The Core: Caída libre

Seguimos con The Core (aunque prometo que la semana que viene cambiaré de tema). Esta vez volveremos a la famosa geoda gigante, aunque por motivos muy diferentes. Si recordáis la secuencia en la que penetran en la geoda, los tripulantes están mirando la pantalla principal con precupación, amarrados a sus sillas. En el momento en el que traspasan la pared de la geoda, la nave cae, y los tripulantes se ven impulsados hacia el morro del Virgilio, es decir, hacia abajo.

Sin embargo, debería ocurrir justo lo contrario. La nave cae, y se supone que está en caída libre. Por tanto, como los habituales de este blog ya sabréis, en el interior de la misma, los ocupantes deberían experimentar algo similar a la ingravidez. Ya comenté en otras ocasiones, que los astronautas a bordo de un vehículo en órbita, están en caida libre, y que la ingravidez y la caída libre son indistinguibles (si no puedes ver el exterior, claro).

Bueno, uno puede pensar que en realidad la nave no está en caída libre. Después de todo, se supone que la geoda está llena de gases a muy alta presión (al salir al exterior, uno de los personajes dice algo así como «la buena noticia es que los trajes aguantan la presión»). Pero para que los ocupantes del Virgilio se vean impulsados hacia delante (hacia abajo, más bien), la nave debe haber aminorado su velocidad. Es lo que ocurre cuando viajamos en coche y frenamos bruscamente (el efecto es más notable si vas de pie en un autobus lleno de gente). Y la única forma de que eso ocurra es que los gases de la geoda ofrezcan una resistencia al avance mayor que la roca fundida del manto. Algo difícil de creer, y que además contradice lo que se ve en la peli, en la que el peligro de entrar en la geoda es la caida, con el correspondiente impacto contra el suelo.

Y hablando de impactos, la nave cae una altura bastante considerable. No nos dan cifras, pero puede verse que la distancia es varias veces la longitud del Virgilio. Y el vehículo era bastante largo. Así pues, podemos aventurar sin temor a equivocarnos que caen durante algunas decenas de metros (o dicho de otro modo, una altura equivalente a varios pisos). Y sí, el casco de la nave en indestructible, pero sus ocupantes no. Ya comenté en una ocasión que lo que nos hace daño en un impacto, es la brusca deceleración que sufre nuestro cuerpo. Sin embargo, los intrépidos terranautas ni siquiera tienen magulladuras.

The Core: Rotaciones y corrientes

Este fin de semana pusieron en la tele la película The Core (El Núcleo), notable por tener el record de artículos dedicados en este blog (hasta le he dedicado una categoría y todo). Verla nuevamente me hizo recordar que todavía tengo algunas ideas pendientes sobre la peli. Una de ellas es sobre cómo «reiniciar» el núcleo terrestre.

Recordemos otra vez el argumento: el núcleo terrestre deja de rotar, lo que supone un terrible peligro para la vida en nuestro planeta al desaparecer el campo magnético terrestre, y un grupo de intrépidos héroes viajan hacia el centro de la Tierra en una nave diseñada al efecto, para hacer detonar unas cabezas nucleares en el núcleo, de forma que vuelva a girar. Concretamente, llevan 5 bombas de 200 megatones cada una, y el plan original es detonarlas todas juntas, en una única explosión. Más tarde, cuando llegan al núcleo externo, descubren que su densidad es menor de la que pensaban, y tras devanarse los sesos idean un plan alternativo: detonar las 5 cabezas por separado, en lugares y momentos diferentes, de forma que una cabeza explote cuando le alcance la onda expansiva de la anterior.

Sin embargo, suponiendo que la energía fuese suficiente (que no lo es, pero eso es otra historia), el plan original hubiera sido inútil. En la película no se especifica claramente si la idea es que el núcleo interno gire de nuevo (que se cree es sólido), o que sea el externo el que lo haga (o mejor dicho, generar una corriente circular, ya que se cree que es líquido). Se menciona en una ocasión que el núcleo interno es una bola de hierro del tamaño de Marte, girando sobre sí mismo, pero en las animaciones y simulaciones por ordenador, lo que se representa son las ondas y corrientes en el núcleo externo. En cualquiera de los dos casos, una única explosión no conseguiría nada.

¿Por qué? Bueno, una detonación en un fluido más o menos homogéneo, genera una onda expansiva esférica, de forma que la fuerza se transmite por igual en todas direcciones. De hecho, en los gráficos de las simulaciones, vemos las explosiones representadas por círculos concéntricos. Eso quiere decir que el núcleo interno se vería empujado por fuerzas que se anularían mútuamente en direcciones tangentes, quedando únicamente una fuerza neta radial. Para alterar el estado de rotación de un objeto, es necesaria la aplicación de un par o momento de fuerza, y para ello, tiene que haber algún tipo de fuerza neta tangencial. Imaginad una pelota flotando en el espacio. Si la empujáis de forma que la fuerza se vea dirigida hacia su centro, simplemente la desplazaréis de su posición, pero no la haréis girar.

