Archivo de la categoría: Científicos humanistas

La forma del átomo II

“Dios es capaz de crear partículas de distintos tamaños y formas… y quizás de densidades y fuerzas distintas, y de este modo puede variar las leyes de la naturaleza, y hacer nuevos mundos de tipos diferentes en partes diferentes del Universo. Yo por lo menos no veo esto nada contradictorio”, ISAAC NEWTON, Óptica

Los Simpson

El modelo planetario del átomo ha inspirado a generaciones de artistas y escritores de ciencia ficción a imaginar mundos dentro de otros mundos, en la que los átomos son diminutos sistemas solares que forman parte de una estructura cada vez mayor. Un ejemplo de ello es esta genial intro de un capítulo de Los Simpson.

Buckminster Fuller

No sólo la configuración elemental de la materia ha inspirado al arte. Una estructura arquitectónica conocida como cúpula geodésica, desarrollada por el ingeniero y visionario Richard Buckminster Fuller en 1954, dio nombre a un tipo de molécula formada por átomos de carbono llamada fulereno. Tanto la molécula como la cúpula geodésica comparten su forma esférica generada a partir de polígonos cuyos vértices coinciden con la superficie de una esfera. Este tipo de estructuras son extremadamente ligeras y estables debido a lo que Fuller calificó como tensegridad, esto es, el equilibrio entre fuerzas de tracción y compresión. Si quieren saber más sobre el legado de Buckminster Fuller, vean este magnífico reportaje de la CBS y no se pierdan su ‘espacial’ final con esta reflexión del arquitecto: “everyboy is an astronaut”.



Atomium

Cuandoel arquitecto André Waerkeyn recibió el encargo de construir un monumento para la Exposición Universal de Bruselas de1958, no dudó en diseñar una estructura atómica como símbolo de la era moderna. Compuesta por nueve esferas de acero de 18 metros de diámetro, representa la estructura de un cristal de hierro ampliado 165 mil millones de veces. Planeada para permanecer sólo seis meses, pronto se convirtió en una atracción turística y ha perdurado hasta la actualidad como un emblema de la ciudad de Bruselas.

A is For Atom

Poco después de la explosión de Hiroshima, los Estados Unidos iniciaron una campaña para promocionar el uso pacífico de la energía atómica. Para ello realizaron algunas películas de propaganda con el propósito de “humanizar” la figura del átomo. A is For Atom (1953) es un ejemplo de este esfuerzo. Se trata de una película educativa de animación producido por General Electric en la que los elementos aparecen como personas con cabeza de molécula y la energía nuclear como gigantes portadores de progreso para la humanidad. El film es una reliquia del pensamiento y de la animación americana de los años 50.

La hormiga atómica

Tras la explosión nuclear en Japón,  numerosos monstruos y superhéroes mutantes aparecieron en la ficción como metáfora del temor surgido por la nueva energía. Entre ellos, La Hormiga Atómica es un personaje de dibujos animados creado por la factoría de animación Hanna-Barbera en 1965. Se trata de una minúscula hormiga antropomórfica y parlante, poseedora de una gran fuerza y poder que obtiene de la exposición a la radiación a través de un “desintegrador de átomos” que se encuentra en su laboratorio. Su símbolo no podría ser otro que el modelo atómico de Bohr.

Doctor Manhattan

Dr. Manhattan es uno de los personajes principales del popular comic Watchmen, cuya acción transcurre en los años 80 en el marco de una inminente guerra nuclear entre Estados Unidos y la Unión Soviética. Tras sufrir un accidente durante un experimento de física para desintegrar los objetos en átomos individuales su cuerpo se vaporiza. Sin embargo, sus átomos vuelven a combinarse convertido en un superhéroe capaz de manipular la materia. Sus creadores se inspiraron en otro superhéreo  de los años 60 con iguales poderes llamado Capitán Átomo . A diferencia de aquel personaje, el Dr. Manhattan rechaza un uniforme con el símbolo del átomo de Bohr, que considera absurdo, y se graba en la frente el esquema de un átomo de hidrógeno.

Here Comes Science

They Might Be Giants es un grupo de música indie estadounidense formado en los 80. Desde 2005 han elaborado varios proyectos educativos para niños. Su último disco en 2009 está dedicado a la divulgación de la ciencia. Para ello han elaborado varios videoclips de animación donde explican con sencillez varios conceptos científicos, entre ellos, este brillante vídeo sobre la tabla periódica donde se da a entender cómo los elementos se ordenan según las propiedades físicas de sus átomos.

