Conceptos incorrectos

La mayor parte de los conceptos en la ciencia son claros y fáciles de asociar a nuestra vida diaria, más hay conceptos y teorías que frecuentemente son erróneamente explicados.

Teorías fundamentales como las relacionadas a la mecánica clásica son claramente entendidas; casos como la óptica, termodinámica velocidad y aceleración, momento, energía y otras son asimiladas fácilmente, pues tienen relación con nuestro diario vivir.

Otros casos, como los conceptos de la mecánica cuántica son conocidos, mas es probable que no sea claro cómo se relacionan a nuestras actividades cotidianas; aun cuando en realidad están implicados en casi todo lo que hacemos cotidianamente; un ejemplo simple es la tecnología digital utilizada en todo tipo de dispositivos electrónicos, los cuales funcionan en base a efectos cuánticos, nada más cercano que esto, pues hoy en día prácticamente todos vivimos al alcance de un dispositivo electrónico, dígase teléfono celular, computadora, TV, etc.

Pero aun con la facilidad con que la información puede ser obtenida, hay aun casos en los que ciertas ideas son interpretadas de forma incorrecta, o simplemente, información sobre nuevas teorías que no es fácil de asimilar y por ello es incorrectamente interpretada. He aquí algunos ejemplos.

 

Partículas fundamentales.

Seguramente en tus años escolares te enteraste de que todo lo que nos rodea, y nosotros mismos, estamos formados de moléculas, las cuales a su vez están formadas de átomos.

Finalmente, aprendimos que los átomos están constituidos de tres partículas fundamentales, el electrón, el protón y el neutrón. Con la consideración de que todo en el mundo está constituido por estas tres partículas; un núcleo compuesto de protones y neutrones con una serie de electrones orbitando a su alrededor.

Este modelo funciona para poder dar una imagen clara del modelo atómico, algo similar al sistema solar, fácil de entender, mas no del todo correcto.

Sin entrar mucho detalle, la razón por la que este modelo no es preciso es porque, a diferencia del electrón, tanto el protón como el neutrón no son partículas fundamentales, dado que ambas están constituidas por otro tipo de partículas, los quarks. Como se comentó en EL modelo estándar, el protón y el neutrón se forman cada uno por tres quarks; lo más interesante de esto es que, para que el protón tenga carga positiva y el neutrón carga neutra, los quarks tienen carga parcial o fracción de carga. Como el caso del Up-quark con carga de +2/3 y el Down-quark con carga de -1/3; con esto en consideración, el protón se forma de dos Up-quarks y un Down-quark, teniendo carga total de +1; y el neutrón tiene dos Down-quark y un Up-quark, con carga resultante total de cero.

Proton y Neutron

Proton y Neutron (nuclear-power.net)

Se podía ahondar más en el caso de los electrones, pues estos no son pequeñas canicas volando alrededor del núcleo atómico como lo hemos aprendido; en realidad los electrones se comportan como campos u ondas de potencial, que obedecen leyes quánticas, y pueden comportarse como ondas o partículas. Si no fuera por esta propiedad, los electrones irremediablemente chocarían con el núcleo atómico de carga positiva (dado que cargas opuestas se atraen), y no habría forma de que los átomos se formaran.

 

La luz viaja a velocidad constante.

Otro ejemplo de un concepto que es frecuentemente explicado de forma errónea es el considerar que la luz “viaja”, y lo hace a velocidad constante.

Es común escuchar el concepto de la velocidad de la luz, este valor es usado como referencia para medir distancias; por ejemplo, se ha definido que la estrella más próxima a la tierra está a 4.24 años luz de nosotros, esto es, que la luz que percibimos de esta estrella se produjo hace 4.42 años.

Mas, en esencia no es la luz la que viaja, lo que entendemos como luz, es realmente una perturbación; la cual afecta de forma combinada a un campo eléctrico y un campo magnético; la perturbación del campo eléctrico causa a su vez una perturbación del correspondiente campo magnético, el que a su vez vuelve a perturbar el campo eléctrico. Es este mecanismo el que permite que la luz se propague, y que no necesite de un medio para propagarse (como el caso del sonido que necesita un medio como el aire o el agua, siendo una onda mecánica). La luz puede continuar con su propagación hasta que choca con algo, por ejemplo, el sensor de un telescopio, o bien el cuerpo de una persona “tomando el sol”.

Onda electromagnética

Onda electromagnética (wikipedia.org)

¿Y por qué decimos que la luz se propaga? Bien, esto es por que lo que se mueve es esta perturbación, pero no es que algo tangible se mueva de un punto “A” hasta un punto “B”, es solamente que la perturbación es transferida de un punto a otro, más nada se mueve en realidad.

También, la luz no se mueve a velocidad constante, su velocidad es dependiente del medio en el que se mueve, se dice que la velocidad de la luz es constante en el vacío, más fuera del vacío, en un medio diferente, esta velocidad se ve disminuida.

La velocidad de la luz en el vacío es casi de 300,000 kilómetros por segundo, o exactamente 299,792.4 Km. por segundo. Sin embargo, en el aire, esta velocidad es de 299,702.5 Km/s, casi 90 Km/s menos que en vacío, y dependiendo de su densidad, esta velocidad disminuye aún más.