Por otro lado, la onda expansiva se propagaría en todas direcciones, sin que haya ninguna en concreto que podamos considerar «preferente». Posiblemente las que viajen hacia el centro se comporten de forma diferente a las que viajen hacia fuera, pero eso no produciría que el núcleo externo rotase, ni se crearían corrientes con un sentido de giro alrededor del núcleo interno. Las corrientes se alejarían del lugar de la explosión, darían la vuelta alrededor del núcleo interno, y se juntarían en el extremo opuesto. Estamos ante un problema de simetría esférica, y por tanto, no hay ninguna dirección tangencial preferente.

O casi. La Tierra tiene un movimiento de rotación, que causa la conocida fuerza de Corolis. Dicho fenómeno rompe un poco la simetría esférica del problema. Sin embargo, parece más razonable usar desde el principio el «plan alernativo», que es totalmente asimétrico.

Un punto a favor de la peli, es que se hace hincapié en varias ocasiones, en el poco conocimiento que tienen los científicos sobre el interior de la Tierra, basado sobre todo en hipótesis (y que llega a convertirse en punto fundamental del argumento, cuando descubren su error sobre la densidad del núcleo externo). Y eso es cierto. No se sabe con seguridad el mecanismo que genera el campo magnético terrestre. Se tiene certeza de que tiene que ver con la composición del núcleo, y su rotación (un campo magnético es generado por el movimientro de cargas eléctricas), aunque se ignora los detalles. La hipótesis actual más plausible es que la generación del campo sea debida sobre todo a las corrientes del núcleo externo, más que a la rotación del núcleo interno.

Hay que tener en cuenta que dichas corrientes son algo caóticas (no penséis que todo el metal fundido gira de forma armoniosa en torno al núcleo interno). De hecho, el campo magnético terrestre ha variado bastante a lo largo de la historia geológica de nuestro planeta, llegando incluso a invertirse o atenuarse hasta casi desaparecer, de forma natural, debido a la variación de dichas corrientes. Y es que, para muchos, la dinámica de fluidos es la rama más compleja e incomprensible de la física, superando en ese aspecto, incluso a la relatividad o la mecánica cuántica.

The Core: Hundirse en el manto

Pues sí, hoy volvemos The Core, película que ha sido calificada por algunos lectores de este blog, como la de mayor cantidad de malaciencia en la historia del cine. Y no sé si será verdad, pero desde luego es a la que más artículos he dedicado ([1], [2], [3], [4] y [5]). En esta ocasión comentaré un detalle que puede pasar desapercibido (cosa lógica, por otra parte), pero que una vez se da uno cuenta, resulta obvio.

Al poco de iniciar el viaje, la nave se topa con una geoda gigantesca (básicamente, una gran cavidad en el manto). Cuando la atraviesa, al no tener nada a lo que «sujetarse», la nave cae y se estrella contra el «suelo», tras lo cual no puede moverse. Así que los intrépidos terranautas deben salir a salvar el día. Cuando casi lo tienen todo solucionado, algunos cristales de la geoda ceden, y la roca fundida del manto comienza a entrar. El comandante de la misión sufre un accidente y su cuerpo cae al lago de roca fundida recien formado, hundiéndose lentamente.

Lo primero que uno puede pensar es ¿cómo pueden los personajes moverse por el exterior, en tales condiciones? Deberían soportar una presión inimaginable. Y vale, hemos de suponer que los trajes espaciales que llevan estan fabricados de unobtanium (el «mágico» material con el que se fabricó el casco de la nave). Pero en la peli se nos dice que el unobtanium se vuelve más duro y resistente con la temperatura y la presión. En ese caso, ¿cómo solucionar el problema de las articulaciones? El traje debería haberse convertido en un caparazón rígido, que impidiera cualquier movimiento.

Pero lo que creo es más interesante, es el hecho de que el comandante se hunda en la roca fundida. Veamos ¿por qué hay cosas que flotan y cosas que se hunden?. Pues porque los objetos menos densos que el líquido en cuestión flotan, y los más densos se hunden. Es una consecuencia del Principio de Arquímedes. Una persona tiene más o menos la misma densidad del agua, dependiendo del aire que tenga dentro de los pulmones (y de otros gases interiores, pero no nos pongamos escatológicos), y del agua que estemos considerando (el agua de mar es un poco más densa que el agua dulce). Por eso, desnudos o con poca ropa, podemos flotar más o menos sin problemas (aunque podemos hundirnos si expulsamos todo el aire que podamos de los pulmones; claro que entonces no aguantaríamos mucho la respiración).

Pero en la peli, no estamos hablando de agua, sino de roca fundida. Y ésta es bastante más densa que el agua. Para que el comandante se hundiera, tendría que ser más denso que la roca fundida del manto. Para hacernos una idea, debería pesar más que una estatua de idénticas dimensiones que él, formada por roca. Bueno, uno puede decir que los personajes no iban desnudos, sino con un traje protector, suficientemente resistente para soportar las enormes presiones del interior de la Tierra (tal vez hecho de unobtanium, como ya he comentado). Pero aún así, para que el conjunto de traje y persona fuera más denso que la roca fundida, el traje tendría que pesar bastante más que la propia persona (puesto que podemos aventurar sin miedo a equivocarnos, que la densidad del manto es más del doble de la del agua). Y estaremos de acuerdo en que un traje así, sería totalmente inutilizable.