Cosmos

El popular astrónomo y divulgador de la ciencia Carl Sagan hizo una magistral descripción de los átomos y de los elementos químicos en el episodio 9 de su serie Cosmos sin mostrar ni una sola representación del modelo atómico. Si a él le sobraban las imágenes, a quienes nos dedicamos a la divulgación nos sobran las palabras para describir la genilidad del maestro.

Atom

Una de los mejores documentales sobre física cuántica. Realizado en 2007 por la BBC y presentado por el físico Jim Al-Khalili, posiblemente el nuevo Carl Sagan de la divulgación científica, está compuesto por tres episodios donde se explica cómo el descubrimiento del átomo ha cambiado nuestra comprensión del Universo.


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Ciencia y arte según la astronauta Mae Jemison

(Del canal de Internet Technology, Entretainment and Design (TED). Conferencia pronunciada en el año 2002 en Monterey, California)

Entrevista a Juan Ignacio Cirac

Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Alemania

A pesar de ser habitantes de un mundo a medio camino entre las enormes distancias cósmicas y las microscópicas de los átomos, esos extremos nos atraen. Por un lado creamos instrumentos para observar las fronteras del universo conocido y por otro nos adentramos en el límite de lo muy pequeño, hasta crear dispositivos minúsculos capaces de almacenar información. Pero, en esa carrera hacia lo cada vez más pequeño nos encontramos con una frontera, si cruzamos al otro lado comprobamos que ya no rigen las mismas leyes, hemos entrado en el territorio de la mecánica cuántica. Aquí la realidad parece cambiar, nos enfrentamos con fenómenos que contradicen nuestro sentido común, es el reino de la paradoja. Si aplicamos todo esto al campo de la informática, nos hallamos a las puertas de una nueva disciplina: la computación cuántica. Este es el terreno en el que desarrolla su investigación Juan Ignacio Cirac, galardonado recientemente con el Premio Príncipe de Asturias de Investigación Científica y Técnica. Este joven físico, director del Instituto Max Planck de Óptica Cuántica de Alemania, nos habla en esta entrevista del presente y el futuro de esta nueva rama del conocimiento.

¿Qué le motivó a estudiar computación cuántica?

Llevo trabajando con la física cuántica desde que estudié la carrera. Hice una tesis sobre ella y en 1994, cuando surgió la computación cuántica gracias a los resultados obtenidos por un americano, me sentí atraído por el tema y empecé a trabajar con un equipo.

¿Cuál es el problema de la computación clásica? ¿Hasta donde hemos llegado y por qué resulta necesaria una nueva computación basada en las propiedades de lo muy pequeño?

Los ordenadores van cada vez más rápido. Los chips almacenan tanta información que al final el elemento de información más elemental serán los átomos. Dentro de unos años llegaremos al mundo microscópico. En ese momento la mecánica cuántica será una necesidad. Simplificando, podemos decir que la computación cuántica utiliza la mecánica cuántica de los sistemas microscópicos para hacer las cosas más rápidas y mejor.

¿Qué distingue esencialmente la información cuántica de la clásica?

En la información clásica la unidad de información es el bit. En la computación cuántica todo se almacena en términos de qubits o bits cuánticos que, a demás de tener los valores 0 y 1, pueden tener valores intermedios de superposición, es decir, ser a la vez O y 1.

¿Cuál es el principal escollo que se interpone en la realización de un ordenador cuántico?

El problema es que no podemos controlar y manejar bien esos sistemas tan pequeños. Hay que aislarlos y manipularlos con láseres que no son perfectos. No disponemos de la herramienta adecuada.

Al leer el resultado, una vez realizado el cálculo, ¿no estaríamos, de algún modo, interfiriendo según el Principio de Incertidumbre?

Los algoritmos cuánticos están hechos de tal forma que la probabilidad de obtener un resultado correcto es muy alta. Así que se mide, se obtiene un resultado y si no es correcto se vuelve a repetir hasta que es el adecuado.

Si el ordenador cuántico no puede ser construido a partir del transistor clásico, ¿cómo será el hardware de la computación cuántica?

No sabemos cómo va a ser el hardware definitivo, pero sí hay prototipos basado en sistemas atómicos en los cuales se tiene un conjunto de 20 o 30 átomos, iluminados con luz láser, y cada uno de ellos almacena información.

¿La computación cuántica depende del desarrollo de la nanotecnología y su capacidad de manipular estructuras atómicas?

