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viernes, octubre 24, 2008

Todas las cosas tienen su final

No, no, tranquilos. No me estoy despidiendo. Resulta que esta semana, al llevar a mi preciosa nena al pediatra, en la sala de espera había un ejemplar de la conocida revista «Muy Interesante» (septiembre de este año), y en su portada aparecía como titular principal, algo así como «Ya se sabe cómo acabará todo» (cito de memoria, tal vez no sea exacto). Me sorprendí mucho, ya que hasta donde yo sé, aún no se conoce cómo será el fin del universo. De hecho, se barajan tres posibles finales: el Big Crunch, donde la gravedad terminará frenando la expansión del universo, y lo contraerá hasta que se colapse sobre sí mismo, como en un Big Bang marcha atrás; el Big Rip, donde la energía oscura acelerará cada vez más la expansión, venciendo las cuatro fuerzas fundamentales, deshaciendo galaxias, sistemas planetarios, hasta la propia materia, quedando una inmensa nube de partículas elementales; y la muerte térmica, inevitable por culpa de la implacable Segunda Ley de la Termodinámica, de forma que si el universo no termina por algún otro motivo, lo hará de esa forma.

Así que busqué el artículo, para ver si se había realizado algún nuevo descubrimiento sobre el tema, y resulta que no. De hecho, en el artículo se exponían diferentes finales para tres cosas: la humanidad, la Tierra (nuestro Sol, más bien), y el propio Universo. En los tres casos hay varios posibles finales, y así se explicaba en el artículo, por lo que el titular era totalmente falso. Esto sería más bien un caso de mala prensa (titular engañoso), pero en el propio artículo se mencionaban una serie de cosas que sí entran dentro de mala ciencia.

Al hablar de los posibles finales de la vida humana, se comenzaba mencionando una idea propuesta por un filósofo (no recuerdo el nombre), para calcular la probabilidad de que la humanidad se extinga en determinado intervalo de tiempo. Así, se exponía un experimento mental como analogía, en el que se tiene una caja llena de bolas numeradas (comenzando por 1 y de forma secuencial, de forma que el número más alto coincide con el total de bolas). No sabemos si en la caja hay 10 bolas o 10 millones. Pero si sacamos una bola al azar, y resulta que tiene el número 7, es mucho más probable que haya 10 bolas en la caja, que 10 millones, y dicha probabilidad se puede calcular. Una vez planteado esto, se explicaba que en el mundo real, el número de la bola extraida sería el total de nacimientos que ha habido desde el inicio de la especie humana, y aplicando las mismas matemáticas, se puede calcular cuál es el número máximo de nacimientos (bolas) más probable.

Pero esa analogía tiene una trampa. Si consideramos que cada nacimiento es una bola numerada, entonces no estamos extrayendo una bola al azar. Lo que estamos haciendo es extraer las bolas una a una, por orden. Volviendo al experimento, las 5 primeras bolas serán por narices, las que van numeradas del 1 al 5, y eso no me dice nada en absoluto de si es más probable que haya 10 ó 10 millones de bolas. De hecho, si utilizamos el razonamiento que nos plantean, al sacar las primeras bolas, el cálculo nos dirá que lo más probable es que en la caja haya pocas bolas; y a medida que vamos sacando más y más, nuestros cálculos aumentarán cada vez más el número total de bolas de la caja. Y al sacar las últimas bolas, pensaremos que quedan muchísimas más todavía. En fin, que no me parece en absoluto una forma válida de calcular la fecha de la posible extinción de la especie humana.

Lo curioso es que se proponían diversos finales, todos ellos destructivos, como impactos de meteoritos, pandemias mortales, guerras con armas de destrucción masiva (aunque dado que sobrevivimos a la Guerra Fría, creo que este es el menos probable, pese a nuestro belicismo), etc. No se proponía algo tan simple (y común, si no, la vida seguría igual que hace millones de años), como el que nuestra especie evolucionara, adaptándose a los cambios del ecosistema, hasta que ya no seamos homo sapiens, sino otra cosa. Bueno, se mencionaba el calentamiento global, pero también de forma catastrófica, y que provocaría extinciones en masa, no como un cambio al que las especies se adaptaran.

