Stargate SG-1: Neutrinos

Hace ya más de un año, comenté dos errores de la película Stargate. Esta película dio origen a una serie de TV bastante exitosa (al menos en EEUU, ya que por estos lares, los canales de TV parece que tienen cierta alergia a la ciencia ficción), y poco a poco se ha ido convirtiendo en una franquicia tipo Star Trek, con tres series de televisión (una de ellas de animación), novelas, comics, videojuegos, juegos de rol... Hoy voy a hablar de la primera serie de TV que se hizo: Stargate SG-1 (para los despistados, “esa en la que sale McGyver”), concretamente de un episodio de la tercera temporada llamado La Calavera de Cristal. En dicho episodio, el SG-1 llega a un planeta con una inmensa pirámide en cuyo interior hay una enorme cámara con una gran radiación de neutrinos, en la que se encuentra un pedestal con la calavera que da título al episodio. Daniel Jackson hace algo con la calavera y queda “desplazado” o “atrapado” en otra dimensión (o algo así), de forma que puede ver y oir todo lo que ocurre a su alrededor, pero nadie puede verle ni oirle a él. Sin embargo, lo interesante aquí es lo de la radiación de neutrinos. En el episodio, los protagonistas detectan inmediatamente dicha radiación, y se dice que estar demasiado tiempo expuesto a ella, es perjudicial.

¿Qué es un neutrino? Bueno, un neutrino es una partícula subatómica (como el protón, el electrón o el neutrón). No tiene carga eléctrica, y su masa es muy muy pequeña. De hecho, es tan pequeña que hasta hace poco no se tenía muy claro si tenía masa o no. En el blog Historias de la Ciencia, hay una entrada muy interesante dedicada al descubrimiento del neutrino, a la que os remito (me encanta el origen de su nombre, “neutrino” que en italiano significa “neutroncito”). Una de las características más llamativas de los neutrinos (y la que nos interesa para el asunto que nos ocupa) es que apenas interaccionan con la materia: no es afectada por la fuerza electromagnética (no tiene carga eléctrica), ni por la fuerza nuclear fuerte, y su ineracción gravitatoria es despreciable, dejándonos solo con la fuerza nuclear débil. Para hacernos una idea de hasta qué punto los neutrinos interactuan tan poco con el resto de la materia, un ejemplo que se suele poner es el siguiente: un objeto de plomo de un año luz de espesor (si lo podéis imaginar), detendría sólo la mitad de los neutrinos que lo atravesaran.

Con este dato, podéis empezar a deducir cuáles son los dos errores que he mencionado. Debido a su casi infinitésima interacción, una radiación de neutrinos es totalmente inocua para el ser humano, o cualquier otra forma de vida conocida. Además, podéis imaginar que detectar un neutrino es bastante complicado. Tuvieron que pasar más o menos 25 años desde su postulación por Wolfgang Pauli (el del Principio de Exclusión) hasta que se comprobó experimentalmente su existencia. Los detectores de neutrinos suelen consistir en gigantescos recipientes rellenos de algún material concreto, y los neutrinos detectados a lo largo de varias horas se pueden contar con los dedos de la mano. En la serie, sin embargo, la capitán Carter lleva un pequeño aparato con una pantallita con números, que le indica en tiempo real la cantidad de radiación.

En fin, que los guinistas podrían haber utilizado cualquier otro tipo de radiación, y habría colado.

Galactica: Volvemos con los Vipers

Hace unos meses, comenté algunas cosillas sobre los Vipers de la clásica serie de TV Galáctica: Estrella de Combate. Entonces vimos algún error que otro, todos ellos derivados del hecho de que viajar por el espacio es muy diferente a volar en un avión. Hoy comentaré algunos más, todos ellos muy similares.

En la serie, parece un argumento recurrente el que alguno de los protas (Apolo o Starbuck) se vea obligado a realizar un aterrizaje forzoso. Así, en el episodio El Guerrero Perdido, Apolo se queda sin combustible y aterriza en un planeta con una ambientación tipo western (duelo incluido). En el espisodio Los Jóvenes Guerreros, es Starbuck el que debe aterrizar tras ser dañado su Viper en un combate. Y sin embargo, hay muy pocos motivos para arriesgarse a una aterrizaje de emergencia cuando viajas por el espacio.

