Superconductividad y efecto Meissner

El fenómeno físico de la superconductividad fue observado por vez primera en 1911 por Heike Kamerlingh Onnes cuando estudiaba las propiedades de la materia a la temperatura del helio líquido, gas que el propio Onnes había conseguido licuar unos años antes. Lo que vio el holandés fue que, cuando una muestra de mercurio se enfriaba por debajo de una cierta Temperatura Crítica (para dicho metal T_c= 4,2K, casi 270 grados Celsius bajo cero), su resistencia eléctrica caía abruptamente hasta límites indetectables.

A partir de ese momento, se iniciaron diversos estudios relacionados con el descubrimiento de Onnes, y durante los años que siguieron se encontró que, además del mercurio, otros elementos metálicos, a temperaturas muy bajas (con sus T_c características), eran también superconductores. Hoy en día sabemos que existen muchos compuestos que presentan superconductividad a temperaturas “bastante” altas.

Pero, no sólo depende el fenómeno de la temperatura, el propio Onnes descubrió ya en 1913 que la superconductividad desaparece en presencia de un campo magnético externo lo  suficientemente elevado. Es decir, existe un H_c (campo crítico) por encima del cual el material pierde sus carateríscticas superconductoras. Sin embargo, como demostraron Meissner y Ochsenfeld en un experimento realizado en 1933, mientras no se alcance este campo crítico el campo magnético en el interior de un superconductor es siempre nulo, independientemente de si ha sido enfriado por debajo de su T_c en presencia o no de un campo magnético externo. Por tanto, los superconductores, además de conductores ideales, pueden considerarse diamagnéticos ideales. Este hecho sirve además como diferenciador entre un conductor perfecto (i.e., que tiene resistencia eléctrica nula) y un material superconductor (ver figura).

El problema de la medida en Mecánica Cuántica

El siguiente texto es un extracto de un trabajo que realicé para una asignatura de libre  configuración (”Historia del pensamiento científico y filosófico”). Lo siento, pero falta una mínima introducción (estoy un poco vago) y va a saco con el tema. A pesar de ello,  espero que sea de interés.

En la mecánica cuántica el proceso de medida siempre tienen un efecto sobre el objeto observado, de forma que es inútil atribuir propiedades a un sistema cuántico aislado: las propiedades físicas reales son poseídas sólo por el sistema formado por el objeto microscópico y el instrumento de medida. Esto, más o menos, es lo que nos viene a decir la interpretación de Copenhague. La complementariedad, hecho de que una medida destruya en general todo conocimiento de alguna otra propiedad de un sistema cuántico, y el indeterminismo, fueron tratados por Niels Bohr como aspectos fundamentales de la naturaleza; no podemos atribuir propiedades al objeto a menos que hayan sido medidas. Entonces podríamos preguntarnos cómo sabemos que existe un objeto cuántico en ausencia de toda medida: la respuesta es que no lo sabemos (uff!).

Einstein fue uno de los científicos más decisivos en el desarrollo de la teoría cuántica; no sólo su trabajo sobre el efecto fotoeléctrico tuvo vital importancia, junto con el indio Bose, por ejemplo, desarrolló la primera estadística en la que los gases recibían un tratamiento puramente cuántico. Y es que Einstein fue un gran físico estadístico, y también aplicaría la estadística a sistemas cuánticos para sentar las bases teóricas que llevarían a la construcción del láser. Pero el carácter probabilístico que se había instaurando en la teoría cuántica le llevó a expresar sus reticencias. Nunca aceptó que una teoría en la que, por ejemplo, la predicción de la posición de un electrón en un instante dado no proporcionase un resultado único, sino sólo cierta probabilidad de encontrarlo en ese lugar y en ese instante, pudiera considerarse completa, para él no representa una descripción de la naturaleza aceptable. Einstein no conseguía admitir que fuera necesario renunciar a  la certidumbre: <<Dios no juega a los dados>> solía decir, y Bohr  le contestaría <<Einstein, deje de decirle a Dios lo que tiene que hacer>>.

50 años de Fortran

Desde su lanzamiento en 1957 el lenguaje de programación Fortran ha permitido a los físicos tratar una amplia variedad de problemas, desde la predicción del tiempo a la búsqueda de nuevas partículas entre los datos proporcionados por los aceleradores. Puede parecer sorprendente, pero la física computacional nació a finales de los años 20, tres décadas antes de que se construyeran las primeras computadoras electrónicas. Uno de los responsables del impulso inicial en este campo fue el físico y matemático Douglas Hartree, que por entonces estaba intentando calcular funciones de onda atómicas para determinar las propiedades estructurales de los átomos. Mientras que la ecuación de Schrödinger puede resolverse fácilmente para el átomo de hidrógeno, el cálculo para átomos con múltiples electrones se consideraba por entonces intratable. A pesar de ello, Hartree desarrolló una técnica, conocida como el método del campo autoconsistente, que permitó resolver esos problemas numéricamente. Desgraciadamente su método era demasiado laborioso para los recursos disponibles entonces (calculadoras mecánicas operadas por humanos) y se utilizó muy poco, hasta que llegaron las computadoras electrónicas.

