Esta es la verdadera razón por la que nada puede ser más rápido que la luz

La luz permanece imbatible en su récord de velocidad. 

 

Corría septiembre de 2011 y el físico Antonio Ereditato conmocionaba al mundo.

El anuncio que había hecho prometía dar un drástico giro a nuestros conocimientos sobre el Universo. Si los datos recogidos por 160 científicos que trabajaban en el proyecto OPERA eran correctos, lo impensable había ocurrido.

Un grupo de partículas -en este caso, los neutrinos- había viajado más rápido que la luz.
Según la teoría de la relatividad de Albert Einstein, eso no era posible. Y las implicaciones eran enormes. Muchos aspectos de la física tendrían que ser modificados.

Al final, el resultado de OPERA estaba errado por causa de un problema de sincronización debido a un cable mal conectado.

Como consecuencia, las mediciones de lo que tardaban los neutrinos en recorrer la distancia estaban equivocadas en 73 nanosegundos, e hizo que pareciera como si hubieran viajado más rápidamente de lo que lo hicieron.

Ereditato renunció.

Pero, ¿estamos realmente seguros de que nada puede viajar más rápido que la luz?

• Logran bajar la velocidad de la luz por primera vez

Cuestión de peso

Examinemos el asunto. La velocidad de la luz en el vacío es de 299.792.458 kilómetros por segundo (cerca de la cifra redonda de 300.000 km/s). El Sol se encuentra a 150 millones de km de la Tierra y la luz tarda sólo ocho minutos y 20 segundos en recorrer esa distancia.

A principios de la década de 1960, William Bertozzi, del Instituto de Tecnología de Massachusetts, en EE.UU., experimentó con la aceleración de electrones a velocidades cada vez mayores.

Debido a que los electrones tienen una carga negativa, es posible propulsarlos aplicando la misma carga negativa a un material.

En teoría sólo se tiene que aumentar la energía aplicada con el fin de alcanzar la velocidad requerida de 300.000 km/s, pero resultó que no es posible que los electrones se muevan tan rápido.

Los experimentos de Bertozzi revelaron que el uso de más energía sólo causaba un aumento directamente proporcional en la velocidad del electrón.

La luz está compuesta de partículas llamadas fotones. ¿Por qué estas partículas pueden viajar a la velocidad de la luz cuando otras partículas como los electrones no pueden?

"A medida que los objetos viajan más rápido, su masa crece y mientras más masa tienen, más difícil es lograr la aceleración, por lo que nunca llegan a la velocidad de la luz", explica Roger Rassool, físico de la Universidad de Melbourne, en Australia.

• Los neutrinos viajan a la velocidad de la luz

Einstein, siempre Einstein

Los fotones son bastante especiales. No sólo carecen de masa, lo que les da vía libre a la hora de atravesar vacíos como el espacio, sino que además no necesitan acelerar. La energía natural que poseen significa que cuando se crean ya están a su máxima velocidad.

No hemos observado o creado nada que pueda desplazarse tan o más rápidamente que los fotones.

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BBC Ciencia

Crean por primera vez “moléculas” de luz

Físicos logran sobreponer fotones para que se comporten como moléculas.

Científicos del National Institute of Standards in Technology de Estados Unidos han logrado crear algo que desafía los límites de lo que la ciencia consideraba posible: “moléculas” de luz (o al menos, luz que se comporta como una molécula). Los fotones no tienen masa y no interactúan entre sí, por lo que para crear “materia fotónica” era necesario mantener la interacción de estas partículas durante un cierto período de tiempo.

Anteriormente, los investigadores habían logrado fabricar un compuesto fotónico disparando dos fotones en una nube de átomos de rubidio a bajas temperaturas en una cámara sellada, lo cual causó que los fotones donaran su energía a los átomos enfriados a su alrededor. Los fotones interactúan con la nube de rubidio, pero esta nube afecta a su vez a los fotones y así sucesivamente, lo cual hace que los dos fotones interactúen entre sí y desalojen la nube de rubidio como un solo foton perfectamente sobrepuesto.

