Archivo de la categoría: Respuestas

Respuestas (LXXXII): ¿Qué tienen de especial los condensados de Bose-Einstein?

Igual que otros muchos lectores antes que él, Álex Molero me ha mandado un correo electrónico a jordipereyra@cienciadesofa.com pidiéndome que escriba un artículo sobre un estado de la materia que seguramente os suene de algo, aunque tenga un nombre un tanto extraño: el condensado de Bose-Einstein.

¡Vaya si me suena! De hecho, me empezaré a preocupar el día que salga a la calle y nadie me pare para hablarme de los condensados de Bose-Einstein.

Vale, vale. Captado, voz cursiva. Empecemos poniendo algo de contexto sobre eso de los estados de la materia.

Como comenté en esta otra entrada en la que explicaba por qué los charcos se secan aunque el agua no hierva, las partículas que componen todas las cosas que nos rodean están en constante movimiento. Es más, lo que nuestros cuerpos interpretan como temperatura no es más que la velocidad con la que se mueven las moléculas: un objeto nos parecerá caliente al tacto si sus moléculas se mueven deprisa y frío si se mueven más despacio, como podéis ver en el siguiente vídeo.

Las partículas de la caja izquierda (más lentas) están más frías que las de la derecha (más rápidas).

Respuestas (LXXXI): ¿Cómo influye la gravedad en la altura de las montañas?

Un lector llamado JoséF Antonio Esteve estaba mirando fotos de una luna de Saturno llamada Jápeto cuando se enteró de que existen picos de hasta 20 kilómetros de altura a lo largo de la cordillera montañosa que rodea el ecuador de este satélite.

Jápeto con su cordillera. (Fuente)

Hay varias hipótesis sobre el origen de esta cordillera, como por ejemplo que es material que se amontonó sobre la superficie del satélite mientras pasaba a través de los finos anillos de Saturno o que es un bulto producido por la rápida rotación del objeto durante su formación. Y luego están las páginas de conspiraciones, que os dirán que los satélites están huecos por dentro y que los extraterrestres que construyeron a Jápeto se dejaron la marca de la soldadura al ensamblar sus dos mitades.

Pero a José Antonio no le importa nada de eso: como buen snowboarder que es, él está interesado en la posibilidad de bajar por las laderas de una montaña nevada de 20 kilómetros de altura. Sin embargo, antes de llamar a la NASA para intentar convencer a la agencia espacial de que deberían montar una misión espacial sólo para él, José Antonio ha buscado más datos sobre el satélite y ha encontrado un problema: la gravedad sobre la superficie de Jápeto es 43 veces menor que la de nuestro planeta.

Ante la perspectiva de que un campo gravitatorio tan débil le impida disfrutar del descenso por las laderas kilométricas de Jápeto (y de haber viajado hasta Saturno para nada), a José Antonio le gustaría saber si se podría aumentar la gravedad de este satélite hasta una cifra más parecida a la de la Tierra.

Vamos a comprobarlo con un cálculo rápido.
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Respuestas (LXXX): ¿Qué fue de la supernova que impulsó la formación del sistema solar?

Carlos Morro me envió un correo electrónico (a jordipereyra@cienciadesofa.com) preguntando sobre la supernova que dio lugar al sistema solar. ¿Qué se sabe sobre esa estrella que reventó y posibilitó nuestra existencia? ¿Tenía su propio sistema planetario? ¿A qué distancia ocurrió? ¿Y dónde están ahora los restos de su explosión? (esta última la he añadido yo)

El tema me pareció interesante pero, antes de empezar, habrá que aclarar cómo se formó nuestro sistema solar para asegurarnos de que todos partimos de la misma base que Morro.

El proceso de formación de las estrellas es simple: empieza con una nube de gas (compuesta principalmente por hidrógeno y helio) que flota por el espacio y, por un motivo u otro, aparecen en ella regiones más densas que comienzan a atraer material a su alrededor gracias a su mayor fuerza gravitatoria. A medida que estas bolas de gas se vuelven cada vez más grandes y densas, la presión sobre su núcleo va creciendo hasta que, cuando han acumulado la masa suficiente, aumenta tanto que desata una cadena de reacciones de fusión nuclear. Estas reacciones disparan millones de grados la temperatura del núcleo y el calor termina repartiéndose por todo el amasijo de gas, convirtiéndolo en una bola de plasma incandescente o, lo que es lo mismo, una estrella (hablaba sobre el mecanismo con más detalle en esta entrada).