– En el agua 224,899.5 Km/s
– En el Cuarzo, 205,337.1 Km/s
– En la Zirconia, 156,141.9 Km/s
– En el diamante, 124,034.9 Km/s

Como se puede notar, en el caso del diamante la velocidad de la luz es menos de la mitad de la que tiene en el vacío, esto tiene que ver con el índice de refracción de estos medios, la luz siempre mantiene una velocidad constante, a menos que sea perturbada (refractada, reflejada, difractada, etc.), y eso es lo que sucede en tales materiales; otro efecto interesante es que, con esta disminución en velocidad, también hay una disminución en su longitud de onda, mas su frecuencia permanece constante.

Luz en un medio diferente al vacío

Luz en un medio diferente al vacío (speed_micro.magnet.fsu.edu)

 

La gravedad es fuerte.

Diariamente podemos sentir la fuerza de la gravedad, y conocemos sus consecuencias si no la tomamos en cuenta, al caer o al intentar cargar algo muy pesado (o masivo). Tal vez es por esto que consideramos que la fuerza de gravedad es enorme; mas en realidad la fuerza de gravedad es la más débil de las cuatro fuerzas de la naturaleza; por ejemplo, comparada con la fuerza electromagnética, la fuerza de gravedad es 40 órdenes de magnitud menor. La gravedad es tan débil que podemos contrarrestarla fácilmente, al menos de forma momentánea; al saltar la cuerda, la fuerza que generamos es mayor que la de la gravedad; incluso la fuerza de un campo magnético puede contrarrestar la fuerza de gravedad, como el caso de las grúas electromagnéticas, que pueden levantar varias toneladas de metal a la vez.

Grúas electromagnéticas

Grúas electromagnéticas (sinkokocrane.com)

Los efectos cuánticos solo ocurren en escalas muy pequeñas.

Ciertamente la mecánica cuántica tiene muchos efectos que no son comprensibles, como la dualidad que tienen las partículas de comportarse como onda o como partícula, dependiendo de si son observadas o no. El caso también del efecto túnel, donde una partícula puede cruzar una barrera física como si esta no existiera, simplemente desapareciendo en un lado y reapareciendo en el otro. O la capacidad que las partículas tienen de mantener dos estados al mismo tiempo, lo que implica que una partícula puede estar en dos lugares al mismo tiempo, efecto que se le denomina superposición.

Todos estos efectos cuánticos son conocidos y pueden ser calculados y son clave para tener muchos de los objetos y servicios que hoy en día disfrutamos de forma cotidiana, como la mencionada microelectrónica; otro ejemplo es el de los sistemas de códigos de barras, que también se basan en efectos cuánticos. Mas, ¿estos efectos pueden ocurrir solamente a nivel subatómico?

Bien ciertamente es donde estos efectos constantemente se manifiestan; estos efectos cuánticos están muy ligados a la probabilidad, y entre más partículas estén involucradas menos probable es que estos efectos se manifiesten.

Aún así, efectos cuánticos han sido detectados en átomos, y otros objetos más grandes como moléculas de Fullereno que tienen una forma esférica, compuestos de 60 átomos de carbono. E incluso en objetos que se pueden observar a simple vista, como el caso de un resonador de Nitrato de aluminio donde se detectó el efecto de superposición; experimento efectuado en 2010 por la Universidad de California en Santa Barbara.

Buckminster Fullereno

Buckminster Fullereno (wikipedia.org)

Mas, ¿qué hay de objetos más grandes? digamos una persona. Puede esta experimentar un efecto cuántico y, por ejemplo, experimentar la superposición y estar en dos lugares al mismo tiempo? En esencia esto es posible, mas como comentamos, esto tiene que ver con probabilidades, y el cuerpo humano está compuesto de un enorme número de partículas que forman diferentes átomos y moléculas. En si es estimado que un humano promedio de 70Kg puede tener alrededor de 7×1027 átomos, o siete mil cuatrillones de átomos.

Si consideramos que para que un efecto cuántico ocurra a en la escala de un humano, es necesario que este efecto ocurra de forma simultánea en cada una de las partículas subatómicas de todos estos átomos; esta probabilidad aunque no es cero, es extremadamente pequeña. Si consideráramos, que un posible estado cuántico aconteciera en una persona cada segundo, esto implicaría que podríamos presenciar la superposición de una persona completa (o poder ver a la misma persona en dos lugares diferentes), una vez en aproximadamente novecientos-mil millones de veces la cantidad de tiempo transcurrido desde el inicio del universo (desde el big-bang), hasta ahora, así que, si, es posible que esto suceda, mas es en extremo muy per muy poco probable.

Este tipo de ideas incorrectas y malos entendidos se puede deber a muchos factores, uno de ellos puede ser el tener tanta información, con diferentes interpretaciones de la misma. Pero aun con estos detalles y sorpresas, lo que es más interesante en la ciencia esa que es siempre una serie de descubrimientos, en cuanto logramos comprender un aspecto de la naturaleza que nos rodea, nuevos misterios son descubiertos, este es un ciclo que, al momento, parece no tener fin.

Saludos, Alex
ScienceKindle!

 

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