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La fascinante respuesta del físico Richard Feynman a por qué se atraen los imanes

Ciencia

Por: pijamasurf - 11/17/2017

Explicar el magnetismo nos lleva por un túnel de realidad hacia preguntas fundamentales de la naturaleza y de la epistemología en general

Richard Feynman no sólo fue uno de los grandes físicos del siglo XX, fue una de las grandes mentes. Su curiosidad, inteligencia y capacidad de educar a la gente sobre los temas arcanos de la ciencia fue difícil de superar. Sin embargo, el mismo Feynman notó que nuestra capacidad de explicar y entender no alcanza a abarcar la realidad de la física. Famosamente señaló: "es seguro decir que nadie realmente entiende la física cuántica".

En gran medida, Feynman ganó el Premio Nobel por su explicación matemática de la fuerza electromagnética. En este video (subtitulado) vemos cómo un entrevistador le pide que explique algo que parecería más sencillo de lo que es: por qué se atraen los imanes. Claro que la respuesta involucra entender el magnetismo e incluso la electricidad, fuerzas estrechamente ligadas. El problema es que explicar esto en palabras no es fácil. La respuesta de Feynman, como un argumento teórico, sin embargo, es fascinante.

El magnetismo y la electricidad son fuerzas fundamentales que en realidad se usan para explicar todos los fenómenos cotidianos -como por qué la mano no atraviesa la silla- pero no podemos utilizar otras cosas cabalmente para explicar estos fenómenos justamente porque son fundamentales y estaríamos usando cosas que son derivadas o secundarias en los procesos que experimentamos. Asimismo, explicar un fenómeno natural conlleva prácticamente explicar la totalidad del universo, así que debemos satisfacernos con metáforas que no comunican lo que es. El lenguaje no puede describir con exactitud la física más profunda. De alguna manera, los físicos que dominan las matemáticas tienen un entendimiento privilegiado; no obstante, no lo pueden comunicar a personas que conocen las mismas matemáticas. Pero, al decirnos esto, Feynman nos da una clase magistral de razonamiento.

Aquí parte de lo que dice:

¿Por qué se expande el agua cuando se congela y otras sustancias no? ¿De acuerdo? No estoy contestando a tu pregunta pero te estoy explicando lo difícil que es la pregunta del por qué. Debes saber qué es lo que se te permite entender, y lo que admite ser entendido y conocido, y aquello que no lo es. Habrás notado en este ejemplo que entre más pregunto por qué –se pone interesante después, mi idea es que entre más profundo se vuelve más interesante la cosa, y puedes incluso ir más lejos y decir: “¿por qué cayó cuando se resbaló?”. Esto tiene que ver con la gravedad y se relaciona con los planetas y todo lo demás; no importa, ¡sigue y sigue!

Cuando, por ejemplo, preguntas “¿por qué se repelen dos imanes?”, hay muchos niveles diferentes. Depende de si eres un estudiante de física o una persona común que no sabe nada del asunto. Si eres alguien que no sabe nada de esto, lo único que puedo decirte es que la fuerza magnética causa que las cosas se repelan. Y lo que sientes es esa fuerza. Pero contestarías, “qué raro, porque no siento esa fuerza en otras circunstancias… cuando los volteo, los imanes se atraen”.

Hay una fuerza análoga: la fuerza eléctrica, que también es el mismo tipo de pregunta y también es muy extraña. Pero no te preocupa en absoluto el hecho de que cuando recargas tu mano en una silla te detiene, te repele. Al analizarlo, hemos descubierto que es, de hecho, la misma fuerza, la fuerza eléctrica (no la magnética en este caso), pero son las mismas repulsiones eléctricas que están implicadas en mantener tu dedo afuera de la silla, todo está hecho de… es fuerza eléctrica en detalles minúsculos, microscópicos (hay otras fuerzas también involucradas, pero están conectadas a la fuerza eléctrica).

Resulta que las fuerzas magnética y eléctrica, que quiero usar para explicar este evento (esta repulsión), es lo que a fin de cuentas es la cosa más profunda y tenemos que detenernos aquí, pero podemos explicar muchas otras cosas que parecerían…, que todo mundo acepta. Sabes que no puedes pasar tu mano a través de la silla; eso se da por hecho. Pero que no puedas pasar tu mano a través de la silla, cuando se examina de cerca, ¿por qué ocurre? Porque involucra las mismas fuerzas repulsivas que aparecen en los imanes.

La situación, entonces, es tener que explicar “¿por qué en el caso de los imanes la fuerza alcanza una mayor distancia que lo ordinario?”. Eso tiene que ver con el hecho de que en el hierro todos los electrones tienen el spin en la misma dirección, todos se alinean y amplían el efecto de la fuerza, hasta que es tan grande como para sentirla a la distancia. Pero es una fuerza que está presente todo el tiempo y es muy común: es una fuerza primordial (o casi, podría ir todavía un poco más atrás si quisiera ser más técnico). Pero en un nivel básico, sólo te puedo decir que es una de las cosas que debes entender como un elemento del mundo, la existencia de la repulsión magnética (o atracción magnética).

