso. Feynman trató en su conferencia del problema de la manipulación individual de objetos tan pequeños como átomos y moléculas y de las múltiples oportunidades tecnológicas que ofrecería dicha manipulación. En aquel momento su discurso no tuvo una gran repercusión, pero hoy día muchas de sus predicciones se han cumplido con bastante exactitud.

Sin embargo, la palabra “Nanotecnología” fue acuñada en 1974 por el profesor N. Taniguchi de la Universidad de Ciencias de Tokio en un artículo titulado “On the Basic Concept of ´Nanotechnology”, que se presentó en una conferencia de la Sociedad japonesa de Ingeniería de Precisión. En este contexto la Nanotecnología se presenta como la tecnología que nos permitirá separar, consolidar y deformar materiales átomo a átomo o molécula a molécula.

En el año 1986 las ideas de Feynman y Taniguchi se concretaron algo más, cuando E. Drexler publicó el libro titulado “Engines of Creation” en el que describe como sería viable construir desde ordenadores hasta maquinaria pesada, ensamblando molécula a molécula, ladrillo a ladrillo, mediante nanorobots ensambladores, que funcionarán de un modo parecido a como lo hacen los ribosomas y otros agregados moleculares en las células de nuestro cuerpo. Este conjunto de ideas, elaboradas y desarrolladas en el período de 1960-1990, han sido el punto de arranque de lo que hoy día conocemos por Nanotecnología, el bagaje creciente de conocimientos teórico-prácticos que nos permitirán dominar la materia en la región de dimensiones comprendidas entre 1 y 100 nm, y que denominamos nanoescala.

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Promovido por GRAVEDAD CERO, una página Web dinámica y de iniciativas novedosas, de esas que impulsan el sector y activan los mercados que, como en el caso que nos ocupa, están relacionados, principalmente, con la divulgación de la Física, disciplina que hoy día, es la abanderada de las nuevas tecnologías del futuro y la que hace posible que, la Humanidad, cada día que pasa pueda vivir mejor.

GRAVEDAD CERO, como antes digo, puso en marcha la idea de este “Carnaval” que, ahora ha cumplido su primer año y, desde luego, se puede decir, sin temor a equivocarnos que, ha conseguido un éxito notable de participación, de difusión, de divulgación y de diversidad. El Objetivo propuesto se ha cumplido sobradamente.

La Física es la Ciencia que estudia las leyes que determinan la estructura del Universo con referencia a la materia y la energía de la que está constituido. Se ocupa no de los cambios químicos que ocurren, sino de las fuerzas que existen entre los objetos y las interrelaciones entre la materia y la energía.

Tradicionalmente, el estudio se dividía en campos separados: calor, luz, sonido, electricidad y magnetismo y mecánica (física clásica). Desde el siglo pasado sin embargo, la mecánica cuántica y la física relativista han sido cada una más importantes; el desarrollo de la física moderna ha estado acompañado de los estudios en física atómica, física nuclear y física de partículas. La física de los cuerpos astronómicos y sus interacciones recibe el nombre de Astrofísica; la física de la Tierra se conoce como Geofísica, y el estudio de los aspectos físicos de la Biología se denomina Biofísica. Todo ello está controlado por la Física teórica y la experimental.

La Iniciativa de GRAVEDAD CERO (que ahora ha cumplido su primer año), ha dado la oportunidad para que muchos Blogs se unan a la fiesta y, con sus aportaciones, han tenido la oportunidad de enriquecer el Proyecto.

Aquí se ha hablado de la Física relacionada con muchos ámbitos del saber: Química, Biología, Astrofísica, etc. y, no se han olvidado buenos artículos en los que se han destacado la importaqncia de la Física para la Medicina actual.

En realidad, en este año que ha pasado volando, el CARNAVAL DE FÍSICA ha posibilitado a muchas personas que pudieran acceder a conocimientos que no tenían, y, lo mismo a gente no versada que a los propios profesionales de la Física, el evento les ha servido, algunos para aprender, otros para recordar cosas olvidadas y, a todos ellos para enriquecerse con las ideas expuestas por todos los compañeros participantes.

Sólo me queda felicitar a los Autores de la idea que, desde luego, han triunfado merecidamente por tener una iniciativa que, de manera desinteresada, ha causado una pequeña revolución.

¡Que siga El Carnaval!

emilio silvera

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