Este proceso se puede ver en la siguiente simulación en la que varias regiones de una nube molecular se colapsan y empiezan a producir estrellas, todo mientras las diferentes partes del tinglado interaccionan gravitacionalmente:

El proceso de formación de planetas es parecido. El disco de gas que queda dando vueltas alrededor de una estrella tras su formación contiene partículas de elementos más pesados que empiezan a colisionar entre ellas, fusionándose, formando trozos de materia cada vez mayores y con un campo gravitatorio más intenso que atraen aun más material hacia ellos… Y el efecto bola de nieve continúa hasta que se convierten en planetas (hablaba los distintos tipos de planetas en este otro artículo).

Aquí tenéis otra animación del proceso, en la que se puede ver cómo la nucleación de planetas empieza en las regiones más densas del disco de gas y polvo, inducidas por la propia rotación del sistema:

Captado, pero… ¿De dónde salieron esos elementos más pesados que formaron los planetas rocosos, como Mercurio o Venus?

Buena pregunta, voz cursiva.

Después de que tuviera lugar el Big Bang, en el universo tan sólo existían átomos de hidrógeno y de helio (y alguno de litio). Pero, afortunadamente, estos átomos se empezaron a fusionar en los núcleos de las primeras estrellas que se formaron a partir de ellos, convirtiéndose en elementos más pesados como el carbono, el nitrógeno, el oxígeno o el hierro. Las estrellas de esta primera generación eran inmensas y, cuando se quedaron sin combustible, terminaron sus vidas reventando en forma de las mayores explosiones conocidas, las supernovas, lanzado al espacio esos elementos pesados que guardaban en sus entrañas (otra cosa que comenté más concienzudamente en otra entrada).
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Respuestas (LXXIX): ¿Por qué (a primera vista) el universo observable es más grande de lo que su edad le debería permitir?

Hace un par de semanas, Roberto López-Herrero preguntaba por Twitter cómo es posible que el universo observable tenga un radio de 46.500 millones de años luz, si el Big Bang ocurrió hace 13.800 millones de años.

Se trata de una duda que a todos los aficionados a la astronomía nos ha atormentado en algún momento de nuestras vidas: el universo se ha estado expandiendo desde que tuvo lugar el Big Bang pero, incluso suponiendo que las galaxias se hubieran estado moviendo a la velocidad de la luz, sólo podrían haber recorrido 13.800 millones de años luz en cualquier dirección durante todo este tiempo. Por tanto, siguiendo este razonamiento, el diámetro del universo actual no podría superar los 27.600 millones de años luz.

Pero, por supuesto, eso no es así: sabemos que el universo observable tiene un diámetro de 93.000 millones de años luz.

¡Y eso sólo puede significar que el universo se ha estado expandiendo a velocidades superiores a la de la luz! ¡Maldita sea! ¿No  decías hace una semana que es imposible que un objeto se mueva a la velocidad de la luz? ¿Cómo puede ser que haya galaxias que han movido incluso más rápido? ¿No será que el Big Bang no es más que una gran patraña? 

Pues no, voz cursiva, no es una patraña. Para entender lo que está pasando, empecemos por hablar de la expansión del universo.
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¿Qué son las baterías de diamante? ¿Son una fuente de energía viable?

Hace unos meses aparecieron noticias sobre unas baterías de diamante ideadas por la Universidad de Bristol que, según algunos medios, podrían “revolucionar” el paradigma energético. Algunos incluso hablaban de una nueva “era de los diamantesde la producción de energía. Pero Israel Bello no terminaba de fiarse de estas predicciones, así que me mandó un correo (a jordipereyra@cienciadesofa.com) preguntando si las baterías de diamante serían realmente un invento tan revolucionario o si, por el contrario, serán una entrada más en la lista de avances exagerados por los titulares y que terminan cayendo silenciosamente en el olvido.

Pero, para variar, veamos cómo funcionan estas baterías antes de analizar su viabilidad.

Recordemos que una corriente eléctrica no es más que un flujo de electrones de un punto a otro. Es por eso que, como comentaba en esta otra entrada, las baterías normales contienen un material al que le faltan muchos electrones (carga positiva) y otro al que le sobran (carga negativa). En cuanto los dos terminales quedan unidos por un circuito, los electrones empiezan a pasar del lado del que sobran al que faltan, dando lugar así a una corriente eléctrica.

Si os interesa el asunto, hablaba sobre las baterías recargables en esta otra entrada.

Pero las baterías de diamante no utilizan dos materiales con carga eléctrica opuesta para estimular la circulación de electrones. En su lugar, generan una corriente eléctrica a través de la radiactividad.
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Respuestas (LXXVII): ¿Puede un recipiente vacío flotar en el aire?