The Core: Unobtanium

Hace poco han vuelto a poner en la tele la película The Core, a la cual ya he dedicado varios envíos, y a la que podría dedicar muchos más. Supongo que no es necesario repetir otra vez el argumento, así que iré directamente al grano. Y hoy le toca a ese mágico material indestructuble que es el unobtanium, del cuál está hecho el casco de la nave.

El unobtanium es un material que convierte el calor en energía eléctrica, virtualmente indestructuble, ya que se vuelve más resistente cuanto mayor es la presión y la temperatura a la que es sometido. Aquí hay que reconocerle un mérito a los guionistas por el guiño, ya que el término unobtanium es utilizado en el mundillo de la ciencia ficción para nombrar cualquier material con propiedades practicamente imposibles, casi mágicas, pero necesario para la historia que se quiere contar. El nombre es un pequeño juego de palabras, ya que unobtanium viene de la palabra inglesa unobtainable, que significa algo así como inobtenible (aunque esta palabra no existe en el diccionario) o imposible de obtener, y además, comienza con el prefijo un, que corresponde al dígito 1, en las normas de la IUPAC para denominar nuevos elementos químicos (podéis leer una interesante historia al respecto en Historias de la Ciencia).

Bueno, como decía, el unobtanium se vuelve más resistente cuanto más calor hace, y además, transforma ese calor en energía eléctrica. Vale. Nos lo creemos. Pero aquí ya tenemos un problema con uno de los pilares de la física: la conservación de la energía. En la peli nos explican que la fuente de energía de la nave es un reactor nuclear. Es decir, no utilizan para nada el unobtanium. Entonces ¿dónde va toda la energía que genera el unobtanium a partir del calor exterior? Bueno, uno podría decir que se acumula en forma de energía potencial eléctrica, pero pensad en la gran candidad de energía que debe absorber en forma de calor durante horas. ¿No tiene límite el unobtanium?

Pero sigamos. Al final de la película, cuando la nave se ha quedado sin fuente de energía (algo también merecedor de un envío, ya que poner el plutonio del reactor de la nave en una cabeza nuclear, no serviría para aumentar su potencia) y nuestra pareja protagonista está aparentemente condenada, el prota recuerda que el unobtanium del casco transforma el enorme calor del exterior en energía eléctrica, así que le enchufan un par de cables, y voilà! ya pueden alimentar la nave. Mientras lo explica exclama ¡Es como un enorme panel solar!

Veamos, aquí hay dos errores importantes. Por un lado, la comparación con un panel solar es desacertada, ya que éste no obtiene electricidad a partir del calor, sino de la luz. Bueno, alguien puede decir que tal vez se refería a un colector solar, de esos que se utilizan para calentar el agua de la ducha, pero éstos no generan electricidad. Por otro lado, para obtener electricidad útil, es decir, una corriente eléctrica, necesitamos una diferencia de potencial eléctrico. ¿Cómo se distribuye esa diferencia de potencial eléctrico en el casco? ¿Cómo obtenemos una correinte de él?

Para entender mejor esta problemática, y por qué no es posible que lo que vemos en la pellícula funcione, vamos a ver cómo funciona un panel solar. Un panel solar se basa en el llamado efecto fotoeléctrico (no todo el mundo sabe que Einstein recibió el Nobel de Física por su explicación de este efecto, y no por su Teoría de la Relatividad). ¿En qué consiste eso? Para entenderlo hay que explicar un poco por encima las características de un semiconductor.

Un semiconductor es un material que puede comportarse como aislante o como conductor de la electricidad (de ahí su nombre). ¿Cómo? Imaginemos los átomos de un semiconductor cualquiera, con sus electrones dando vueltas por ahí. Los electrones están más o menos ligados al átomo, dependiendo de su energía. Un electron con poca energía, permanecerá alrededor de su átomo, y no se moverá de ahí. Un electron en estas condiciones se encuentra en la llamada banda de valencia. Pero si por algún motivo, un electrón adquiere suficiente energía como para liberarse de su átomo (se suele decir que se excita, y sí, se puede hacer un chiste fácil), puede moverse líbremente (valga la redundancia), y en presencia de una diferencia de potencial eléctrico, se dirigirá al polo positivo. Un electrón en estas condiciones se encuentra en la llamada banda de conducción. Parece claro que cuantos más electrones estén en la banda de valencia, más aislante será el material, y cuantos más electrones haya en la banda de conducción, más conductor será.

Hay otro detalle importante a tener en cuenta. Cuando un electron pasa de la banda de valencia a la de conducción, el átomo al que pertenecía tiene un electrón de menos (vaya perogrullada), lo que quiere decir que ya no es eléctricamente neutro, sino que tiene una carga positiva debido al hueco dejado por el electrón (ahora hay un protón de más). La diferencia de potencial no sólo afecta a los electrones de la banda de conducción, sino a esos huecos dejados en la banda de valencia, que se mueven en sentido contrario al de los electrones (hacia el polo negativo). Pensemos en el siguiente ejemplo: una fila de butacas en el cine, en las que todas están ocupadas menos una. El espectador a la izquierda de esa butaca, la ocupa dejando la suya libre. El de al lado, al ver que su compañero se ha cambiado, se sienta en esa nueva butaca libre, desocupando la suya, y así sucesivamente. La butaca vacía se va moviendo hacia la izquierda, aunque realmente son los espectadores los que se desplazan hacia la derecha. Con los huecos que dejan los electrones sucede lo mismo, y se comportan como si fueran partículas de carga positiva.