Está muy relacionada. La computación cuántica necesita dominar el mundo microscópico y eso es lo que intenta la nanotecnología. Lo que ocurre es que la computación cuántica da un paso más y no sólo intenta controlar ese mundo microscópico, sino también sus cualidades cuánticas.

¿La cuántica también tiene aplicaciones en el terreno del almacenamiento de datos?

No, tiene muy pocas aplicaciones. Realmente no puede almacenar muchos más datos que un ordenador clásico. En un ordenador cuántico se pueden procesar mejor y más rápido, no guardar.

Entonces, ¿el computador cuántico no desbancará al clásico? ¿De qué depende su futuro?

Los ordenadores clásicos estarán durante mucho tiempo. Luego aparecerán los cuánticos y los sustituirán, pero tal vez ocurra dentro de 100 años. Es difícil de predecir, aunque queda mucho. Todavía se está investigando y no sabemos muy bien cómo utilizarlos salvo para obtener una serie de algoritmos.

Uno de los primeros usos que está teniendo la información cuántica es la encriptación, ¿Cómo se consigue?

En la criptografía cuántica no es importante almacenar datos, sino enviarlos. Se consigue a través de superposiciones cuánticas: los bits cuánticos, en lugar de enviar 0 y 1, envían superposiciones de forma que, si alguien los intenta medir, cambia su estado y el receptor puede percatarse de que hay alguien viendo el mensaje.

Si todo está formado por átomos, la cuántica debería ser una cuestión que interesara a todas las disciplinas científicas. ¿Es la cuántica un puente entre distintos saberes?

Lo és. Cuando haces una conferencia sobre mecánica cuántica te encuentras desde matemáticos desarrollando teorías matemáticas de la información, informáticos que buscan algoritmos y protocolos de comunicación, físicos teóricos y experimentales de materia condensada, de estado sólido o de física molecular y atómica, químicos… es una materia muy interdisciplinar.

Y en el caso de la astrofísica, ¿cómo puede la física cuántica ayudarnos a la comprensión del Universo?

Sin duda, está muy presente en la astrofísica. Hay dos partes de la cuántica que pueden ayudar a entender el Universo. Por un lado, la relatividad nos permite ir hacia atrás, pero hay un momento inicial en que no sabemos qué pasó y en el que nos hace falta la mecánica cuántica. Sin embargo, no tenemos, por ahora, ninguna teoría de la gravitación cuántica que nos de una respuesta. Por otro lado, la mecánica cuántica también está presente cuando miramos las estrellas y vemos los espectros de emisión para saber cuáles son los componentes. En el caso de la información cuántica no son estas propiedades espectrales las que se utilizan, sino otras propiedades distintas.

¿Habrá una teoría del todo que unifique la macro y lo microscópico?

Yo creo que sí, aunque está costando mucho.

Y en biología, ¿comprender cómo se autoorganizan y ensamblan los átomos puede tener implicaciones en la manera de analizar las moléculas y en cómo se constituye la naturaleza?

Algunos piensan que dentro de las moléculas hay procesos coherentes parecidos a las superposiciones. Aunque encontramos muchas controversias al respecto: hay quien opina que las temperaturas de las moléculas que hay en la naturaleza son demasiado altas para que estas superposiciones jueguen un papel importante. Sin embargo, no hay duda de que a más bajas temperaturas sí lo juegan. También hay gente que utiliza la mecánica cuántica para promover mejores reacciones químicas, utilizando láseres y el principio de superposición, y obtener productos de una manera más eficiente.

¿Las posibilidades de computación cuántica nos acercan a la inteligencia artificial?

Por el momento, no hay quien haya hablado de inteligencia artificial de manera cuántica. Hay un problema de almacenamiento relacionada con el autoaprendizaje. Para resolverlo se pueden utilizar varias reglas, las de la mecánica clásica y la cuántica. En la clásica hay una serie de protocolos que te dicen cómo tienes que resolverlo de una forma determinada. Con la cuántica tienes que encontrar los algoritmos y ver qué es mejor. Para ciertos problemas conocemos esos algoritmos y sabemos que son mejores, pero para la inteligencia artificial, el almacenamiento y procesamiento de información, nadie ha planteado que exista un algoritmo que demuestre que es mejor.

¿La revolución cuántica es una utopía o una realidad?

La anterior revolución pertenece a los ordenadores y el transistor que están basados en la mecánica cuántica. Este progreso en el siglo pasado fue debido a la existencia de los láseres, los semiconductores y otras propiedades de los materiales eléctricos. La segunda revolución tendrá lugar cuando el principio de superposición, la incertidumbre y las propiedades extrañas que utiliza la información cuántica jueguen un papel importante.