En el apartado dedicado a explicar los posibles finales del universo, se hace también una introducción desafortunada: así, se menciona que los antiguos griegos tenían razón al pensar que el universo estaba formado de cuatro elementos fundamentales, puesto que así ocurre en realidad: materia, energía, materia oscura y energía oscura.

Bueno, pues va a ser que no. Los griegos pensaban que todas las cosas estaban hechas de una combinación de aire, agua, tierra y fuego. Y sí, son cuatro, pero hasta ahí el parecido. Además, la materia oscura no es un «algo» diferente de la materia. La materia oscura es materia, con la única característica de que no emite radiación electromagnética (como luz) detectable por nosotros, pero que se sabe que existe por sus efectos gravitatorios. Y aunque aún no se sabe con seguridad qué es la materia oscura, los planetas entrarían perfectamente en dicha definición. El único problema de la materia oscura es saber qué es exactamente, y por qué está ahí. Pero es materia.

Por otro lado, ni materia ni energía (la energía oscura aún no se sabe muy bien lo que es, así que la dejaremos de lado) son componentes fundamentales del universo. Estos componentes son las partículas elementales, que forman tanto la materia como la energía. Sí, la energía también. Recordemos, por ejemplo, que la radiación electromagnética está formada por fotones. Estas partículas elementales son los componentes fundamentales del universo (y son más de cuatro).

jueves, octubre 16, 2008

CSI NY: «Crackeando» con chaquetas inalámbricas

Carátula de la cuarta temporada

Tras ver el episodio de CSI: NY de esta semana (y si no lo habéis visto, no sigáis), no puedo evitar comentar la «chaqueta inalámbrica» que usan los delincuentes. Recordemos un poco la trama: un genio fabrica unas chaquetas (de esmoquin, creo recordar) en cuyo interior hay una serie de alambres a modo de antenas, y un microprocesador. La chaqueta es capaz de conectarse de forma inalámbrica a los dispositivos que tenga cerca (no solo ordenadores, sino PDAs, móviles, etc.), y descargarse todos sus datos. Además, de alguna forma, las ondas electromagnéticas que emite, interfiere en aparatos eléctricos, de forma que las luces se encienden o parpadean. Así, en el laboratorio de los CSI, tras cortar la corriente al descubrir que había un acceso no autorizado en la red informática, a los pocos segundos se encienden las luces de la mesa donde estaban examinando la chaqueta.

Bueno, obviemos el hecho de que no nos explican de donde obtiene la energía, o dónde almacena los datos la chaqueta (podría tener pequeñas baterías, y memorias flash en su interior). Lo primero que debe de llamarnos la atención es que la chaqueta parece ser capaz de meterse en cualquier red o dispositivo. Sin embargo, por la propia naturaleza de un acceso inalámbrico, el dispositivo en cuestión debe permitir dicho sistema de comunicaciones. Es decir, a menos que el aparato en cuestión tenga Wi-Fi, Bluetooth o algo similar (y que la chaqueta además tenga implementado dicho acceso) será imposible hacer nada. Si la conexión de tu aparato con el mundo exterior, es únicamente con cables, no hay nada que hacer.

Uno puede imaginar que un PC doméstico moderno, es fácil que tenga algún acceso inalámbrico (a la mayoría de la gente le gusta tener lo último), pero me cuesta creer que la policía de NY tenga redes inalámbricas en sus edificios. Una comunicación de este tipo es inherentemente más insegura que una comunicación por cables. Independientemente del cifrado que pueda tener la comunicación (usar Wi-Fi sin cifrar es una invitación a todos los amigos de lo ajeno), cualquiera puede «escuchar» una transmisión por el aire, sin ser detectado. Interceptar una comunicación por cable es más complicado, puesto que hay que tener acceso físico al cable, en primer lugar. Además, un «pinchazo» puede detectarse, ya que si el aparato utilizado es pasivo, al receptor legítimo le llega la señal con menos potencia, puesto que parte de ella es desviada hacia la escucha ilegítima. Con una conexión inalámbrica esto no sucede, puesto que se irradian ondas electromagnéticas en todas direcciones. Sería como intentar averiguar si, al hablar, alguna persona extraña de alrededor está escuchándote o no.