Al contrario que un avión, una nave espacial no necesita propulsarse para “mantenerse volando”. La Primera Ley de Newton nos dice que en ausencia de fuerzas externas, un cuerpo en movimiento se mantiene en movimiento rectilíneo y uniforme. Dado que en el vacío del espacio no hay rozamiento, a menos que nos topemos con un obstáculo en el camino, o nos acerquemos demasiado a algún objeto suficientemente masivo (como un planeta), nuestra nave seguirá viajando indefinidamente una vez se apaguen los propulsores. De hecho, a menos que nos estemos quedemos sin soporte vital, es muchísimo más peligroso intentar una entrada en la atmósfera y un posterior aterrizaje, con un vehículo dañado o sin combustible. Pese a su forma aerodinámica, un Viper no tiene pinta de planear demasiado bien sin motor. Simplemente caería como una piedra

Bueno, tal vez esa sea la causa: la pérdida de soporte vital. Pero en ninguno de los dos episodios se menciona nada relativo al soporte vital. Y en el caso concreto de Los Jóvenes Guerreros, Starbuck iba acompañado por Boomer, y no intentan ningún acoplamiento para pasarle oxígeno o algo similar, sino que directamente se ponen a buscar como locos un planeta donde Starbuck pudiera posarse. Además hay otro detalle que sugiere que simplemente los guionistas ignoraban algo tan básico. En El Guerrero Perdido, Starbuck y Boomer salen a buscar a su compañero, y tras recorrer un largo trecho y gastar gran cantidad de combustible, Starbuck sugiere que apaguen los motores, ya que la inercia los empujará 40 centones más (un centón es una unidad de tiempo imaginaria de la serie, que viene a ser algo así como un minuto). En realidad, en el espacio, la inercia les mantendría indefinidamente a la misma velocidad. Sin rozamiento, no hay nada que frene los vehículos.

Operación Threshold: Vacunas

En su día prometí volver sobre esta serie, y aunque hace semanas que ha desaparecido de la programación, me siento obligado a dedicar algún envío más. A medida que avanzaba la serie, el médico del equipo (Data para los frikis) va recopilando datos de la famosa infección alienígena, para buscar una cura. Constantemente, los personajes se refieren a ella como “vacuna”. Lástima que una vacuna es completamente inútil ante una persona que ya ha contraído una enfermedad, no importa de qué se trate, puesto que las vacunas son remedios preventivos.

¿Qué es una vacuna? Explicado de forma sencilla (y que me perdonen los médicos por la simplificación), una vacuna no es más que la propia enfermedad que se pretende combatir, pero “debilitada” de alguna manera. De esta forma, nuestro sistema inmunitario reacciona contra ella combatiéndola, pero sin que tengamos que sufrir sus desagradables síntomas. Una de las características de nuestro sistema inmunitario es que tiene “memoria”, de forma que una vez ha combatido cierta enfermedad, es capaz de rechazarla de forma muy rápida y eficiente ante sucesivos “ataques” de la misma. Se dice que quedamos inmunizados contra dicha enfermedad.

Ahora es cuando uno pregunta ¿y por qué todos los años cogemos una gripe o un resfriado? ¿Es que no nos inmunizamos? Sí, lo que ocurre es que, hay enfermedades como el resfriado común, que está causada por cientos de virus diferentes, o al menos, diferentes para nuestro sistema inmunitario. Como ya expliqué en un envío anterior, cada vez que cogemos un resfriado nos inmunizamos contra esa variedad concreta. Pero aun quedan muchas otras variedades capaz de hacernos pasar una mala semana.

Fijáos que una vacuna nos inmuniza antes de sufrir la enfermedad en cuestión. No tiene ninguna utilidad ante una persona ya afectada, puesto que su sistema inmunitario ya está generando la misma respuesta que produciría la vacuna. Además, algunas vacunas consisten en los mismos microorganismos vivos que producen la enfermnedad (aunque tratados de forma adecuada para que no se extiendan) y pueden producir algún síntoma. Los que tengáis niños pequeños, tal vez hayáis pasado una mala noche tras vacunar al Rey de la Casa, que se despertaba llorando, con calor en la zona del pinchazo, o incluso con algo de fiebre.

Así pues, no tienen ningún sentido hablar de vacunas, cuando queremos tratar a una persona afectada por una enfermedad, no importa lo exótica que sea.