Entonces, ¿este mundo de lo infinitamente pequeño y de efectos extraños está mas presente de lo que creemos?

Dicen que el 40% de la economía actual tiene una base cuántica.

Por último, ¿Dios juega a los dados?

Parece que sí. Einstein no se convenció porque no pudo ver los experimentos realizados en los 70 y 80 que han demostrado que existen superposiciones y que cuando las observamos lo que obtenemos es completamente aleatorio. La vida no es determinista.

Entrevista realizada por Eva Rodríguez Zurita e Iván Jiménez Montalvo para la revista IAC Noticias (Ver versión en .pdf)

Piazzi Smyth, luces y sombras

Este vídeo forma parte de la exposición “Memorias del Teide” organizada por el Organismo Autónomo de Museos y Centros del Cabildo de Tenerife y el Museo de la Ciencia y el Cosmos. Realizado por Iván Jiménez y Rubén Naveros

Durante los siglos XVIII y XIX, el afán de curiosidad y conocimiento despertado por la Ilustración acaparó la atención de muchos intelectuales europeos que emprendieron un buen número de expediciones científicas con el objeto de explorar nuevas y lejanas tierras. Alentados por una visión generalista de la ciencia, estos aventureros, naturalistas y exploradores, integraron a la perfección la formación científica con la humanista. Buscaban el conocimiento en todas sus manifestaciones. Sus intereses científicos eran múltiples: botánica, geología, zoología, física, astronomía… De sus investigaciones y estudios dejaron un abundante y heterogéneo legado formado por diarios, informes, memorias, relatos, cartas y colecciones. Pero, en su extraordinaria polivalencia, también fueron precursores en el uso del dibujo, el grabado o la fotografía como herramienta de ayuda a la investigación y la ciencia.

La exposición Memorias del Teide refleja la historia contemporánea de la Astronomía en Canarias, que se inicia con la expedición astronómica de Piazzi Smyth en el siglo XIX y de la que surgió la idea de crear un observatorio astronómico permanente; hoy, uno de los mejores del mundo.

Una escala casi obligada en sus expediciones por el Atlántico fue Canarias, encrucijada entre Europa, África y América. La exótica naturaleza isleña y, sobre todo, la fascinación que,  desde la antigüedad, despertaba el Teide o Pico de Tenerife, como se le conocía entonces, convirtieron a la isla en un singular laboratorio para muchos científicos europeos. Entre ellos, uno de lo más grandes naturalistas de todos los tiempo, Alexandre von Humboldt. Sus viajes tuvieron un gran impacto y motivaron a muchos aventureros a seguir sus pasos. Pero además de las peculiaridades geológicas, botánicas y climáticas, Canarias ocuparía un capítulo especial en la ciencia europea al convertirse en el centro de atención de la revolución astronómica del siglo XIX.

En 1856 el astrónomo escocés Charles Piazzi Smyth llevó a cabo la primera expedición genuinamente astronómica hecha en las Islas Canarias. Su viaje estaba motivado por la sugerencia de Isaac Newton, nunca antes probada, de hacer observaciones del cielo estrellado en las cumbres más altas donde la atmósfera fuera más serena y estable. En cuanto obtuvo el permiso de la Royal Society, Piazzi Smyth no dudó en embarcarse en un curioso viaje de bodas con su mujer Jessie Duncam a la cumbre del Teide. Durante su estancia de tres meses en lo alto de Guajara y Altavista, Piazzi Smyth reunió una buena cantidad de observaciones magnéticas, meteorológicas y astronómicas, además de geológicas y de historia natural, que demostraron la idoneidad de situar telescopios en lugares elevados, convirtiéndose en el precursor mundial de los observatorios astronómicos de montaña.

Pero también fue pionero en la utilización para la investigación científica de un reciente invento, la fotografía. Era tal su devoción por esta técnica que convirtió la publicación en 1858 de su libro “Tenerife, an astronomer’s experiment”, en la primera obra de la historia ilustrada con fotografía estereoscópica. Posteriormente a su publicación muchos editores vieron el potencial que este medio tenía y se especializaron en ediciones de libros de fotografía. A la vez que convenció a la comunidad científica de su utilidad  para ilustrar la naturaleza de forma más objetiva que a través del dibujo hecho a mano. Para demostrarlo comparó uno de sus fotografías con una ilustración artística utilizada por Humboldt del drago de La Orotava, he hizo el siguiente comentario: “comparando su dibujo con mis fotografías en Tenerife (…) sin duda habrán supuesto que yo había puesto mi cámara delante de un árbol equivocado”. El mismo Humboldt admitió el valor de este nuevo método: “reconozco la imperfección de los dibujos de paisajes y de las grabaciones que los acompaña, pues a menudo desfiguran nuestros libros de viaje (…), pero las fotografías podrían ayudar mucho”.