Recientemente el equipo logró crear “moléculas” de dos fotones en los que el tándem de partículas se mueve de manera coordinada, como dos átomos en una molécula. Para este proceso se requieren temperaturas criogénicas y poderosos aparatos, por lo que no es muy viable por el momento. Sin embargo, la tecnología “multifotónica” podría ser más adelante utilizada para aumentar la transmisión y coherencia de datos a través de luz, como puede ser por fibra óptica.

Este juego de ciencia cuasi divina con la luz tiene algunos interesantes antecedentes, como la vez que varios científicos lograron crear materia con luz, en un nuevo fiat lux.

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Pijama Surf

¿Pesan todas las hormigas juntas más que toda la humanidad?

"Si fuéramos a pesar todas las hormigas del mundo, pesarían tanto como todos los seres humanos", dijo el presentador Chris Packham en un reciente documental de la BBC. ¿Puede ser cierto?

Hay hormigas de hasta 60 mg, pero la media es mucho menor.

Esta afirmación la hicieron por primera vez el profesor Edward O. Wilson, de la Universidad de Harvard (Estados Unidos), y el biólogo alemán Bert Hoelldobler en su libro de 1994 "Viaje a las hormigas".

La estimación se basa en un cálculo anterior del entomólogo británico C.B. Williams, quien calculó que el número de insectos vivos en la tierra en un determinado momento es de un millón de billones.
"Si, para tomar una cifra conservadora, el uno por ciento de eso son hormigas, la población total sería de 10.000 billones", escribieron Wilson y Hoelldobler.

Cómo se pesa una hormiga

"Es muy fácil pesar una hormiga. En una pequeña pesa electrónica, se pone una hormiga", explica Ratnieks.

Pero advierte, lo mejor es refrigerar la pesa antes: "Esa es la manera de que no salgan corriendo".

"Una hormiga trabajadora puede pesar una media de entre uno y cinco miligramos, dependiendo de la especie. Combinadas, todas las hormigas juntas pesan juntas tanto como todos los seres humanos".
La idea de Wilson y Hoelldobler se basa en la idea de que un humano medio pesa un millón de veces más que una hormiga media.

¿Y cuánto aguanta este argumento un examen detenido?

Un humano medio pesa 62 kilos, así que eso supondría que las hormigas pesan unos 60 miligramos.
"Hay hormigas que pesan 60 miligramos, pero son de las muy grandes", dice Francis Ratnieks, profesor de apicultura de la Universidad de Sussex, Reino Unido.

"La hormiga común debe rondar un miligramo o dos".

Con unas 13.000 especies en el mundo, la diferencia de tamaño va de las que miden un milímetro a las de 30.

Así que es probable que el peso también varíe notablemente: aunque numerosos expertos parecen estar de acuerdo en que la media pesa 10 mg.

Eso sí, nadie sabe cuántas hormigas hay en el mundo. El documental de la BBC dice que no son diez millones de billones sino cien billones...

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BBC Ciencia

¿Por qué si usted y una araña se caen del techo a ella no le pasa nada?

El gel balístico es gelatina como la que nos comemos pero más densa.

¿Por qué las arañas y moscas pueden caminar por las paredes?

La respuesta se encuentra en la física y quien la descifró fue Galileo Galieli, el mismo que insistió en que la Tierra giraba alrededor del Sol.

• Compruebe que una araña puede ser más fuerte que usted

Se llama la Ley de la caída libre de cuerpos y, como suele suceder, es más fácil y divertido entenderla por medio de un experimento.

En éste, el científico Mark Miodownik muestra cómo hacer gel balístico, el que usa la policía para examinar el impacto de las armas de fuego pues se asemeja al tejido humano vivo.

Con la ayuda de ese gel, usted podrá comprobar que el tamaño importa cuando se trata de sobrevivir a una caída.