Fue durante la Segunda Guerra Mundial cuando tuvo lugar el desarrollo de dichas computadoras, siendo utilizadas para romper códigos secretos y generar tablas de fuego de artillería. Finalizado el conflicto muchos científicos, que habían tomado parte en esos proyectos, pudieron utilizar esas nuevas máquinas para sus propias investigaciones. De hecho, el mismo Hartree estuvo involucrado en el desarrollo de las primeras aplicaciones, asesorando al ejército estadounidense en el uso del ENIAC para el cálculo de las propiedades balísticas de diferentes tipos de munición.

Por aquel entonces, programar computadoras era una especie de arte esotérico. Tenían que proporcionar instrucciones en lenguaje máquina, una tarea tediosa, muy propensa a errores y que requería conocimientos muy específicos. Si algún días las computadoras fueran a ser utilizadas ampliamente programarlas debería de ser mucho más sencillo, y esto requería un lenguaje mucho más cercano a los problemas que se trataban.

Con esto en mente, en 1954 un equipo de investigadores de IBM dirigidos por John Backus (fallecido el pasado mes de marzo a los 82 años) empezó a trabajar en el desarrollo de Fortran (Formula Translation), que se convertiría en el primer lenguaje de alto nivel de éxito. Tres años después el primer compilador Fortran estaba disponible comercialmente. Desde entonces han ido surgiendo nuevas versiones, cada una más potente que la anterior, y todavía hoy día Fortran es el lenguaje de programación elegido en muchas áreas de la física.

Traducido libremente de physicsworld.

Einstein y la analogía de los huevos

“^{Un periodista le pregunta a Einstein: “¿Me puede Ud. explicar la Relatividad?”. Einstein le contesta: “¿Me puede Ud. explicar cómo se fríe un huevo?”. El periodista lo mira extrañado y le contesta: “Pues, sí, sí que puedo”, a lo cual Einstein replica: “Bueno, pues hágalo, pero imaginando que yo no sé lo que es un huevo, ni una sartén, ni el aceite, ni el fuego.}

(Visto en El Blog de Enzo David)

π igual a 3

Es una vieja leyenda urbana: pi es igual a 3 en Kasas, o en Indiana, en Tennesse, Oklahoma o Alabama.

Bien, la pregunta ahora es ¿por qué?. Pues parece ser que lo que sustenta esta leyenda es el caracter ultra conservador de estos estados -recordemos que la teoría de la Evolución de Darwin estuvo vetada en Kansas- y su afán de respetar las divinas escrituras:

“^{Él hizo además el Mar de metal fundido, que medía cinco codos de diámetro y tenía forma circular; su altura era de dos codos y medio, y una cuerda de quince codos medía su circunferencia.”}

(I Reyes 7:23-26)

Si recordamos que la longitud de la circunferencia es 2rπ, cinco codos de diámetro implica que 2r=5. Si la longitud de la cuerda es 15 codos, esto nos lleva a que π es exactamente igual a 3, una prescripción divina.

¿Sería pi igual a 3 si utizasen una escala más precisa a la hora de hacer sus medidas? Que cada uno crea lo que quiera creer.

La leyenda urbana en Straightdope y en Snopes. La otra cara de la moneda en True Christian Church of Christ. La aproximación más cercana a la realidad: T. Indiana House Bill #246 of 1897.
Referencia a la leyenda urrbana en Bye Bye Nerdie (The Simpsons).

À la mode

Siempre ha sido verdad, y ahora más que nunca, que el camino prudente para un científico joven, de talento mediocre, es seguir la moda dominante. Lo primero que preocupa a cualquier científico joven que no tenga dotes extraordinarias o que no sea extraordinariamente afortunado es encontrar y conservar un empleo. Para encontrar y conservar un empleo hay que saber hacer un trabajo competente en un área de la ciencia que los mandarines que controlan el mercado del trabajo encuentren interesante. Los problemas científicos que los mandarines consideran interesantes son, casi por definición, los problemas de moda. Hoy en día, lo habitual es que las concesiones de empleos no estén controladas por un solo mandarín, sino por un comité de mandarines. Probablemente un comité sea todavía menos capaz que un individuo de romper los lazos con las tendencias de la moda del momento. No es sorprendente por tanto que los jóvenes científicos que tratan de sobrevivir tiendan a mantenerse cerca de los caminos trillados. Las principales instituciones ofrecen seguridad y promoción a aquellos que siguen hábilmente la moda y sólo escasas posibilidades a quien no.

‘De Eros a Gaia’ Freeman Dyson.

El intrincado mundo de las partículas

“Joven, -contestó Enrico Fermi a un estudiante que le preguntó el nombre de una partícula concreta-, si yo fuese capaz de recordar los nombres de esas partículas me habría hecho botánico.

- Bill Brison, Una breve historia de casi todo.