Sigamos. Al incidir luz sobre un material, un fotón puede transferir su energía a un electrón. Si la nueva energía del electrón es suficiente, pasará a la banda de conducción y dejará un hueco en la de valencia. Cuantos más fotones (con la suficiente energía) se absorban, más parejas electrón-hueco se formarán. Esto es el efecto fotoeléctrico. Fijáos en algo muy importante. Lo único que hace el efecto fotoeléctrico es crear portadores de carga, haciendo más conductor el material. Pero este fenómeno no crea una corriente eléctrica por sí mismo.

¿Cómo se crea entonces la corriente? Una corriente eléctrica no es más que cargas eléctricas desplazándose en una dirección preferente (es decir, que no vale con que las cargas se muevan aleatoriamente, tienen que hacerlo más o menos juntas en la misma dirección). Así que necesitamos mover esas cargas. ¿Cómo? Bien, hemos visto que en un semiconductor, si parte de sus electrones se excitan lo suficiente, se crean parejas electrón-hueco, y por tanto, existe el mísmo número de cargas positivas que negativas, y el material sigue siendo eléctricamente neutro. A un semiconductor se le pueden añadir impurezas, utilizando elementos cuyos átomos tengan un electrón más o un electrón menos de valencia. Estos átomos de impurezas, sustituyen a los átomos del semiconductor en la estructura cristalina, y se dice que el semiconductor está dopado. Si se utilizan átomos cuya valencia es inferior en uno, es decir, tienen un electrón de menos, resulta que tenemos un semiconductor con huecos de más, al que se llama semiconductor tipo P (de positivo). Si por el contrario utilizamos átomos con valencia superior en uno, es decir, con un electrón de más, pues obtenemos un semiconductor con exceso de electrones, al que se llama semiconductor tipo N (de negativo). En el caso concreto del silicio (semiconductor por excelencia), dado que tiene una valencia de 4, se utilizan elementos de valencia 3 (como el boro o el aluminio) para fabricar semiconductores P, y elementos de valencia 5 (como el fósforo) para fabricar semiconductores N. Fijaos que el semiconductor resultante sigue siendo eléctricamente neutro, ya que sigue habíendo el mismo número de electrones que de protones. Sin embargo, un semiconductor dopado tiene más (o menos) electrones en la banda de conducción, que huecos en la de valencia. Y eso es lo que nos importa.

Una vez entendido esto, imaginemos que cogemos un semiconductor P y otro N, y los unimos por un lado (en el mundo real esto se hace de otra manera, pero de momento no importa). Hemos formado lo que se conoce como una unión P-N (sí, también se puede hacer un chiste fácil; luego la gente se extraña de los telecos estemos algo salidos). En la zona de unión, los electrones de más del lado N, se recombinan con los huecos de más del lado P, formando lo que se llama la zona de deplexión, en la que ya no hay huecos ni electrones libres, por lo que esa zona se comporta como un aislante. Acordaos que el semiconductor seguía siendo eléctricamente neutro, aunque fuera P o N. En la zona de deplexión, tenemos electrones de más en el lado P, y electrones de menos en el lado N (debido a la recombinación), por lo que tenemos una carga neta positiva en el lado N, y una carga neta negativa en el P. Esta diferencia de potencial eléctrico hace que los electrones del lado N tiendan a ir al lado P, y los huecos del lado P al N, pero la zona de deplexión lo impide, ya que es un aislante. Estas uniones se suelen utilizar sobre todo como diodos (dispositivos que sólo dejan pasar corriente eléctrica en unsentido), pero en esta ocasión nos importan otras propiedades.

¿Qué ocurre si a cada extremo (P y N) de este invento le conectamos un conductor, y cerramos un circuito? Pues que los electrones del lado N ya pueden ir al lado P siguiendo ese circuito, al igual que los huecos del lado P, formando una corriente eléctrica. Los electrones y huecos que llegan al otro lado de esta manera, se recombinan en su destino. Esto haría que el número de portadores de carga libres disminuyera, pero si el dispositivo está siendo iluminado (y tiene una geometría óptima para ello), y constantemente nuevos fotones son absorbidos y crean nuevas parejas electrón-hueco, pues ya tenemos una corriente de forma indefinida.

¿Alguien se ha perdido? No pasa nada. Recapitulemos lo importante. El efecto fotoeléctrico transforma la energía luminosa en energía potencial eléctrica. Pero por sí mismo, lo único que hace es generar portadores de carga libres. Necesitamos dar al material semiconductor un tratamiento especial, para crear diferencias en ese potencial eléctrico a nuestra conveniencia, y que esas cargas se muevan, creando una corriente eléctrica.