Hoy toca responder a una de las cinco preguntas seguidas que me mandó un lector anónimo por correo electrónico a jordipereyra@cienciadesofa.com: si los globos se elevan en la atmósfera cuando los llenas de un gas menos denso que el aire, ¿un globo vacío (y, por tanto, aún más ligero) no debería flotar aún mejor?

Empecemos por lo básico: ¿por qué algunos objetos flotan?

Pues porque son menos densos que la sustancia en la que flotan, obviamente.

Ya, bueno, pero profundicemos un poco más en la causa.

Un objeto flotará en una sustancia determinada si la masa que desplaza a su alrededor es mayor que la suya propia. Cuando esto ocurre, la fuerza de reacción ejercida sobre él por la sustancia sobre la que se encuentra iguala su peso y, por tanto, no se hundirá. Por ejemplo, los barcos flotan porque desplazan un gran volumen de agua que, a su vez, tiene una masa mayor que el propio barco (recordemos que los barcos están llenos de aire).

O, lo que es lo mismo, los barcos flotan porque que su densidad media es menor que la del agua, precisamente porque están llenos de aire.

Bueno, sí, voz cursiva, pero ese enfoque no nos ayudaría a entender la respuesta a la pregunta de hoy. Sigamos hablando de masa desplazada.

Por otro lado, si se sigue añadiendo más masa al barco, su armazón se hundirá cada vez más y desplazará más agua a su alrededor hasta que las dos cifras se equilibren. De ahí en adelante, el peso del barco será mayor que la fuerza que puede ejercer el agua sobre él y, por tanto, el barco se hundirá.
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Respuestas (LXXVI): ¿Cómo sabemos si las leyes de la física han cambiado con el tiempo?

He pensado que para la entrada de hoy sería una buena idea responder a una pregunta bastante interesante que me habéis enviado varias veces por correo electrónico (a jordipereyra@cienciadesofa.com): ¿las leyes de la física cambian con el tiempo o han sido (y serán) siempre las mismas?

Hoy no has mareado mucho la perdiz con la introducción, ¿eh?

No te preocupes, voz cursiva, que ya la marearé durante el resto del artículo. De hecho, antes de empezar, veamos primero qué nos referimos cuando hablamos de las leyes físicas.

Las leyes de la física no son unas ideas arbitrarias que han inventado los científicos para hacerse los interesantes, sino que surgen de la observación de fenómenos que se repiten una y otra vez de una manera muy concreta.

Por ejemplo, la intensidad del campo gravitatorio de un objeto varía con el cuadrado de la distancia, lo que significa que si doblas la distancia entre tú y él, el objeto tirará de ti con una fuerza cuatro veces menor (hablaba con más detalle del asunto en esta otra entrada). Además, hasta donde sabemos, un planeta o una estrella nunca tirará de ti con menos fuerza cuanto más te acerques a su superficie ni tampoco lo hará siguiendo una progresión lineal o cúbica con la distancia, sino que siempre será cuadrática. Y de estos hechos surge la llamada ley de gravitación universal.. Que expresa toda esta información de una manera mucho más simple con una fórmula matemática:

(Fuente)

La lista de fenómenos que se repiten una y otra vez es larga. Una de las leyes de la física más famosas es el hecho de que la energía se se convierte de unas formas en otras (química, térmica, cinética, etc), pero nunca se crea ni se destruye. Pero, por supuesto, hay muchas más: los planetas dan vueltas alrededor de las estrellas siguiendo órbitas elípticas, los fotones rebotan sobre las superficies reflectantes en el mismo ángulo en el que inciden sobre ellas y los objetos que reciben un empujón en el vacío seguirán moviéndose en línea recta hasta que una fuerza externa actúe sobre ellos, por citar algunos ejemplos.
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Respuestas (LXXV): ¿Por qué unos animales son más longevos que otros?

Me da la impresión de que he estado escribiendo una cantidad desmesurada de entradas relacionadas con la astronomía, así que he pensado que no estaría mal darle variedad blog con una pregunta que me envió Marco Alfonso a jordipereyra@cienciadesofa.com: ¿Por qué unos animales viven más tiempo que otros?

O, expresando la pregunta de una manera más tiquismiquis, ¿qué es lo que determina la longevidad de una especie?

Y, para variar, habrá que poner algo de contexto para responder a la pregunta de hoy, lo que significa que primero toca hablar sobre por qué envejecemos.

Todas las formas de vida complejas que se pueden encontrar en nuestro planeta son organismos multicelulares que, como su nombre sugiere, están hechos de diferentes tipos de células que llevan a cabo funciones distintas. Los vertebrados nos movemos de un lado a otro con ayuda de nuestras células musculares (apoyadas sobre una estructura formada por células óseas) que reciben señales a través de las células nerviosas. Todo este amasijo de tejidos está cubierto por las células cutáneas que nos protegen de los patógenos del entorno y… Bueno, la lista es larga, pero creo que estos ejemplos nos sirven para hacernos una idea de cómo funciona eso de la multicelularidad.