Alias: Lentes amplificadoras

Vamos a acordarnos de una serie de la que ya he comentado alguna cosa que otra: Alias. En el episodio del pasado fin de semana, los protas tienen que hacerse con un cristal amplificador, capaz de aumentar enormemente la potencia de un láser. Como ejemplo, el extravagante genio Marshall menciona que el simple láser de un reproductor de CD podría ser utilizado para derribar un avión o cortar el acero.

Pues bien, un cristal así, simplemente viola uno de los pilares fundamentales de la física: el conocidísimo Principio de Conservación de la Energía (o Primera Ley de la Termodinámica). Ya sabéis, “la energía ni se crea ni se destruye, sólo se transforma”. El laser de un lector de CD tiene una potencia de unos pocos milivatios (recordemos que la potencia es la energía dividida por unidad de tiempo), y por muchas virguerías que se le hagan, a menos que se le suministre más potencia, dificilmente podremos derribar un avión. Es simplemente imposible aumentar la potencia de cualquier tipo de señal con un dispositivo que no obtenga energía de algún otro sitio. Pensad por ejemplo en un simple sistema Home Cinema. La señal que viaja por el cable que conecta nuestro reproductor de DVD con el amplificador de sonido, tiene muy poca potencia, pero el amplificador está enchufado a la red eléctrica, y extrae de ahí la potencia necesaria para hacer retumbar el suelo de la habitación (y seguramente molestar a los vecinos).

Supongo que muchos pensarán ahora ¿y qué pasa con las lupas y el sol? Todos hemos oído decir (o incluso experimentado) que con una lupa puedes concentrar los rayos del sol y calentar algo (incluso quemarlo). ¿Cómo es posible? Bien, una lupa (o cualquier lente), no aumenta la energía de la radiación solar. Sin embargo, hace converger los rayos de luz de forma que se cortan en un punto llamado foco (o punto focal). En ese punto se concentra toda la energía que ha atravesado la lupa, por lo que su irradiancia es muy grande. ¿Su qué? La irradiancia es una magnitud que se define como la potencia (de una radiación) dividida entre la superficie. En el foco, la potencia recibida sigue siendo la misma, pero como está concentrada en una sección muy pequeña (nunca llega a ser cero, ya que no existen lentes perfectas), su irradiancia es muy grande. Podéis pensar en una analogía con los conceptos de fuerza y presión. La presión es la fuerza dividida entre la superficie, y con un objeto punzante ejercemos más presión sobre una superficie, que con uno romo. Cualquiera puede penetrar su piel con una aguja, simplemente apretando con un dedo; algo imposible si utilizáramos por ejemplo, un dado.

Fijáos que estamos hablando siempre de un punto, que se encuentra a una distancia fija de la lente (la llamada longitud focal). Si la lupa está demasiado cerca o demasiado lejos, el foco no estará sobre el objeto que deseamos quemar, y no conseguiremos nada. Si queremos variar dicha distancia, tenemos que utilizar varias lentes, una detrás de otra, y variar la distancia entre ellas. Así es como funciona, por ejemplo, el objetivo de una cámara (y de ahí la expresión “enfocar”, ya que se intenta que el objeto quede situado en el foco).

Podemos ver dos diferencias fundamentales con el caso de un laser. Al utilizar el sol y una lupa, la potencia en cuestión es la que atraviesa la superficie de la lente. Cuanto más grande sea ésta, de más potencia dispondremos. Por un lado, la potencia que podemos captar del sol es bastante mayor que la producida por un lector de CD. Por otro, en un láser, toda la potencia ya está concentrada en una sección muy pequeña. Para hacernos una idea, el surco de un CD tiene un ancho de 0,5 μm (es decir, 0,0005 mm), por lo que el láser de un lector no puede ser mucho más ancho. Concentrandolo aún más, no conseguiríamos gran cosa.

Velocidad, aceleración y “g”

Hoy toca otra noticia, enviada esta vez por Warren Keffer (no, el de verdad no, que era un personaje de Babylon 5, sino un lector habitual que usa ese pseudónimo), aparecida en el diario 20 minutos. La noticia trata sobre el futuro viaje espacial de un español, propietario de una administración de lotería, y en uno de los párrafos aparece lo siguiente:

Según explica el periódico La Mañana en su edición digital, la nave de Virgin Galactic se transporta a la nave nodriza hasta 16 kilómetros por encima del nivel del mar y cuando el piloto astronauta encienda el motor acelerará hasta 4G, velocidad mayor que la de una bala.