Qué se necesita

Dos jarras medidoras de 1 litro
Un tazón o balde grande
Un tazón pequeño, como los de comer cereal
Un tazón grande, como los de servir ensalada
200 gramos de gelatina
Aceite de cocinar
Cuchara
Nevera
Dónde hervir agua
Un lugar en el que se pueda tirar desde lo alto gel balístico sin causar problemas

Cómo se hace

Tenga mucho cuidado con el agua hirviendo y asegúrese de que la gelatina no le caiga a nadie ni nada cuando la suelte.

La gelatina toma 15 horas en cuajar.

Eche 900ml de agua caliente en una jarra medidora y agréguele 100g de gelatina. Repita el proceso en la otra jarra medidora.

Revuelva la mezcla en ambas jarras con cuidado, para que no le entren burbujas de aire.

Cuando la gelatina esté bien disuelta, meta las jarras en la nevera y déjelas ahí durante tres horas.

Sáque las jarras de la nevera y póngalas en un tazón con agua recién hervida durante 10 minutos. Revuelva con cuidado hasta que la gelatina esté completamente líquida.

Engrase los tazones que usará como moldes -el pequeño y el grande- para que no se les pegue la gelatina cuando se enfríe.

Vierta lentamente unos 450ml de la gelatina líquida en el molde pequeño y 1.350ml en el grande. Métalos en la nevera y déjelos 12 horas.

Cuando saque la gelatina de la nevera, deben estar elásticas pero firmes.

Desenmolde y...

...tras asegurarse de que no hay nada ni nadie abajo, deje caer las dos gelatinas desde un lugar alto a una superficie dura.

Si sale bien el experimento verá que mientras la gelatina pequeña está entera, la grande habrá sufrido por la caída.

El experimento ilustra la ley cuadrático-cúbica, un principio matemático que ayuda a entender desde por qué no se puede construir una escalera para llegar al cielo hasta por qué King Kong no habría podido caminar en tierra, mientras que las ballenas nadan graciosas en el mar.

Ahora sí: la ley de caída libre de los cuerpos

Animales relativamente grandes como nosotros son propensos a sufrir lesiones graves al caer desde una gran altura. Sin embargo, un animal más pequeño sale ileso.

Esto se debe a una relación fundamental en la naturaleza, descubierta por Galileo, que establece que cuando el ancho de un cuerpo se duplica, el área de superficie se multiplica al cuadrado y el volumen, al cubo.

Así, algo que es 10 veces más ancho, tiene 100 veces el área de superficie, pero 1.000 veces el volumen. Y a medida que el volumen aumenta, también lo hace la masa en proporción.

Esto significa que cuanto mayor sea el objeto, menor será es la relación de superficie a volumen.
Por lo tanto, los seres humanos se rigen por fuerzas gravitacionales, ya que nuestra superficie es relativamente pequeña en comparación con el volumen.

En el caso de los animales muy pequeños, la gravedad es insignificante, pues tienen una gran relación de superficie a volumen.

Viven en un mundo dominado por las fuerzas de superficie, como la fricción y la adhesión, que superan la fuerza relativamente débil de la gravedad.

Eso explica por qué las arañas y moscas pueden trepar por las paredes.

Fuente:

BBC Ciencia

Cinco cosas que deberías saber sobre la conducta colectiva

Qué es una multitud. De acuerdo con el Centro Nacional de Condiciones de Trabajo en España, el fenómeno llamado "conducta colectiva", "conducta de masas" o "dinámica colectiva" se puede definir como toda conducta relativamente espontánea ejecutada por un grupo de personas ante un estímulo común en una situación indefinida o ambigua. Estos grupos de personas, generalmente transitorios y carentes de organización formal, reaccionan ante un conjunto inmediato de circunstancias de formas no convencionales. Se trata de multitudes que podríamos definir como "un amplio número de personas que comparten un centro de interés común durante un tiempo limitado". Dichas personas son conscientes normalmente de su influencia mutua. 