Tenemos también el hecho de que la chaqueta accede sin problemas a toda la información. Todos conocemos más o menos que es eso de los «hackers» y «crackers» (que conviene no confundir: el cracker vendría a ser un hacker seducido por el lado oscuro), y sabemos que ocurren robos de información, ataques a ordenadores, virus informáticos, y todo eso. Pero cualquier tipo de acceso no autorizado, es debido a un error de programación del sistema. Un error que además permita hacer ciertas cosas que no se deberían hacer. Y eso ocurre, pero cada sistema tiene sus diferentes vulnerabilidades (si las tiene). La chaqueta del episodio, parece ser capaz de «crackear» todo lo que se le ponga a tiro, lo que supone que sabe aprovechar todas las vulnerabilidades conocidas de todos los sistemas. Y no sólo estamos hablando de todo el posible software que puede tener un ordenador (y no todo es Windows en el mundo), sino de vulnerabilidades en PDAs y teléfonos móviles.

Pero no lo ya no tiene ningún sentido es que la chaqueta encienda luces y aparatos. Al principio del episodio, el ladrón es sorprendido con las luces encendidas, cosa que extraña a los CSI. Más adelante, deducen que las luces se encendieron solas, por obra de la chaqueta, al igual que la iluminación de la mesa del laboratorio se encendió, pese a haber cortado el suministro eléctrico.

Un aparato eléctrico cualquiera, y las luces no son ninguna excepción, funciona cuando es sometido a determinado voltaje, y atravesado por determinada intensidad de corriente. Un interruptor eléctrico, como su nombre indica, interrumpe la corriente eléctrica. Puede ser algo tan simple como un pequeño trozo de material conductor, que mecánicamente abre o cierra el circuito, interrumpiendo o permitiendo la circulación de la corriente eléctrica. Y si el circuito está abierto, no hay nada que hacer.

Bueno, uno puede pensar que habrá instalaciones muy sofisticadas, cuyos interruptores no sean mecánicos, sino electrónicos, de forma que se puedan encender y apagar las luces con mandos a distancia, o cosas así. Pero en la escena del laboratorio, los CSI cortan la corriente de toda la habitación, tanto alumbrado como enchufes, lo que implica el uso de algún interruptor general, fusible o el clásico «automático», que son mecánicos, e interrumpen físicamente el circuito. Así, no hay forma de que las luces de la mesa se puedan encender.

jueves, octubre 09, 2008

SG-1: Cielo Rojo

Carátula del pack DVD de la quinta temporada de la serie

Hoy volvemos a la serie «Stargate: SG-1», con un episodio del que se pueden comentar varias cosas, todas ellas derivadas del elemento principal de la trama. El episodio en cuestión se titula «Cielo Rojo» (quinta temporada). En él, nuestros amigos llegan a un planeta de forma un poco accidentada, ya que la Mayor Carter tuvo que hacer algún apaño con el Stargate, al marcar las coordenadas. El planeta está habitado (por una cultura que adora a los Asgards), y al poco rato de llegar, el sol se vuelve rojo. Esto supone un terrible problema, ya que al recibir únicamente luz roja, las plantas no realizan la fotosíntesis, y por tanto, no se genera oxígeno (que obviamente es consumido por todos los seres vivos). Esto produciría con el tiempo, la muerte de toda la vida del planeta. La Mayor Carter teoriza que el sol se ha contaminado accidentalmente con plutonio (tiene que ver con el funcionamiento del Stargate y el apaño que hizo, pero eso no viene ahora al caso), y tras un rato, deduce que podrían arreglarlo si transportaran al mismo, algún elemento superpesado estable, con peso atómico superior a 200. Pero dichos elementos no existen en la naturaleza, y recurren a un científico (de la Tierra) que había sintetizado durante 5 años, justo lo que necesitaban.

De momento lo dejaremos aquí, ya que con esta trama tenemos tres temas diferentes donde encontrar mala ciencia: biología, astrofísica y química.

