En el mundo del átomo y sus componentes, todo aparece en montones. Quantum, de donde deriva cuanto, es una palabra del latín que significa “mucho” o “montón”. En el interior de los átomos, todo (masa, carga eléctrica, momento y demás) aparece en montones. Nada en este mundo es liso y continuo.

“Mecánica” es el antiguo término para la ciencia del movimiento, así que “mecánica cuántica” es la rama de la ciencia dedicada a describir el movimiento de las cosas en el mundo subatómico.

El mayor problema que tiene la gente a la hora de ocuparse de la mecánica cuántica, procede de nuestra suposición inconsciente de que las cosas se comportarán del mismo modo en el mundo cuántico que como lo hacen en el mundo normal de nuestra experiencia.

Nuestra intuición acerca de cómo deberían comportarse las cosas se basa en nuestra experiencia con objetos grandes que se mueven a velocidades normales. No hay ninguna razón para esperar que, cuando contemplamos objetos muy pequeños u objetos que se mueven a velocidades muy altas, éstos se comporten de la misma forma que lo hacen los objetos con los que estamos familiarizados.

En el mundo cuántico no se puede observar nada sin afectarlo. En la mecánica newtoniana, suponemos que podemos observar algo como una bola de billar o la Tierra sin cambiarla. Eso se debe a que, cuando miramos a una bola de billar, las ondas de luz que rebotan contra ella y vuelven a nuestros ojos son tan infinitésimas que podemos estar confiados de que no puedan afectar la bola de ninguna forma.

En el mundo cuántico, sin embargo, la única forma de observar un electrón es haciéndolo rebotar contra otro electrón (o algo equivalente). En este proceso, el electrón observado resultará cambiado. En palabras del presidente Mao, “si quieres probar una pera, debes cambiar la pera comíendola.”

El principio de incertidumbre de Heisenberg forma parte de la mecánica cuántica. Fue el físico alemán Werner Heisenberg quien primero se dio cuenta completamente de las implicaciones de la Naturaleza de la observación en la mecánica cuántica. El principio que lleva su nombre, afirma que debido a que un objeto cuántico no puede ser observado sin cambiarlo, es imposible, incluso en principio, medir ciertas cosas simultáneamente.

Werner Heisenberg (1901-1976)

Por ejemplo, no podemos saber exactamente su posición y su velocidad en un momento determinado. Cuanto más exactamente sepamos el valor de la posición, menos seguros estaremos de lo rápido que se esté moviendo algo, y viceversa.

Un enunciado exacto del principio de incertidumbre de Heisenberg es:

donde es la incertidumbre en nuestro conocimiento y la posición de la partícula, es nuestra incertidumbre en la velocidad de la partícula, h es un número conocido como constante de Plank, y m es la masa de la partícula.

El principio de incertidumbre, no dice que es imposible efectuar mediciones exactas en el mundo cuántico. Simplemente dice que, si decidimos medir con exactitud una cosa, debemos pagar por este conocimiento renunciando a cualquier esperanza de obtener conocimiento sobre algo distinto. En otras palabras, si deseamos saber exactamente la posición de una partícula, deberemos efectuar una medición de tal modo, que (la incertidumbre en la posición) sea cero.

A fin de que el principio de incertidumbre sea cierto en este caso, (la incertidumbre en la velocidad) tendría que ser infinito: la velocidad podría tener cualquier valor. Podemos medir exactamente la posición, podemos medir exactamente la velocidad, o podemos medir ambas cosas dentro de algún nivel de compromiso en la precisión. Todo lo que dice el principio de incertidumbre es que no podemos medir ambas cosas con exactitud al mismo tiempo.

Debido al principio de incertidumbre, los físicos describen los sistemas de mecánica cuántica en términos de probabilidades. Si no podemos decir si una partícula se está moviendo a tres metros por segundo o a veinte metros por segundo, por ejemplo, no seremos capaces de predecir con mucha exactitud dónde estará dentro de diez segundos.

En consecuencia, nos vemos obligados a describir el comportamiento de la partícula en términos de un conjunto de probabilidades. En este ejemplo, podemos decir que en diez segundos la partícula tiene muchas probabilidades de estar a cuarenta y cinco metros de distancia, pero hay una posibilidad de que haya viajado sólo treinta, y otra posibilidad de que haya llegado hasta los sesenta.