Así que apliquemos esto mismo al unobtanium. No se explica cómo se transforma el calor en energía eléctrica, pero realmente no es necesario saberlo. De alguna manera, el calor exterior es absorbido y utilizado para crear cargas eléctricas. En la película, la fuente de energía de la nave es el reactor nuclear, y no el unobtanium. Es decir, el casco de la nave no ha sufrido ningún tipo de tratamiento para favorecer el exceso de cargas negativas o positivas en determinadas zonas, por lo que es de sentido común suponer que estas cargas están repartidas por igual por el casco de la nave. Otro hecho que apoya esta suposición es que los tripulantes no se electrocutan cuando tocan el casco, o algún objeto metálico apoyado en él. Así que no hay diferencia de potencial eléctrico (o al menos apreciable) entre las distintas zonas del casco. Y sin diferencia de potencial, pues no hay corriente. Ni un mísero miliamperio.

Móvil con llamadas gratuítas

Hablando de Juegos de Guerra en el anterior envío, mediante ese raro mecanismo de asociar ideas, me vino a la cabeza una absurda secuencia de The Core. De entrada, no veréis la relación, pero cuando explique el origen del error, lo comprenderéis.

Empecemos describiendo la escena. En The Core, uno de los personajes que va a salvar el mundo es un supuesto hacker, enfermizamente estereotipado: esmirriado, con gafas, feo, engreído... en fin. Al principio de la peli, para demostrar todo lo que sabe y lo listo que es, dobla un papel de aluminio (creo recordar que era el envoltorio de un chicle) hasta conseguir que emita un zumbido al soplar a través de él. Le quita el movil al prota, hace sonar el papel junto al aparato, y se lo devuelve a su legítimo propietario diciendo que a partir de ahora, todas sus llamadas serán gratis, para siempre.

Bueno, creo que la escena es tan ridícula que no hace falta explicar que eso es imposible. ¿Alguien podría realmente xplicar cómo mediante un determinado sonido, un móvil queda eternamente configurado para que las llamadas sean gratis? Es más ¿se puede conseguir que un móvil se comporte así, o más bien depende de la tarjeta?

Así que de lo que realmente voy a hablar es de cómo puede ocurrírsele a alguien semejante disparate. La explicación más lógica es que el guionista (además de estar bajo efectos de sustancias alucionógenas) haya oído hablar del phreaking. ¿El qué? El phreaking es una contracción de phone (teléfono) y freak (friki, a falta de una mejor traducción) y se refiere básicamente al "cacharreo" de sistemas telefónicos. Como el hacking, pero en versión telefónica, vamos.

El caso más conocido, y que muchos consideran como el inicio del phreaking (aunque hay quien lo sitúa mucho antes) sucedió en EEUU, allá por los 60. Resulta que la AT&T, comenzó a automatizar las llamadas a larga distancia unos años antes (las famosas "conferencias", como las llamábamos aquí), de forma que se pudiera marcar directamente el número deseado, sin tener que hablar con una operadora. Al hacerlo, tuvo la mala idea de meter la señalización en la misma banda que la voz, en forma de pitidos audibles. Esto quiere decir que si uno conocía cómo funcionaba internamente la red telefónica, y qué frecuencias correspondían a qué señales, podía alterar el comportamiento de una llamada, simplemente mediante pitidos o silbidos sobre el micrófono.

La AT&T cometió otro error, y fue el publicar toda la información relativa a las frecuencias utilizadas en la señalización. Con esta información, uno podía generar señales falsas mediante pitidos, y "engañar" a la red. Así, se popularizaron entre la comunidad phreak, las llamadas blue boxes (literalmente, cajas azules), que eran unos cacharros con un teclado que generaban los tonos necesarios.

Lo interesante de todo esto es que había un tercer error en el sistema telefónico. Existía un tono para "liberar" una línea en una llamada a larga distancia, de forma que al recibirlo, el sistema consideraba que la línea ya no estaba siendo utilizada. Pero la línea seguía en realidad utilizable mientras no se colgara físicamente el aparato. Así que un phreak sólo tenía que inicar una llamada, emitir ese tono para "cancelarla", utilzar su blue box para marcar otra vez, y ya tenía una llamada de la que no había constancia y no se cobraría.

Como anécdota resulta que ese tono era de 2.600 Hz, que era la misma frecuencia que emitía un silbato que regalaban en aquel entonces al comprar una caja de cereales Cap'n Crunch. Así que simplemente haciando sonar el silbato junto al micrófono del teléfono (tras marcar), tenías una línea abierta, pero que la compañía telefónica creía que no se estaba utilizando.

Conociendo esta historia, uno deduce que fue de ahí de donde el guionista sacó la ridícula idea de piratear un móvil con un silbato de papel. Pero hoy en día, eso no tiene ningún sentido. Hace ya tiempo que se utiliza señalización fuera de banda: es decir, la información relativa a la señalización viaja en un canal distinto al de la voz (salvo la marcación). Pero además, en el mundo digital, lo que se transmiten realmente son bits, no sonidos. Aquí sí que no tiene absolutamente ningún sentido el generar tonos externos (es decir, con un silbato sobre el micro). No conseguirías nada. Y no digamos ya el hacer que los efectos sean permanentes para un determinado teléfono.