Si vamos a la noticia correspondiente de La Mañana, vemos que en efecto los datos están obtenidos de ahí. Ya tiene delito copiar sin ningún tipo de comprobación, unos datos que aparecen en una noticia ilustrada por un fotomontaje, en el que un señor (debe ser el propietario de la administración de lotería) surca el espacio con un botijo, montado en una escoba, cual bruja piruja. Trasmite bastante poca seriedad. Pero eso es algo más digno de Malaprensa que de aquí. Así que vamos a lo que nos interesa.

Aquí hay una gran confusión entre dos conceptos relacionados pero diferentes, que son la velocidad y la aceleración, o bien un desconocimiento de qué quiere decir eso de 4G. ¿Y qué quiere decir? Bien, g (y en minúscula) es la aceleración producida por la gravedad terrestre a nivel del mar, y como recordaréis del cole (y de otros envíos de este blog) tiene un valor aproximado de 9,8 m/s². Puesto que es una constante que representa una aceleración, se utiliza también como unidad de medida (sobre todo en el mundo de la aviación y la astronáutica), de forma que 1 g es igual a 9,8 m/s² (aproximadamente, el valor exacto es 9,80665 m/s²). ¿Y por qué utilizar esta unidad en vez de las del Sistema Internacional? Pues porque nos da una idea muy buena de lo que sentiríamos sometidos a esa aceleración.

Hace tiempo expliqué que en un sistema de referencia no inercial (es decir, un sistema de referencia con movimiento no uniforme) debemos añadir unas fuerzas “imaginarias” sobre cada objeto del sistema, de forma que produzcan la misma aceleración a la que está sometido el sistema de referencia. Imaginemos un coche que pasa de 0 a 100 km/h en 8 segundos (por ejemplo), con aceleración constante. Si utilizamos como sistema de referencia el coche, debemos añadir a nuestros cálculos una fuerza sobre cada objeto, de forma que le produzca una aceleración idéntica a la del coche (unos 3,47 m/s²) pero en sentido opuesto al movimiento de éste. Si el conductor tiene una masa de 75 kg (por ejemplo), debemos añadir sobre él una fuerza de unos 260 N que le empuje hacia la parte de atrás del vehículo. Aunque he utilizado el adjetivo “imaginarias”, para el conductor del coche esta fuerza será muy real. Todos hemos sentido estas fuerzas al viajar en cualquier vehículo, al acelerar o al frenar (¿quién no se ha caído en un autobús, cuando el conductor frena bruscamente?).

Pero si al conductor le dicen que al pasar de 0 a 100 km/h en 8 segundos, siente que le empuja hacia atrás una fuerza de 260 N, no podría decir así de primeras, si es mucho o no. Existe otra unidad de fuerza más intuitiva (algo que también expliqué en otro envío) llamada kilogramo-fuerza (o kilopondio), y corresponde a la fuerza necesaria para acelerar a 9,8 m/s² un objeto de 1 kg de masa. Es decir, que un objeto de 1 kg es atraído por la Tierra (en la superficie) con una fuerza de 1 kgf. Bien, 260 N son aproximadamente 26,5 kgf, es decir, el conductor sentirá una fuerza equivalente al peso de una masa de 26,5 kg. Eso supone un 35% de su propio peso. Como véis, hemos tenido que realizar unos cuantos cálculos para hacernos una idea de la intensidad de la fuerza

Si utilizamos la unidad g para medir aceleraciones, la cosa sería mucho más simple: 3,47 m/s² equivale a 0,35 g, es decir, todo objeto sometido a esa aceleración, experimentará una fuerza igual a 0,35 veces su peso (es decir, un 35%). Mucho más fácil ¿verdad? Así, si el vehículo de la noticia acelera hasta 4 g, sus pasajeros experimentarán una fuerza igual a 4 veces su propio peso. Como curiosidad, 4 g equivale a 39,2 m/s², y un vehículo con esa aceleración, pasaría de 0 a 100 km/h en tan sólo 0,7 segundos.