No puedo explicar la atracción en términos de otra cosa que sea familiar para ti. Por ejemplo, si decimos que los imanes se atraen como si estuvieran conectados por una liga elástica, te estaría haciendo trampa, porque no se comportan como las ligas elásticas; estaría en problemas: pronto me preguntarías sobre la naturaleza de la liga. Y en segundo lugar, si tuvieras suficiente curiosidad me preguntarías, “¿por qué las ligas elásticas se estiran y regresan a su forma anterior?”. Tendría que acabar explicando eso en términos de las fuerzas eléctricas, que son las mismas cosas que traté de explicar con la liga elástica. Hubiera sido un gran engaño, como ves. Así que no voy a poder responder a tu pregunta de “¿por qué se atraen los imanes?”, fuera de decirte que lo hacen, y señalarte que ese es uno de los elementos en el mundo entre diferentes fuerzas: hay fuerzas eléctricas, fuerzas magnéticas, fuerzas gravitacionales y otras; y estas son algunas de las partes.

Traducción: IEH

Alquimia cósmica: colisión de estrellas de neutrones nos enseñó cómo se crea el oro en el universo

Ciencia

Por: pijamasurf - 11/17/2017

Las estrellas son, por supuesto, las primeras alquimistas; así se crea el oro a partir de la colisión de dos estrella de neutrones

Una reciente colisión de estrellas de neutrones arrojó luz, literalmente, a la creación de oro y otros metales raros en el universo, mostrando por primera vez la alquimia cósmica que genera estos elementos. 

Los científicos saben que en el origen del universo se creó hidrógeno y cuando las estrellas se forman, fusionan hidrógeno con elementos más pesados como el carbón y el hidrógeno. Cuando las estrellas mueren se crean elementos más pesados, metales comunes como el hierro y el aluminio, los cuales son diseminados en explosiones de supernovas. Hasta hace poco se creía que estas explosiones estelares debían de producir metales más raros como el oro. Sin embargo, ignoraban un paso más. La muerte de una estrella masiva deja una estrella de neutrones. Estas estrellas son de menor tamaño, con un diámetro que suele oscilar entre los 20km. En parte, sus dimensiones se deben a que las estrellas de neutrones son el núcleo colapsado de una estrella mayor, lo cual a su vez, aunque pequeñas, las hace también las más densas de entre las conocidas, con una masa que puede llegar a ser el doble de la de nuestro sol. Por otro lado, se les llama "de neutrones" porque esa es casi la única partícula subatómica que las compone, luego del efecto combinado de la explosión de supernova de una estrella masiva que les da origen y el colapso gravitatorio sobre su núcleo.

Recientemente científicos del Observatorio de Interferometría Láser de Ondas Gravitatorias observaron por primera vez a detalle una colisión de dos estrellas de neutrones, uno de los fenómenos más violentos que pueden ocurrir en el universo y que, por la energía implicada en el choque, culmina con el colapso de ambas estrellas en un agujero negro. Las dos estrellas que chocaron estaban localizadas a 130 millones de años luz de la Tierra, con una masa ligeramente superior a la del Sol y, al momento en que inició la observación, con poco más de 300km de distancia entre sí. Los astrónomos recibieron la alerta sobre el suceso porque ambas estrellas empezaron a girar a tal velocidad que el espacio-tiempo comenzó a alterarse. Al principio, los astros giraban 20 veces por segundo alrededor uno del otro; 100 segundos después, los giros eran de 2 mil veces por segundo, acercándose cada vez más, en una especie de danza fatal e inesperadamente hermosa en su destrucción inminente. Un par de segundos después, el telescopio espacial Fermi de la NASA registró una ráfaga intensa de rayos gamma y restos de materia cósmica. 

En la luz mortecina de la colisión los científicos pudieron resolver el enigma de cómo se forma el oro. En el espectro luminoso yacen las huellas de los elementos -cada elemento tiene una particular huella de líneas dentro del espectro, que refleja una diferente estructura atómica. El espectro de la explosión, lo que se llama una kilonova, contiene huellas de los elementos más pesados del universo; la luz marca la firma del material estelar en decadencia convirtiéndose en platino, oro y otros elementos. Estos elementos necesitan de una enorme cantidad de energía para añadir neutrones a un núcleo atómico, y la explosión observada creó oro igual a unas diez Tierras en cantidad. De esta misma forma fue creado el oro o el platino que puedes estar usando en estos momentos, en el fuego atómico de la colisión de una estrella de neutrones en nuestra galaxia hace miles de millones de años.

El oro de la explosión observada el 17 de agosto tendrá probablemente un destino similar. Se mezclará con polvo y gas en su galaxia natal y posiblemente algún día formará parte de un nuevo planeta donde quizás evolucione la vida.