Una minoría decide. Según se desprende de un estudio de la Universidad de Leeds publicado hace unos años la revista Animal Behaviour Journal, en las multitudes humanas una minoría de sólo el 5% decide el camino, y el 95% restante sencillamente le sigue. “Los sujetos del experimento siempre acababan llegando a un consenso en sus movimientos, a pesar de que no les estaba permitido hablar ni gesticular”, explicaba el biólogo Jens Krause, coautor de la investigación. 

Así hacemos "la ola". Analizando el desarrollo de catorce "olas humanas" en estadios de fútbol con capacidad para más de 50.000 personas, el físico Tamàs Vicsek ha llegado a la conclusión de que generalmente se desplazan en el sentido de las agujas del reloj a una velocidad de 12 metros (20 asientos) por segundo. Y que para que se desencadenen hace falta que al menos 25 espectadores levanten sus brazos. Además, el modelo matemático que reproduce el movimiento de la ola es sorprendentemente parecido al que simula el comportamiento de las células cardíacas o al de la propagación de los incendios forestales. 

Las reglas de los peatones. Científicos franceses del Centro de Investigación del Conocimiento Animal de Toulouse demostraron que cuando un peatón camina aplica dos reglas para tratar de minimizar la congestión en su campo visual: camina hacia los espacios vacíos que ve y ajusta su velocidad para mantener una distancia mínima de seguridad frente al obstáculo más próximo. Simulando digitalmente un modelo de comportamiento en multitudes con solo estos dos parámetros, los investigadores comprobaron que el resultado coincidía con lo que sucede en la realidad, y que explicaba muchos fenómenos espontáneos, como la formación de líneas o "carriles" de peatones en direcciones opuestas, tal y como publicaban los autores en PNAS.

Las hormigas como modelo. Después de observar durante años a las hormigas argentinas (Linepithema humile), el investigador Martin Burd parece haber descubierto cómo se las apañan estos insectos para controlar el tráfico en situaciones de emergencia. “Cuando sienten pánico no se comportan como los humanos: permanecen tranquilas, caminan en filas ordenadas y son corteses las unas con las otras, porque no buscan el bien individual sino el del grupo”, explica este científico australiano.

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Muy interesante

Científicos del CERN, "casi seguros" de haber encontrado bosón de Higgs

El colisionador de hadrones del CERN.

Los científicos de la Organización Europea de Investigación Nuclear, CERN, dicen que están cada vez más convencidos de que la partícula subatómica que identificaron en experimentos el año pasado es el largamente esperado bosón de Higgs.

 

Sin embargo, los investigadores dicen que aún no puede estar cien por ciento seguros. El bosón de Higgs - que explicaría por qué la materia tiene masa - ha sido descrito como la piedra angular que falta de la física.

Desde hace tiempo se teorizó sobre él y físicos de todo el mundo han estado compitiendo para confirmar la teoría con experimentos prácticos.

 

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BBC Ciencia 

Una roca es un reloj

Investigadores de la Universidad de California en Berkeley (EE UU) han creado un nuevo reloj atómico que puede medir el tiempo con la masa de un átomo, y viceversa. El desarrollo de este dispositivo, cuyo mecanismo se presenta esta semana en la revista Science, puede ayudar a definir mejor el concepto de kilogramo.

“Por así decirlo, una roca es un reloj”, señala Holger Müller, un profesor de la Universidad de California-Berkeley (EEUU) preocupado desde niño por saber lo que realmente es el tiempo. Ahora, junto a otros colegas de su universidad, acaba de fabricar un reloj que asocia el tiempo a la masa de una partícula.

Medir el tiempo usando la masa, y viceversa Crédito: Pei-Chen Kuan.

Los investigadores han materializado la hipótesis del físico francés Louis-Victor de Broglie, que ya en 1924 planteó que la materia, además de su característica corpuscular, también puede actuar como una onda.