Y ahora es cuando el más avispado se preguntará "¿Y esto qué demonios tiene que ver con Juegos de Guerra?". Bueno, en esta peli, el protagonista utiliza alguna técnica para llamar gratis por teléfono. Recordaréis una escena al principio, en la que el tío deja en marcha un programita para marcar con su módem a una serie de números de teléfono, buscando el tono de otro módem. Cuando su novia le pregunta qué opina su padre sobre la factura telefónica, él le contesta que hay formas de hacerlo sin pagar.

Y es que durante un tiempo, el mundo phreak y hacker estuvo bastante mezclado. Los mismos Steve Wozniak y Steve Jobs eran phreaks, cuando crearon su primer Apple I en un garaje y fundaron Apple Computer.

Comunicaciones bajo tierra y bajo el agua

En el envío del viernes, dedicado a Ángeles y Demonios y cómo localizar el contenedor de antimateria de forma más rápida, alguien comentó que estando la cámara bajo tierra, no llegaría la señal a los receptores de la Guardia Suiza. Ese detalle me ha hecho recordar dos errores similares en la película The Core, y en la serie de televisión SeaQuest.

En The Core, los "terranautas" a bordo del vehículo que viaja al núcleo de nuestro planeta, se comunican con la superficie transmitiendo voz sin problemas. En SeaQuest, la cosa va más allá, ya que aunque el submarino esté sumergido, los tripulantes se comunican con el exterior mediante audio y vídeo. Esto es sencillamente imposible, y vamos a ver por qué.

Las ondas electromagnéticas son atenuadas en distinta medida por diferentes materiales, dependiendo de la frecuencia de las mismas. La luz, por ejemplo, se atenua poco con el aire, algo más con el agua, y bastante con cualquier otro material no transparente. Como norma general, la penetración de las ondas electromagnéticas disminuye con la frecuencia (y no seáis mal pensados). Así, el sol y el cielo se vuelven rojos en el atardecer y amanecer, porque la luz debe atravesar una cantidad mucho mayor de aire, y la luz roja (la de menos frecuencia de todas) es la única que nos llega bien.

Hay excepciones, como los rayos X, que siendo de frecuencia superior a la luz visible, atraviesan los materiales blandos, pero en la mayoría de casos, se puede decir que disminuyendo la frecuencia, aumentamos la penetración.

Esto también se aplica a las transmisiones de radio. Por la experiencia cotidiana, sabemos que las ondas de radio son capaces de atravesar paredes de ladrillo y piedra, pero hasta cierto grosor. Dentro de un edificio, nuestros móviles tienen cobertura, pero si bajamos a un sótano o aparcamiento subterráneo la perderemos. Tambien sabemos que a las ondas electromagnéticas no se les da bien atravesar el metal. Si nos metemos dentro de un ascensor, en la mayoría de los casos nuestro móvil perderá su cobertura. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas se atenúan muchísimo al intentar atravesar un material conductor de la electricidad, como el metal, o el agua salada.

Bueno, pero eso ya lo sabíamos todos. ¿Para qué tanta explicación? Pues porque como he dicho antes, al disminuir la frecuencia aumenta la profundidad de penetración (de las ondas). Es posible comunicarse mediante una transmisión de radio con alguien dentro de una mina, o a bordo de un submarino, pero deben utilizarse frecuencias muy muy bajas.

Así, en el rango de muy baja frecuencia (VLF, de Very Low Frequency), que se encuentra comprendido entre los 3 y 30 kHz, las ondas electromagnéticas pueden llegar a atravesar unas pocas decenas de metros de agua salada. La situación mejora en el rango de ultra baja frecuencia (ULF), entre 300 y 3.000 Hz, y puede ser utilizado para comunicarse en el interior de minas. Los siguientes rangos son el de super baja frecuencia (SLF), entre 30 y 300 Hz, y el de extremadamente baja frecuencia (ELF), entre 3 y 30 Hz (aunque a veces se considera que el rango ELF llega hasta los 300 Hz, incluyendo así el SLF). En esos rangos, las señales de radio ya pueden atravesar cientos de metros de agua salada y miles de km de roca.

Entonces, ¿lo de The Core y SeaQuest no es un error? Pues sí lo es, porque con frecuencias tan bajas tenemos dos problemas.

El primer problema es la transmisión de datos. La voz humana tiene una frecuencia más alta que el rango de ELF o SLF. De hecho, la señal de voz que utilizan las redes analógicas de telefonía fija, está comprendida entre los 300 y 3.400 Hz. Y ya suena distorsionada. Por debajo de 300 Hz es sencillamente imposible modular una señal de voz, si pretendemos que se transmita en tiempo real. Por eso, en las comunicaciones con un submarino mediante ELF, la transmisión no es de voz, sino que se emiten una serie de símbolos que se interpretan como texto. Un ejemplo de esto lo podemos ver en la película Marea Roja. En ella, vemos cómo los mensajes se reciben en un terminal de texto, y además con una lentitud exasperante (como unas pocas letras por segundo, o algo así). Además se hace referencia a la antena de ultra baja frecuencia (en realidad sería extremadamente baja frecuencia, pero no importa demasiado).