Comencemos por el problema de la luz. Bueno, como todos recordaréis, en el cole nos enseñaron que la fotosíntesis es un proceso mediante el que las plantas absorben luz y transforman materia inorgánica en orgánica, desprendiendo oxígeno (hay otros tipos de fotosíntesis, pero ésta es la que nos interesa). Ciertamente, sin la fotosistesis, la vida tal y como la conocemos es imposible. Por un lado, las plantas son el suministro de oxígeno necesario para la vida. Por otro, son el pilar sobre el que se apoya toda la cadena alimenticia, ya que son los únicos seres vivos que no se alimentan de otros.

En el episodio se establece que con luz roja no se produce fotosíntesis. Pero eso no es cierto, ya que la clorofila absorbe tanto luz azulada como rojiza. De hecho, es verde porque refleja la luz verde y absorbe el resto. Así que la fotosíntesis de las plantas no se detendría por el cambio de luz. Podemos pensar, no obstante, que al recibir menos cantidad de energía luminosa (hemos perdido la parte azul del espectro), se produciría menos oxígeno, y que sería igualmente devastador para el ecosistema, y tal vez letal para la especie humana. En cualquier caso, me gustaría elogiar la imaginación de los guionistas por evitar el tópico de la estrella inestable que va a explotar, y proponer un efecto más sutil, pero igualmente destructivo para la vida.

Vayamos ahora con el cambio de color de la estrella. En el episodio, la estrella tarda unos minutos en volverse roja, sin variar su tamaño. La causa: una «contaminación» con plutonio (Carter lo llama «envenenamiento con plutonio»). Veamos, el color de una estrella depende de la temperatura de su superficie. De hecho, los astrónomos calculan la temperatura superficial de las estrellas en función del espectro de la luz que emiten (su color, para entendernos), y han creado un sistema de clasificación estelar basado en él. Según este sistema, las estrellas se clasifican en uno de estos tipos, de mayor a menor temperatura: O (azul), B (blanco azulado), A (blanco), F (blanco amarillento), G (amarillo), K (naranja) y M (rojo). Como veis, las estrellas rojas están en la cola de la clasificación, y son las estrellas más frías.

Fotograma del episodio, que muestra un paisaje con iluminación rojiza

¿De qué depende la temperatura superficial (y por tanto, el color) de una estrella? En estrellas de la secuencia principal (etapa en la que las estrellas pasan la mayor parte de su vida), básicamente depende de su masa. Como comenté hace poco (en un envío dedicado también a esta serie), una estrella se mantiene en equilibrio debido a la acción de dos fuerzas opuestas: su gravedad y la expansión producida por las reacciones nucleares. Parece fácil ver que cuanta más masa tenga una estrella, mayor será su gravedad, y por tanto, para mantenerse en equilibrio, mayor será la fuerza de expansión, debido a una mayor «combustión» del hidrógeno de su interior, y más energía liberará. Es decir, cuanto mayor sea la mása, más caliente será la estrella. Además, la densisdad de estas estrellas no varía demasiado entre ellas, por lo que a más masa, más tamaño.

Esto trae como consecuencia algo curioso, que al principio parece ir en contra de la intuición: cuanto más grande sea la estrella, más corta será su vida. En efecto, aunque uno puede pensar que si una estrella tiene más hidrógeno que otra, debería «durar» más, la que tiene más masa consume su hidrógeno a un ritmo mucho mayor. Esto hace que las estrellas de la secuencia principal, cuanto más calientes, más efímeras. Puesto que las estrellas rojas son las más frías, son las más longevas, así como las más pequeñas (y también las más tenues). Por ello, se las llama enanas rojas. Estas estrellas son más pequeñas y con menos masa que nuestro sol.

Las enanas rojas no son las únicas estrellas rojas. En varias ocasiones he comentado que a medida que una estrella de la secuencia principal agota su hidrógeno, se expande hasta formar una gigante roja. Sin entrar en detalles, lo que ocurre es que el núcleo se comprime, y por tanto se calienta. Esto inicia nuevas reacciones nucleares que aumentan la fuerza expansiva de la estrella, rompiendo su equilibrio. Así la estrella se hincha, hasta encontrar un nuevo punto de equilibrio. Aunque se produce más energía, al aumentar tanto el tamaño de la estrella, el calor generado debe repartirse por más volumen, estando además la corteza más separada del nucleo, lo que hace que la temperatura superficial disminuya.