Construir un reloj de materia parecía imposible, ya que la frecuencia –denominada de Compton– de esas ondas de materia se consideraba casi imposible de observar, o aunque se pudiera, las oscilaciones serían demasiado rápidas para medirlas.

“En un reloj de pared hay un péndulo y un mecanismo que puede contar sus oscilaciones, pero no había manera de hacer un reloj de ondas de materia, ya que su frecuencia de oscilación es 10 000 millones de veces más alta que, incluso, las oscilaciones de la luz visible”, comenta Müller.

Sin embargo, el equipo lo ha conseguido gracias a los dos aparatos con los que ha construido su reloj: un interferómetro –instrumento que usa la interferencia de las ondas para medir las longitudes de onda– y un ‘peine’ de frecuencias. Con ellos han podido jugar con las variables de la frecuencia de Compton (w=mc²/h, donde m es la masa, c la velocidad de la luz y h la constante de Planck) en un átomo de cesio.

Como, según la teoría de la relatividad, el tiempo se ralentiza para los objetos en movimiento, el átomo de cesio que se aleja y vuelve es más ‘joven’ que el que se queda parado. Es decir, la onda de materia del cesio viajero oscila menos veces. Así, midiendo las ínfimas diferencias de frecuencia –del orden de 3×10²⁵– se puede calcular el tiempo.

“Nuestro reloj tiene una precisión de siete partes por cada mil millones”, explica Müller, quien reconoce que esto todavía es cien millones de veces menos de lo que ofrecen los mejores relojes atómicos actuales, que usan iones de aluminio.

Mejores relojes y patrones atómicos

“Pero las mejoras en nuestra técnica pueden impulsar la precisión de los relojes atómicos, incluidos los de cesio que hoy se emplean para definir el segundo”, añade el investigador.

Además de poder medir el tiempo con la masa, el estudio plantea lo contrario: deducir la masa conociendo el tiempo de las oscilaciones. Es otra de las ventajas de utilizar la ecuación de Compton.

De esta forma, el trabajo –que publica Science esta semana– también puede ayudar en el futuro a definir mejor el concepto de kilogramo, que se podría relacionar con una unidad de tiempo como el segundo.

En la actualidad la masa de referencia del kilogramo es un cilindro de platino e iridio que se custodia en una caja fuerte en Francia, con copias exactas repartidas por todo el mundo. La de Reino Unido se hecho popular recientemente porque se ha detectado que ha ‘engordado’ unos microgramos. Para evitar desviaciones como esta, la Conferencia General de Pesos y Medidas trata de sustituir este kilogramo estándar por otro basado en una medida física de mayor precisión.

En este sentido se plantea la propuesta del equipo para hacer un nuevo patrón de masa en función del tiempo, junto a otras alternativas como el uso de la denominada esfera de Avogadro, un cristal muy puro de silicio del que se conoce con precisión su número de átomos.

“Nuestro reloj y las mejores esferas de Avogadro actuales pueden facilitar la nueva definición de kilogramo”, dice Müller, que resume: “Conocer el tictac de nuestro reloj es equivalente a conocer la masa de la partícula, y una vez que sabes la masa de un átomo, puedes relacionarla con las masas de los demás”.

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Referencia bibliográfica: S.-Y. Lan; P.-C. Kuan; B. Estey; D. English; J.M. Brown; M.A. Hohensee; H. Müller; H. Müller. “A Clock Directly Linking Time to a Particle’s Mass”. Science, 10 de enero de 2013.
Fecha Original: 10 de enero de 2013 Enlace Original

Tomado de:

Ciencia Kanija

El kilogramo oficial tiene "sobrepeso"

El kilogramo original, que rige la masa de un kilo, está guardado en las afueras de París.

Los excesos de las fiestas provocan que no sean pocos los que deciden, como propósito para el nuevo año, perder esos kilos de más acumulados tras incontables comidas y familiares.

Pero, ¿qué pasaría si no hubiese que hacer ninguna dieta y que, aún con los kilos de más, conservásemos -en los números- el mismo peso?