En sus siguientes viajes, Piazzi Smyth perfecionó mucho la técnica fotográfica. Sus publicaciones alcanzaron una gran popularidad, sobre todo, las relacionadas con Egipto y su estudio de la Gran Pirámide. Piazzi creyó encontrar la demostración de una intervención divina en su construcción, lo que desacreditó su figura y le valió el rechazo de la Royal Society por la evidente ausencia de argumentos científicos en sus alegaciones. Desgraciadamente, este hecho ha sido lo único que ha trascendido de este personaje, venerado por los creyentes de lo paranormal y excursionistas de la nave del misterio, y no sus contribuciones a la astronomía y a la fotografía científica. Un imperfecto retrato que merece la pena volver a revelar y obtener de su negativo una renovada instantánea de luces y sombras.

Entrevista a Ginés Morata

Centro de Biología Molecular del CSIC-UAM (España)

“El ser es eterno; existen leyes para conservar los tesoros de la vida, de los cuales el Universo extrae su belleza”. Goethe

(Entrevista realizada para el canal VOCES del Instituto de Astrofísica de Canarias)

Ginés Morata es otro científico que habita la “frontera”, ese terreno que une, en lugar de separar, la ciencia y las humanidades. “La cultura no es sólo la literatura o el arte”, expresa el reconocido biólogo y genetista. Sólo alguien dispuesto a correr riesgos, a imaginar imposibles, puede permanecer en esa orilla donde la razón y la emoción forman parte de un mismo anhelo, el conocimiento. Por eso su campo de estudio puede parecer para muchos una quimera, un sueño. Descubrir los mecanismos de regeneración de órganos y tejidos, así como el misterioso fenómeno de la muerte celular programada, esencial para abordar la cuestión del envejecimiento y el cáncer, son para este entusiasta investigador un puzzle cuya resolución es sólo cuestión de tiempo. Sabe que los logros de la biología y, en especial, la ingeniería genética son imparables. En medio siglo ha pasado de ser una disciplina teórica a generar una poderosa tecnología capaz de modificar la naturaleza. Sin duda, la biología es la ciencia del siglo XXI y Morata, uno de sus protagonistas. Pero más allá de su trabajo como investigador y su prestigio internacional, es también un científico sensible a las implicaciones sociales de la tecnología, preocupado por el aspecto humano de la ciencia. “El desarrollo del conocimiento es seguramente la aventura más hermosa, ética y estética que haya hecho la especie humana”, afirma. Al escuchar su testimonio resulta evidente que para averiguar la esencia de las cosas es necesario reconocer que nosotros somos parte de aquello que queremos conocer.

Ginés Morata es otro científico que habita la “frontera”, ese terreno que une, en lugar de separar, la ciencia y las humanidades. “La cultura no es sólo la literatura o el arte”, expresa el reconocido biólogo y genetista. Sólo alguien dispuesto a correr riesgos, a imaginar imposibles, puede permanecer en esa orilla donde la razón y la emoción forman parte de un mismo anhelo, el conocimiento. Por eso su campo de estudio puede parecer para muchos una quimera, un sueño. Descubrir los mecanismos de regeneración de órganos y tejidos, así como el misterioso fenómeno de la muerte celular programada, esenciales para abordar cuestiones como el envejecimiento y el cáncer, son para este entusiasta investigador un puzzle cuya solución es sólo cuestión de tiempo. Sabe que los logros de la biología y, en especial, la ingeniería genética son imparables. En tan sólo medio siglo ha pasado de ser una disciplina teórica a generar una poderosa tecnología capaz de modificar la naturaleza. Sin duda, la biología es la ciencia del siglo XXI y Morata, uno de sus protagonistas. Pero más allá de su trabajo como investigador y su prestigio internacional, es también un científico sensible a las implicaciones sociales de la tecnología, preocupado por el aspecto humano de la ciencia. “El desarrollo del conocimiento es seguramente la aventura más hermosa, ética y estética que haya hecho la especie humana”, afirma. Pocas veces resulta tan evidente, como en la voz de Morata, que para conocer la esencia de las cosas es necesario reconocer que nosotros somos parte de aquello que queremos conocer.