No tiene ningún sentido comparar aceleraciones y velocidades, ya que todo cuerpo sometido a una aceleración constante, alcanzará cualquier velocidad que deseemos una vez haya transcurrido el tiempo necesario. No he encontrado cifras precisas, pero una bala suele viajar a velocidades algo por encima que la del sonido (en el aire), en el momento del disparo (depende de la potencia del arma). No parece por tanto digno de mención que un vehículo de esas características sea más rápido que una bala. El viejo Concorde también lo es. Y las velocidades orbitales (sobre todo a tan baja altura) son muchísimo mayores que eso. ¿Tal vez se refiere a que la aceleración de la nave es igual a la de una bala? Bueno, calculemos cuánto tiempo tarda un objeto en en alcanzar la velocidad del sonido (340 m/s en el aire, a 20 ºC), es decir, Mach 1, partiendo del reposo, y con una aceleración de 4 g. A mí me salen unos 8,67 segundos. Es bastante obvio que la detonación de un arma de fuego dura bastante menos, por lo que la aceleración a la que está sometida una bala en ese momento es muchísimo mayor, y sería mortal para cualquier persona.

Por tanto ¿qué querían comparar? ¿Qué tiene que ver una aceleración de 4 g con una bala?

¿Invisibilidad?

Hace un mes recibí un correo electrónico avisándome sobre una noticia en la que se afirmaba que se había descubierto una sustancia capaz de hacer invisible aquello que cubra (gracias Hanlle). La noticia aparecía en Astroseti, y si bien ya el titular “Proponen idea para un dispositivo encubridor” ya es suficientemente sensacionalista (por la implícita referencia a Star Trek, que se pierde en la traducción), la noticia ha aparecido en diversos medios con el exagerado título “Sustancia capaz de hacer invisible todo lo que cubre”, algo que ni por asomo se parece a la realidad.

Y es que según el texto, lo que realmente se ha descubierto es un fenómeno de resonancia capaz de “cancelar” la luz reflejada por una partícula microscópica. En todo momento se hace referencia al hecho de impedir que un objeto refleje la luz recibida, y se utiliza el término invisibilidad. Pero un objeto que no refleje luz, no sería invisible, sino de color negro.

Veamos, cuando un objeto cualquiera es iluminado, parte de la luz que recibe es absorbida, y parte es reflejada. Cuando la luz (reflejada o directa) incide en nuestros ojos, excita unas células fotosensibles existentes en la retina, llamadas conos y bastones. Las cámaras fotográficas, videocámaras, y demás dispositivos similares, funcionan de una manera parecida, solo que la luz incide sobre una película fotográfica o sobre un dispositivo electrónico sensible a la luz.

Tanto nuestros ojos (concretamente, los conos) como los aparatos mencionados, reaccionan de forma diferente dependiendo de la frecuencia de la luz, es decir, dependiendo del color. Supongo que todo el mundo sabe que la luz blanca está compuesta por varios colores. Cuando un objeto refleja toda la luz recibida, lo percibimos de color blanco. Un objeto que refleje únicamente la luz roja y absorba el resto, se vería de color rojo. Y un objeto que absorba toda la luz y no refleje nada, se vería de color negro. Es necesario hacer notar que el color que percibimos de un objeto, depende de la iluminación. Así, si un objeto blanco es iluminado con luz azul, lo veríamos azul ya que es la única luz que refleja. Y si un objeto rojo es iluminado por esa misma luz azul, lo veríamos negro, ya que absorbería toda la luz (no hay luz roja que reflejar, por lo que no reflejaría nada).

Por tanto, un objeto que no refleje o emita luz, lo veríamos de color negro. Y eso no quiere decir que sea invisible, ya que puede ser fácilmente percibido de forma indirecta, puesto que bloquearía la luz procedente de detrás de él, y sería perfectamente visible como una silueta negra. Únicamente sería invisible si detrás de él no hay nada que nos envíe luz a nuestros ojos, bien directa, bien reflejada, como podría ser en un ambiente oscuro, o en la negrura del espacio. Para lograr una invisibilidad real, no sólo basta con evitar la reflexión de la luz, sino que además hay que permitir que la luz atraviese el objeto, o al menos, que emita por un lado la misma luz que recibe por el lado opuesto.

Curiosamente, al final de la noticia, se hace referencia a otra en la que sí se habla sobre una posible invisivilidad real, puesto que el fenómeno descrito no se basa únicamente en absorber la luz, sino que esa energía captada, es luego emitida nuevamente en forma de luz, manteniendo su dirección y frecuencia.