El segundo problema es el tamaño de la antena para una transmisión de ELF. Normalmente, para la emisión de ondas electromagnéticas es necesario que la antena sea tan larga como la mitad de la longitud de onda de la señal a emitir. Eso no es problema para un teléfono móvil, ya que en el rango en el que opera (microondas) la longitud de onda es entre 1 y 30 cm. Pero a 300 Hz, la longitud de onda es de 1.000 km. Y a 30 Hz, de 10.000 km. Si es un problema construir antenas de ese tamaño en tierra (el radio de nuestro planeta es de unos 6.400 km), imaginad cómo podría un submarino llevar un pedazo de antena de ese tamaño. De hecho, las antenas ELF se construyen de forma diferente a las convencionales, aprovechando el propio suelo como conductor de electricidad, con enormes electrodos enterrados en la tierra, separados decenas de km de distancia. Esto implica que las comunicaciones con submarinos utilizando ELF, son en un sólo sentido. El mando naval de turno transmite las órdenes y el submarino las recibe, sin posibilidad de responder.

Así pues, si bien es posible una comunicación parcial con submarinos completamente sumergidos, o incluso con vehículos en las inmediaciones del núcleo terrestre, ésta nunca podría ser mediante voz como en The Core, y no digamos ya con video como en SeaQuest. Y siempre teniendo en cuenta que el vehículo no podría transmitir. Sólo recibir.

El campo magnético terrestre

Hace unas semanas hablé de un error común en la película The Core y la miniserie 10.5. No es el único error de The Core. De hecho, el mayor error de la película es precisamente la trama principal en sí. Recordemos de qué iba esa película. Unos científicos descubren que el núcleo terrestre ha dejado de rotar y por tanto el campo magnético terrestre se está colapsando. Eso hace que perdamos la protección que tenemos frente a radiaciones letales provenientes del Sol, como rayos cósmicos y microondas. Un grupo de intrépidos aventureros a bordo de un vehículo capaz de llegar al núcleo, debe reanudar su rotación mediante detonaciones nucleares para salvar al mundo.

Bueno, es cierto que la rotación del núcleo terrestre es una de las causas de que tengamos un campo magnético rodeando el planeta. Pero dicho campo, al igual que cualquier campo electromagnético, únicamente afecta a partículas con carga eléctrica. En el caso que nos ocupa, el campo magnético terrestre sólo desvía el viento solar y la parte de rayos cósmicos formada por partículas subatómicas con carga.

La otra parte de la radiación cósmica es en realidad radiación electromagnética de muy alta frecuencia (por encima de 30 Exahercios, es decir, 30.000 millones de Gigahercios). Por otro lado, las microondas son también radiación electromagnética, como la luz, los rayos X o las ondas de radio. Y resulta que la radiación electromagnética, sea del tipo que sea, no se ve afectada por un campo magnético. En realidad es la atmósfera quien nos protege de la mayoría de la radiación electromagnética nociva, como determinados rayos ultravioleta, los rayos X, los rayos gamma, etc.

Por otro lado, en la peli se hace especial hincapié en las microondas, sugiriendo que achicharrarían la Tierra (y para demostrarlo, nos muestran la ya comentada escena del Golden Gate). Sin embargo la radiación en forma de microondas que recibimos del Sol es muy pequeña comparada con la que emitimos nosotros mismos mediante radares y radioenlaces.

Además, contrariamente a la creencia popular, las microondas no calientan de forma letal todo lo que encuentran en su camino. Es bastante obvio que esta creencia proviene de la existencia de los hornos microondas. Cierto, estos hornos calientan la comida a base de emitir microondas sobre ella, pero estas microondas son de una frecuencia muy concreta: 2,5 GHz. Resulta que la molécula de agua es bipolar. Eso quiere decir que un "lado" de la molécula tiene carga eléctrica positiva y el otro "lado" tiene carga negativa. Esto hace que en presencia un campo electromagnético, se orienten según ese campo. Si el campo es variable, pues las moléculas van cambiando su orientación constantemente. Vale ¿y? Existe un fenómeno físico llamado resonancia. Casi todos los cuerpos tienen una frecuencia natural de vibración. Si golpeas un diapasón, o cualquier trozo de metal, vibrará (más o menos tiempo) emitiendo un sonido de una frecuencia determinada. Esa es la frecuencia de resonancia. Si lo hacemos vibrar mediante medios externos (es decir, que no vibre él sólo como resultado de un golpe) a esa frecuencia, la intensidad de la vibración crecerá muchísimo, llegando en ocasiones a romper o dañar el objeto. Con la molécula del agua ocurre lo mismo. Su frecuencia de resonancia es de 2,5 GHz, por lo que si se encuentra en el interior de un campo electromagnético variable con la misma frecuencia, vibrará muchísimo. ¿Y qué? Pues que el calor no es más que la energía cinética de las moléculas que forman el objeto. Un cuerpo está más caliente que otro porque sus moléculas se mueven más que las del otro.

Dado que la mayoría de los alimentos tienen una importante cantidad de agua, pues se calientan cuando son atravesados por una radiación de microondas de 2,5 GHz. Y sólo de 2,5 GHz. A otra frecuencia no se produce este fenómeno, y en ese caso, para que la radiación de microondas sea dañina, debe tener determinada intensidad. Intensidad que no tienen las que nos llegan desde el espacio.