En mecánica cuántica, pues, todo se halla descrito en términos de cosas llamadas funciones ondulatorias. Como el nombre indica, la función ondulatoria es una descripción del electrón o fotón u otra “partícula” como una onda. La altura de la “onda” es un punto específico, sin embargo, se halla relacionada con la probabilidad de hallar la partícula en ese punto.

Así, si tenemos una onda con una jiba en el centro que desciende en cola a ambos lados, estamos diciendo que la partícula tiene muchas probabilidades de hallarse en el centro y que tiene muy pocas probabilidades de hallarse en cualquiera de los dos extremos.

La catapulta, un arma de guerra inventada probablemente por los griegos y luego mejorada por cartagineses y romanos, lanzaba piedras de 30 kg. de peso a una distancia cercana a los 500 metros.

La ballesta, que apareció en el siglo XII en Francia y se propagó después al resto de Europa, mejoró radicalmente la eficacia del arco por su gran potencia y precisión, pues podía lanzar flechas a una distancia de 350 metros.

Ambas armas fueron muy utilizadas en la Antigüedad y el medievo.

Catalizador - Es cualquier molécula que facilita una reacción química entre otras moléculas o átomos pero que no se halla en sí misma implicada directamente en la reacción o es cambiada por ella. Un catalizador con el que probablemente estamos familiarizados, es el platino en el convertidor catalítico de un coche, que facilita la extirpación de los polucionantes de la gasolina no quemada.

Un enzima es un catalizador para reacciones que implican moléculas orgánicas complejas.

Destilación - Un método para separar una mezcla de dos líquidos que tienen diferentes puntos de ebullición. Por ejemplo, si calentamos una mezcla de alcohol y agua a una temperatura justo por debajo de los 100º grados, el alcohol hervirá, pero el agua no. El vapor que brota del líquido tendrá proporcionalmente mucho más alcohol en él, que el líquido original. En este caso, la destilación es usada para concentrar el alcohol. Los “destilados espiritosos” como el whisky están hechos por destilación.

El petroleo en crudo es procesado también por destilación, y diferentes tipos de derivados del petróleo (gasolina, benceno, etc.) son extraídos del petróleo en crudo mediante una serie de procesos de destilación.

Oxidación - Es cualquier proceso químico que extrae electrones de una molécula. Las reacciones químicas más comunes en las que esto ocurre, implican combinaciones con el oxígeno (de ahí el nombre). El quemar madera es un ejemplo de oxidación.

Hoy en día los químicos utilizan el término “oxidación” en un sentido más general, incluso al punto de utilizarlo para describir reacciones en las que no se halla presente el oxígeno.

Reducción - Como opuesto a oxidación, la reducción describe reacciones en las que son añadidos electrones a las moléculas. Históricamente, el término se refería a reacciones en las que era retirado el oxígeno y añadido hidrógeno en su lugar. Como la oxidación, el término “reducción” es usado actualmente de una forma más general, y puede referirse a reacciones en las que no se hallan presentes ni el hidrógeno ni el oxígeno.

Los que hayáis visto “Lost in translation”, seguro que no os habéis enterado del final con halo de misterio que creó Sofia Coppola, cuando Bob Harris (Bill Murray) se despide de Charlotte (Scarlett Johansson), y le susurra algo al oído mientras le abraza.

Pues bien, en torno a este suceso, se establecieron muchos mitos e hipótesis acerca de lo que le decía, que lo convertían en algo tan absurdo como excitante.

Esta es una ampliación del sonido de manera digital, donde se puede discernir mejor la frase que le dice al oído.

Exactamente, esta es la “translation”:
- Tengo que dejarte, pero no permitiré que esto se interponga entre nosotros, ¿vale?
- Vale.

Pues nada, ya sabéis el secretillo de la peli. Notad la cara de alivio que pone Scarlett al oír la frase, lo que le da más sentido.

¿Qué os pareció la película? ¿Una obra maestra del cine poco convencional o una bazofia incompresiblemente sobrevalorada?

Sin tener que ver con la ingesta de sustancias en los deportistas para mejorar su rendimiento físico, en el terreno tecnológico, se emplea para referirse a la técnica que permite que un semiconductor sea convertido en un ordenador personal u otro dispositivo útil.