Volviendo al episodio, hemos de suponer que la estrella del planeta que visita el SG-1 es amarilla, como nuestro sol. La temperatura superficial de las estrellas de tipo G (amarillas) se encuentra entre los 5.000 y 6.000 K, y las de tipo M (rojas) entre 2.000 y 3.500 K. Es decir, la superficie de la estrella tendría que haberse enfriado algunos miles de kelvins, sin cambiar de tamaño. Y eso es imposible. Un cambio de temperatura implica una alteración del equilibrio de la estrella, y por tanto, implica un cambio en el tamaño de la estrella. Ya no hablemos de si un poco de plutonio puede provocar un cambio tan radical en una estrella, y que además ocurra en pocos minutos.

Veamos ahora la solución que propone Carter: depositar en el interior de la estrella un elemento más pesado y estable. Concretamente, uno de peso atómico superior a 200, álgo que, según ella, no ocurre en la naturaleza, y sería necesario sintetizarlo en aceleradores de partículas. Pues va a ser que no. Existen elementos de peso atómico superior a 200 en la naturaleza, como el plomo, el bismuto, o el radón. El propio plutonio tiene un peso atómico superior.

Fotograma del episodio, que muestra a la Mayor Carter hablando con dos manzanas en las manos

Es posible que lo que los guionistas hayan confundido el concepto de peso o mása atómica, con el de número atómico. En el colegio nos enseñaron que el número atómico de un elemento, es el número de protones de su núcleo. Este número es el que define a un elemento, y lo diferencia de otro. Por otro lado, la masa atómica de un elemento, es la masa de un átomo, expresado normalmente en unidades de masa atómica (u), que corresponde a la duodécima parte de la masa de un átomo de carbono-12 (el isótopo más común del carbono). Un átomo de carbono-12 tiene un núcleo formado por 6 protones y 6 neutrones, y una corteza de 6 electrones. La masa de un protón es muy similar a la de un neutrón, y ambas son muy superiores a la de un electrón. Por tanto, la masa atómica corresponde aproximadamente con el número total de protones y neutrones de un átomo. Hay que añadir que los elementos pueden tener distintos isótopos. Recordando nuevamente las lecciones de química del colegio, los diferentes isótopos de un mismo elemento, tienen distinto número de neutrones en el núcleo (el número de protones es siempre el mismo, o estaríamos hablando de otro elemento), por lo que obviamente, tienen distinta masa. Así, cuando se habla de la masa atómica de un elemento, sin especificar un isótopo en concreto, uno se refiere a la media de las masas atómicas de sus isótopos, ponderada según su abundancia en la naturaleza.

Pero si querían referirse a alún elemento con número atómico superior a 200, tenemos otro problema. Sí, es cierto que tales elemento no existen en la naturaleza, y que podrían sintetizarse en un acelerador de partículas. De hecho, el plutonio, con número atómico de 94, es el último elemento de la tabla periódica que aparece en la naturaleza. De ahí en adelante, todos son sintéticos. El problema es que el motivo por el que dichos elementos no aparecen en la naturaleza, es que son inestables. Su vida media es demasiado corta (en ocasiones, de segundos o menos), y se desintegran rápidamente, transmutándose en otros elementos más ligeros. De algunos de ellos, ni siquiera se conoce su apariencia o propiedades químicas, ya que al sintetizarse en aceleradores de partículas, sólo se han obtenido átomos contados. Además, el último elemento sintetizado (ununoctio) tiene número atómico de 118, habiéndonos saltado el 117 (ununseptio), aún por sintetizar/descubrir. El salto hasta el 200 (habría que llamarlo «binilnilio») es brutal, y la experiencia previa indica que sería también inestable.