Pues eso es precisamente lo que, según los científicos, ocurrió con el cilindro que determina lo que es oficialmente un kilogramo: podría haber "engordado" y pesar más de 1.000 gramos.

Científicos británicos comprobaron que una de las réplicas de este cilindro pesa más de un kilo, de lo que se deduce que el que se encuentra en París podría también tener sobrepeso.

El kilogramo es la única de las siete unidades comprendidas en el Sistema Internacional de Unidades que se define en función de un objeto: el patrón de platino iridio fabricado en Londres y conservado en Francia en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM, según sus siglas en francés).

Este estándar fue establecido por la BIPM en 1889, durante la Conferencia General de Pesos y Medidas. Del original se reprodujeron 40 réplicas, que fueron distribuidas por todo el mundo y que son comparados con el original cada 50 años.

Pequeñas diferencias

Según afirma en un comunicado la Universidad de Newcastle, en Reino Unido, los profesores Peter Cumson y Naoko Sano usaron una avanzada técnica para analizar la superficie de uno de los cilindros "hermanos" del de París y encontraron que el kilogramo original podría haber aumentado de masa en poco menos de 100 microgramos.

"La masa es una unidad tan fundamental que incluso un pequeño cambio es significativo y el impacto de tal variación a escala global es enorme"

Peter Cumson, de la Universidad de Newcastle

Los estudios se realizaron sobre la copia 18 del kilogramo original, que fue la enviada desde París a Reino Unido.

"Realmente no importa lo que pese siempre y cuando todos nos refiramos al mismo estándar; el problema son las pequeñas diferencias. El kilogramo original y sus 40 réplicas distribuidas por el mundo están creciendo a distintos ritmos, diferenciándose unas de otras", asegura Cumson en el comunicado.

"Pero estamos hablando tan solo de unos gramos –menos de 100 microgramos-, así que lamentablemente no podemos quitarnos un par de kilos y fingir que los excesos de Navidad nunca ocurrieron", añade.

Bronceado para adelgazar

Pero las diferencias, aunque mínimas, son significativas.

"La masa es una unidad tan fundamental que incluso un pequeño cambio es importante y el impacto de tal variación a escala global es enorme", dice Cumson.

"Lo que hemos hecho en la universidad es darle a esta superficie una especie de bronceado. Exponiendo la superficie de los cilindros a una mezcla de rayos ultravioleta de onda larga (UVA) y ozono hemos podido quitar la contaminación y potencialmente devolverle al prototipo su peso original".

Varios institutos de medición del mundo entero trabajan para encontrar una alternativa a este ejemplar que no esté basada en una pieza de metal.

Otras opciones

El kilogramo se define en función de un objeto y los expertos piensan ahora en definirlo tomando como base la mecánica cuántica.

Muchos científicos apuestan por una opción: la constante de Planck, una constante física -que recibe su nombre de Max Planck, su descubridor- y que juega un papel fundamental en la teoría de la mecánica cuántica. clic Haga clic aquí para ver la definición.

Diversas investigaciones en marcha han establecido una conexión entre la masa y la constante de Planck.

La idea es que cuando exista una conclusión unánime acerca de esta cuestión se pueda poner en marcha una nueva definición de la unidad métrica de peso.

"Se ha logrado un consenso internacional que apunta a que en el futuro cercano el kilogramo debe de ser redefinido en base a un valor fijo que parte de la constante de Planck. Aunque nuestros experimentos están progresando, es demasiado pronto para poner en marcha una nueva definición de kilogramo", explica Michael Stock, físico del BIPM.

"Los expertos en metrología de masas recomiendan que hasta que no haya un consenso entre los experimentos realizados en laboratorios de todo el mundo no se dé este paso", continúa el investigador.

Mientras tanto, habrá que seguir confiando en el kilogramo de París y en sus pequeñas inexactitudes.

Fuente:

BBC Ciencia