Nanocristales dopados

Se realiza fundiendo el silicio en bruto, y añadiendo a la fundición pequeñas cantidades de otros tipos de átomos. Cuando el silicio se solidifica, esos átomos quedan incorporados a la estructura cristalina, con cuatro electrones exteriores formando enlaces covalente.

Si el átomo de impureza tiene más de cuatro electrones en su capa externa, los electrones extra serán libres de moverse por el material. Transportarán corriente, pero no dejarán agujeros detrás en sus átomos madre.

Cristales de germanio dopados con arsénico

Los átomos de impurezas, al haber perdido electrones, tendrán una carga neta positiva. Este tipo de sistemas es llamado semiconductor tipo “N” (por negativo), puesto que la impureza proporciona un transporte de carga negativa.

Si, por el otro lado, la impureza tiene más de cuatro electrones en su órbita exterior, habrá un agujero en la estructura cristalina, y este agujero será libre de moverse sin dejar un electrón detrás. Cuando el agujero en el átomo de impureza se mueva, el átomo tendrá un electrón extra y en consecuencia una carga negativa. Este es llamado un semiconductor tipo “P” (por positivo).

Como nota curiosa, el origen de la palabra “doping” aplicado al terreno del deportista, proviene de una bebida ingerida por una tribu Zulú que habita las costas del sureste africano. Dicha bebida, a la que se le atribuyen beneficios físicos y estímulo en el rendimiento del cuerpo ante la lucha, se le llama “dop”.

Los ingleses migraron la palabra a finales del siglo XIX en el mundo hípico, cuando se le administraba droga a los caballos en las carreras y finalmente se adoptó al terreno del deporte.

Desde que Benjamin Franklin descubrió la naturaleza eléctrica del relámpago, los científicos han estado intentando determinar, sin un gran éxito, cómo nace a la existencia la estructura de una nube de tormenta.

Hay dos puntos de vista principales:

En las llamadas teorías de la precipitación, se señala que las partículas pesadas de agua o hielo caerán a través de la nube bajo la influencia de la gravedad. Las colisiones entre esas partículas y sus compatriotas más ligeras (que tienden a permanecer en suspensión) se supone que transfieren la carga eléctrica de la misma forma que la hace la fricción. Así, los objetos que caen, adquieren una carga negativa, mientras que aquellos más altos adquieren una carga positiva.

En las teorías de la convección, por otra parte, se supone que las partículas ligeras, positivamente cargadas, son alzadas por las corrientes de convección en la nube, mientras que las partículas pesadas, cargadas negativamente, son arrastradas hacia el fondo por las corrientes descendentes.

Ninguna de esas teorías explica por completo la compleja estructura de una auténtica nube de tormenta. La mayor parte de la investigación sobre las nubes de tormenta, se centra en los estudios sobre las colisiones entre las partículas de hielo de diferentes tamaños dentro de la nube, y las transferencias de carga que las acompañan.

Hasta la aparición del Código da Vinci, pocos sabían qué era un gnomon. Tras la lectura del bestseller de Dan Brown, muchos creen que es un signo situado en la iglesia de San Sulpicio de París, uno de los escenarios de la obra, y que encierra los secretos de los Templarios, el Santo Grial y la Orden del Priorato, como referiere la novela de Brown.

El gnomon es una vara clavada de forma vertical en el suelo, que ya utilizaban los egipcios, babilonios, chinos y culturas precolombinas. El desplazamiento de su sombra, producido por el movimiento del Sol, permite determinar la hora y momento del año.

Los obeliscos de la Plaza de San Pedro, en Roma, y de la Concordia, en París, son dos gigantescos gnomones.

En el gnomon de la iglesia de San Sulpicio en París, hay una inscripción donde se da cuenta de las propiedades e historia de este instrumento.

El obelisco de Montecitorio en Roma, es otro gnomon. Fue trasladado desde Egipto por Agusto.

Los primeros mapas ancestrales los realizaron los babilonios sobre el 2300 a.C., y los inscribían en tablillas de arcilla. La mayoría de estos mapas eran medidas de distancias de terreno confeccionadas con la finalidad de recaudar impuestos.