Una célula individual. (Fuente)

Pero, curiosamente, la esperanza de vida de la mayor parte de las células que nos componen es mucho menor que la de nuestro cuerpo en conjunto.

¿Y entonces por qué vivimos tantos años, si nuestras células mueren antes que nosotros?
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Respuestas (LXXIV): ¿De dónde procede el calor de las estrellas enanas blancas?

Raúl González me mandó la siguiente pregunta a jordipereyra@cienciadesofa.com: “¿cómo puede una enana blanca tener una temperatura mayor que la superficie del sol, si estas estrellas ya no producen su propia energía? ¿De dónde procede semejante calor?

He mencionado por encima las estrellas enanas blancas en otras entradas (como esta y esta otra) pero, para entender de dónde sale el calor que las hace brillar, primero tendremos que ver cómo se forman estos curiosos objetos.

“Primero tendré que irme por las ramas”, querrás decir.

Exactamente. Pero es un mal necesario, voz cursiva.

Como sabéis, las estrellas brillan gracias a la energía liberada por las reacciones de fusión nuclear que tienen lugar en sus núcleos, donde las condiciones extremas de calor y presión obligan a los átomos de hidrógeno a unirse entre ellos, formando un elemento más pesado, el helio, y emitiendo los rayos gamma que calientan la masa de la estrella hasta la incandescencia.

(Fuente)

En el caso del sol, por ejemplo, los 15.000.000ºC que reinan en su núcleo se traducen en una temperatura superficial de unos 6.000ºC… Que puede parecer muy baja en comparación, pero hay que tener en cuenta que el calor del núcleo se tiene que repartir por todo el volumen de nuestra estrella, que básicamente es una bola de gas de 1,4 millones de kilómetros de diámetro.

Pero, como bien ha señalado Raúl, la superficie de una enana blanca puede alcanzar temperaturas muy superiores a la de cualquier estrella convencional sin que en su interior exista ningún tipo de mecanismo que produzca energía.

Pues ya me dirás tú qué clase de estrella rara no produce su propio calor. 

Bueno, es que, para empezar, las enanas blancas no son estrellas propiamente dichas, sino los restos de otras estrellas que han agotado su combustible.
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Respuestas (LXXIII): ¿Qué haría falta para ver (desde la Tierra) un programa emitido en directo desde Marte?

Últimamente me estoy poniendo al día con la sección de Respuestas y he encontrado varias preguntas inspiradas por Mars One, el proyecto que pretende haber establecido una colonia permanente en Marte en el año 2032.

Una de las maneras con las que se propuso cubrir los costes del proyecto fue la retransmisión de un reality show desde el planeta rojo en el que los terrícolas podríamos ver las experiencias diarias de nuestros nuevos vecinos marcianos desde la comodidad de nuestros salones. Y, como habréis deducido por el título de la entrada, algún lector de Ciencia de Sofá se ha preguntado si se podría retransmitir un programa en directo desde Marte.

¡Pues claro que no! ¿No ves que las señales de Marte tardarí…?

Calma, voz cursiva, no adelantes acontecimientos.

En primer lugar, abordemos lo obvio: Marte está muy lejos de la Tierra así que, pese a que se propague a la velocidad de la luz (300.000 km/s) la información que se emita desde el planeta rojo tardará un rato en llegar hasta nosotros. Como la distancia que separa los dos planetas varía entre 54.600.000 km y 401.000.000 km, según la posición en la que se encuentre cada uno, las señales del reality show marciano tardarían desde 3 hasta 23 minutos en alcanzar nuestro planeta tras su emisión.

O sea que, a menos que alguien desarrolle una tecnología que nos permita comunicarnos a velocidades superlumínicas, recibiremos las imágenes de Marte minutos después de que las acciones que aparecen en ellas hayan tenido lugar.

¿Ves? Entonces el programa nunca podría ser “en directo”. Fin de la entrada.

Te equivocas, voz cursiva, porque un programa es en “en directo” cuando “la emisión se produce al mismo tiempo que se realiza. Que recibiéramos el programa con unos minutos de retraso es irrelevante, porque no cambiaría el hecho de que se estuviera emitiendo sobre la marcha.

Dicho esto, una pregunta más adecuada para la entrada de hoy sería: ¿cómo podríamos retransmitir vídeo en directo desde Marte y verlo desde la Tierra sin interrupciones?

Bueno, vale, doy mi beneplácito a este nuevo planteamiento.
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