Muy interesante, entonces ¿si desaparece el campo magnético terrestre no pasa nada? Bueno, tampoco es así. El campo magnético nos protege del viento solar. Éste no es especialmente nocivo, salvo cuando se producen erupciones solares. En estos casos, el viento solar es anormalmente intenso, y las partículas cargadas que lo componen producen las famosas auroras. Estas partículas quedan atrapadas por el campo magnético terrestre formando los Cinturones de Van Allen. De hecho, es en los cinturones donde la radiación es especialmente intensa, y es un punto muy delicado a tener en cuenta por las agencias aeroespaciales. En las misiones Apollo, la dosis de radiación recibida durante el paso por los cinturones era mucho mayor que la del resto del viaje.

Hay otro hecho importante a tener en cuenta. El campo magnético terrestre no es constante y varía a lo largo del tiempo. Desde la formación de la Tierra, el campo ha cambiado su polaridad en numerosas ocasiones. Esto se sabe por cómo se alinean los minerales magnéticos en diferentes estratos geológicos. Y resulta que en una de esas inversiones, el campo magnético casi desapareció durante 10.000 ó 20.000 años, hace un millón de años. No sólo no se extinguió la vida entonces, sino que más o menos durante ese periodo apareció el hombre.

Así pues, si desaparecese el campo magnético terrestre, no sería el fin del mundo. Tal vez aumentaran los casos de cáncer o alguna otra enfermedad, debido a la radiacón cósmica, pero la mayoría seguiríamos aquí. Ni radiaciones letales, ni incendios ni supertormentas.

La destrucción del Golden Gate

Las películas del género de catástrofes tienen determinados tópicos de los que es casi imposible escapar. Cuando ocurre determinado desastre en una ciudad (terremoto, maremoto, meteoritos, alienígenas, monstruos colosales...) siempre se destruyen determinados edificios o construcciones monumentales. Si el desastre ocurre en Nueva York, es inevitable ver destruida la Estatua de la Libertad, el Empire State, el Crysler o las trágicamente desaparecidas Torres Gemelas. Si ocurre en Washington, es normalmente el Capitolio o el Obelisco el que es derribado. En Seattle le toca a la Aguja Espacial, en Los Angeles el cartelito de Hollywood, en París es la Torre Eiffel o el Arco del Triunfo, y en San Francisco... ¡Premio! El Golden Gate.

Ayer domingo pusieron la miniserie 10.5 (del tirón, como su fuera una película), uno de esos productos hechos directamente para televisión, con escaso presupuesto y muchas ganas de crear imágenes espectaculares. Ya he dicho anteriormente que me encantan estas cutre-películas y que me harto a reir con ellas. e 10.5 se pueden decir muchas cosas, pero de momento me voy a quedar con una escena que me recordó muchísimo a otra de la peli, The Core (ya para cine, y con bastante más presupuesto). Se trata de la destrucción del Golden Gate. En ambas escenas, el Golden Gate es destruído por un desastre natural (un terremoto en 10.5, un haz de microondas en The Core), y en ambas se rompen los cables que sujetan la parte central del puente que se hunde, y los pilares se curvan o inclinan hacia el centro.

Bueno ¿y? Vamos a ver cómo funciona un puente de suspensión como el Golden Gate. Los puentes de suspensión (no sé si en castellano se denominan así, que algún ingeniero de caminos me corrija) tienen dos pilares centrales que soportan toda la estructura. De esos pilares surgen unos cables que soportan el peso de la calzada. Cada pilar soporta el peso del tramo de puente desde el pilar hasta el extremo, y el tramo de puente desde el pilar hasta la mitad del puente. La estructura está equilibrada porque el peso de cada lado del pila se compensa con el peso del otro lado. Imaginemos dos balanzas (de las de dos platillos) que ponemos una junto a la otra, en línea. En ambas balanzas ponemos medio ladrillo en el platillo del extremo, y un ladrillo entero sobre los platillos que quedarían en el centro, pero de forma que una mitad de ese ladrillo entero descanse sobre el platillo de una balanza, y la otra mitad sobre el platillo de la otra.

Fácil ¿verdad? Pues bien, qué ocurriría si cortamos las cuerdas cadenas de los platillos que sijetan el ladrillo entero. Pues que el ladrillo se cae, claro. Pero además, debido al peso de los medios ladrillos que están en los otros platillos, las balanzas se inclinarán hacia ellos, es decir hacia el exterior.

Con un puente de suspensión ocurre exactamente lo mismo. Si los cables que sujetan la parte central del puente se rompen o funden, esa parte de la calzada caerá, lógicamente, pero además los pilares tendrán que soportar todo el peso de los extremos del puente sin ningún tipo de cotrapesos. Si se doblan, se inclinan o se desmoronan debido a ello, será siempre hacia los extremos del puente y nunca hacia el centro, como ocurre en 10.5 o en The Core.

Para terminar debo puntualizar que todo esto sólo es aplicable si la parte central del puente se derrumba porque los cables que lo sujetan se rompen. Por supuesto, si lo que se rompen son los cables de los extremos, los pilares se inclinarían hacia el centro y esa parte de la calzada se hundiría. Pero eso no es lo que ocurre en las películas comentadas, donde nos muestran claramente cómo son los cables de la parte central los que fallan.