Este es el “Mapa del mundo” que se expone en el Museo Británico de Londres. Es el mapa más antiguo que se conserva. La tableta de arcilla mide 12.2 cm de altura. El mapa fue elaborado en Babilonia y es el único mapa babilónico tallado a escala internacional.

Pertenece al periodo neo-babilónico (periodo persa, sobre el 500 a.C.) y es una copia del original del periodo sargónido, aprox. del siglo siete u ocho a.C. La tableta de arcilla es una descripción textual y visual del cosmos babilónico. Tiene una orientación hacia el noroeste y se desconoce si el texto cuneiforme que lo acompaña, fue tallado a la vez que el propio mapa.

Es el único mapa del mundo que existe del periodo neo-babilónico, ya que los otros sólo muestran planos locales.

POSTERIORMENTE

De 300 años después, datan los mapas más antiguos encontrados en China, los cuales se realizaban en seda.

>Más tarde, la antiguos griegos se convirtieron en los mejores cartógrafos. El concepto de la tierra esférica estuvo presente entre los filósofos griegos en el tiempo de Aristóteles (350 a.C.) y fue aceptado por los geógrafos desde entonces.

La cartografía romana alcanzó su cumbre con Ptolomeo. Su “nuevo mapa” representaba el Viejo Mundo desde la latitud 60ºN a la 30ºS. Escribió un trabajo monumental, “Guía a la Geografía” (Geographike hyphygesis), que permaneció como una referencia de gran peso hasta el renacimiento.

Claudio Ptolomeo (120-180 d.C.)

Mapa de Ptolomeo de alrededor de 150 d.C., republicado en 1482. Podemos observar el uso de las lineas de latitud y longitud y la proyección característica de este mapa.

Hoy en día vivimos en una sociedad industrial altamente compleja. En poco más de un siglo nuestra civilización ha pasado de la carreta tirada por caballos al automóvil, y del barco de vela al avión. Los avances en medicina, agricultura, electrónica, informática, química, etc. han sido tan grandes que han introducido una auténtica revolución, muy positiva, en la vida humana.

La ciencia moderna ha sido la principal responsable de este profundo cambio. Pero en la segunda mitad del pasado siglo XX, nos encontramos de una forma inesperada, con una situación nueva: los grandes avances científicos trajeron con ellos importantes problemas.

La civilización científica y técnica fue alterando el ambiente de una forma tan poderosa que ha llegado a ser amenazante para el equilibrio del planeta. Los problemas ambientales han pasado a ser protagonistas de la vida social y política en estos últimos decenios y conocerlos bien, es una necesidad para cualquier ciudadano.

La ecología es el “el estudio de la relación entre los organismos y su medio ambiente físico y biológico”. El medio ambiente físico incluye la luz y el calor o la radiación solar, la humedad, el viento, el oxígeno, el dióxido de carbono y los nutrientes del suelo, el agua y la atmósfera. El medio ambiente biológico está formado por los organismos vivos, principalmente plantas y animales.

La ecología ha alcanzado enorme trascendencia en los últimos años. El creciente interés del hombre por el medio ambiente se debe fundamentalmente a la toma de conciencia sobre los problemas que afectan a nuestro planeta y que exigen una pronta solución.

Los seres vivos están en permanente contacto entre sí y con el medio ambiente físico en el que viven. La ecología analiza cómo cada elemento de un ecosistema afecta a los demás componentes y cómo es afectado. Se trata, pues, de una ciencia de síntesis, ya que para comprender las relaciones que existen en un ecosistema toma conocimientos de botánica, zoología, fisiología, genética y otras disciplinas como la física, la química y la geología.

Ni los problemas que trata la ecología son nuevos ni la ecología es sólo una moda pasajera. Ya en el Neolítico, diez mil años atrás, los hombres talaban bosques para obtener madera y abrir claros donde sembrar los granos de los que se alimentaban. Así resultaron alterados los ecosistemas en los que esas comunidades vivían.

Desde luego, el problema no afectó sólo a la Antigüedad; a lo largo de la historia diversas áreas terrestres se vieron modificadas por la acción del hombre. Ahora la Tierra afronta un serio peligro de contaminación y muerte de especies vegetales, además de los suelos, la atmósfera, los ríos y los mares que sustentan la vida. De manera que el conocimiento de la naturaleza y de los cuidados que ella requiere deberían ser primordiales en los procesos educativos actuales y ser asumidos por todos los habitantes del planeta.