Otro detalle importante es que no hay aparentemente ninguna razón para que Carter se decante por el 200. La tabla periódica de los elementos, se llama así, porque determinadas propiedades aparecen periódicamente a medida que avanzamos por la tabla. Los elementos de una misma columna comparten características. Por ejemplo, todos los elementos de la columna VIII-A (grupo 18 o gases nobles), son gases y químicamente inertes. El razonamiento de que a partir de determinado número atómico, los elementos van a tener determinadas propiedades (arreglar el envenenamiento por plutonio), va en contra de este concepto.

viernes, octubre 03, 2008

El Imperio Contraataca: asteroides y gusanos gigantes

Carátula original de El Imperio Contraataca

Debido al reciente estreno en cines de la nueva película de la saga de Star Wars, The Clone Wars (no sé por qué no han traducido el título), nos han deleitado en la tele con todas las películas anteriores. Ello me ha recordado una cosilla que siempre me llamó la atención de El Imperio Contraataca (la segunda peli, el quinto episodio): el interior del gusano gigante que habita en el asteroide.

Recordemos un poco lo que ocurre: El Halcón Milenario se interna en un campo de asteroides (muy denso, por cierto, nada que ver con el dispersísimo cinturón que tenemos por aquí cerca) perseguido por unos cazas imperiales. Tras unas escaramuzas, Han Solo decide esconder la nave en el interior de un crater, de un asteroide bastante grande. Más adelante, descubren que hay algo extraño en el exterior. Salen a investigar con unas máscaras de oxígeno, y resulta que el interior del crater se mueve. Vuelven a bordo del Halcón, y despegan, para descubrir que en realidad estaban en el interior de un gigantesco gusano que habitaba en el crater del asteroide. Tan grande que el Halcón Milenario puede pasar entre sus colmillos.

No, no voy a reflexionar sobre el gusano en sí, o cómo vive y se alimenta (comerá roca, imagino, porque otra cosa no tiene a mano), sino de algo que incluso en el universo fantástico de Star Wars, no tiene mucho sentido. Los protagonistas salen al exterior equipados únicamente con una máscarilla de oxígeno, con su ropa normal. No usan ningún tipo de traje presurizado. Pero en el espacio, el problema de sobrevivir a la intemperie, no es únicamente la ausencia de oxígeno, sino la ausencia de presión.

Un asteroide no tiene atmósfera, por un motivo muy simple: su escasa gravedad. Las atmósferas planetarias son retenidas por la gravedad del planeta en cuestión, y un asteroide, por muy grande que sea, simplemente no puede tener atmósfera. Incluso nuestra luna, que no está mal de tamaño y masa (suficiente para ser esférica), prácticamente carece de ella. En estas condiciones, una máscara de oxígeno no nos serviría de nada. Moriríamos por la ausencia de presión exterior.

Alguien podría argumentar que dado que no estaban realmente en expuestos al exterior, sino dentro de un gusano gigante, tal vez el bicho tuviera gases dentro, y la suficiente presión «atmosférica». Pero la cuestión es que ellos pesnaban que estaban simplemente en un crater, y salieron casi a pecho descubierto (sobre todo Chewbacca).

Fotograma de la película, que muestra al Halcón Milenario pasando entre los dientes del gusano gigante

Otro detalle importante es el relativo a la gravedad y la orientación arriba-abajo. Por un lado, en un asteroide no hay la suficiente gravedad como para que unas personas caminen tranquilamente. Un simple paso mal dado, podría hacer que nos separáramos del suelo durante un buen rato. Además, tanto al entrar como al salir del crater, vemos que éste es claramente vertical. Sin embargo, mientras el Halcón está posado y los protas caminan por el tunel (el estómago del gusano, más bien), éste parece horizontal, de forma que lo que para ellos es el suelo, en realidad es una pared. Dentro del Halcón no hay problema, ya que se supone que las naves tienen algún sistema de gravedad artificial. Pero una vez salen al exterior, ya no hay excusa.

Y sí, ya sé que la saga es más fantasía que ciencia ficción. Y por eso nunca me veréis escribir sobre la Fuerza, o las espadas de luz, o la enorme energía que dene tener el laser de la Estrella de la Muerte. Pero hay leyes físicas que son universales. Y la gravedad es una de ellas.