Fuente: Junta de Andalucía

La química es la rama de la ciencia que se ocupa de la formación y propiedades de las moléculas, que son combinaciones de dos o más átomos. La química es la ciencia central. Toca casi todo lo demás: estudia las interacciones químicas en las estrellas, en los minerales, en las células y en las moléculas de los sistemas vivos, sólo por mencionar unos cuantos ejemplos.

Cuando los átomos se juntan, algunas reacciones liberan energía, mientras que otras requieren energía para realizarse. Por ejemplo, cuando el oxígeno se combina con el carbono en un fuego de leña, se libera calor. Por otra parte, no podemos hornear un pastel a menos que pongamos energía en forma de calor dentro de la masa. Si la reacción libera energía, decimos que es exotérmica, mientras que si requiere energía decimos que es endotérmica.

Casi todos los materiales que encontramos en la vida cotidiana están formados por una combinación de átomos, antes que por átomos aislados. Incluso el aire que respiramos está formado primariamente por moléculas de oxígeno y nitrógeno (cada uno de ellos formado por dos átomos unidos). Las ropas que llevamos, la comida que comemos, incluso nuestro cuerpo, todo está hecho de moléculas.

Todas las moléculas están formadas a partir de unos 100 elementos químicos. Cuando la química inició su andadura en su forma moderna en el siglo XVIII, los químicos aprendieron rápidamente que podían descomponer los materiales ordinarios. Una compleja estructura como la madera podía ser quemada para producir carbono (en forma de carbón) y diversos gases. Cuando los químicos llevaron a cabo ese tipo de operaciones, descubrieron que había una unidad fundamental más allá de la cual la materia no podía ser descompuesta por técnicas a su disposición en aquella época. Llamaron a esos constituyentes «irreductibles» de la materia elementos. Hoy en día el registro de esos elementos químicos excede de los cien.

Cada elemento químico corresponde a un tipo diferente de átomo. Los distintos elementos químicos tienen un número diferente de protones en su núcleo y un número diferente de electrones en órbita. Así, un átomo corresponde al elemento carbono si tiene seis protones en su núcleo y seis electrones en órbita, mientras que corresponde al elemento oxígeno si tiene ocho de cada.

La propensión de un átomo a interactuar con sus compañeros depende de la forma en que están dispuestos los electrones. Cuando dos átomos se sitúan cerca el uno del otro, cada cual ve primero los electrones más externos del otro. El que los dos átomos se unan o sigan sus caminos separados depende de la forma en que estén dispuestos esos electrones. Así, son los electrones exteriores lo que determinan si el átomo tomará parte en reacciones químicas.

Los electrones más externos de un átomo reciben el nombre de electrones de valencia. Otra forma de expresar esta idea, pues, es decir que las propiedades químicas de un átomo dependen de sus electrones de valencia.

Los elementos más pesados que el uranio están elaborados en laboratorios por científicos que tratan de crearlos específicamente. Tienden a ser radiactivos, y a tener vidas medias cortas. La mayor parte de la última hilera de la tabla periódica fue creada artificialmente. La técnica básica para elaborar nuevos elementos es poner un núcleo en un acelerador, aumentar su velocidad, y dejar que colisione con otro.

En la reacción resultante, los dos núcleos se fusionan ocasionalmente para formar uno más pesado, que, cabe esperar, pueden ser identificados antes de que se desintegren.

Los elementos químicos han recibido sus nombres por una variedad de razones. Por ejemplo, el hidrógeno lleva su nombre debido a que es el generador del agua. Es una suerte desde el punto de vista de la estética que el equivalente alemán de esta palabra, Wasserstoffl fuese vencido por su equivalente griego.

Otros elementos han sido nombrados por el color de la luz que emiten: cesio, por ejemplo, significa “azul cielo”. Más recientemente, los elementos químicos han recibido su nombre para honrar a famosos científicos (einsteinio y mendelevio) y lugares (berkelio, por Berkeley, Califomia, donde fue descubierto este elemento en particular).

En 1982, un grupo de Darmsstadt, Alemania, consiguió crear un átomo del elemento 106, el seaborgio. Éste es hasta ahora el elemento más pesado jamás visto, y ese átomo huidizo es considerado en el inventario completo del mundo.