¿Para qué sirve?
2016/03/01 Azkune Galparsoro, Gorka - Ikertzailea eta irakasleaEuskal Herriko Unibertsitateko Informatika Fakultatea Iturria: Elhuyar aldizkaria
Hay una bonita anécdota sobre el gran físico Michael Faraday. Un hombre que, superando sus humildes orígenes, hizo grandes aportaciones a la física y a la sociedad moderna actual. Inventó un motor eléctrico y fue pionero en el uso de ondas electromagnéticas. Pero, en su día, mucha gente miraba desconfiadamente a él.
El que fuera primer ministro británico visitó un día a Faraday en el laboratorio. Tras ver estos curiosos dispositivos, le preguntó de siempre: “¿Para qué sirve todo esto?”. Faraday le dio una respuesta sorprendente: “No sé, pero estoy seguro de que en el futuro cobrarán impuestos por estas cosas”. Di y adivina. Actualmente pagamos casi la mitad de la factura de la luz en impuestos. El trabajo realizado por Faraday tuvo una gran importancia en la generación y distribución de la electricidad utilizada.
Pero Faraday no podía predecir entonces la tremenda influencia de su obra. No trabajaba para crear coches eléctricos, radio y otros dispositivos. Su objetivo, como el de todos los científicos, era crear nuevo conocimiento. Quería explicar algunos fenómenos de la naturaleza. Quería saber cómo unir electricidad, magnetismo y luz. Su objetivo era solucionar los grandes problemas de la ciencia de su tiempo como un niño que quiere formar un puzzle. Al finalizar aquel puzzle, con la ayuda de Maxwell y otros grandes científicos, nos dejó un nuevo y fructífero conocimiento en la herencia.
La sociedad debe saber que el conocimiento siempre tiene un valor enorme. Y que quienes trabajan en la generación de conocimiento no ven en la mayoría de los casos la aplicación de su conocimiento. La historia nos muestra miles de ejemplos y aquí trataremos de explicar algunos de ellos.
Einstein y GPS
Con relatividad especial XX. Tras la revolución de la física de principios del siglo, Albert Einstein tenía todavía un quebradero de cabeza: cómo generalizar su especial relatividad para observadores no inerciales. Los observadores inerciales son aquellos que se mueven a una velocidad constante, mientras que los no inerciales tienen un movimiento acelerado. Las ecuaciones de la relatividad especial describían bien la física para los observadores inerciales, pero no tenían respuesta para los demás. Por lo tanto, la teoría no era completa. Aquel puzzle, al igual que el de Faraday, no estaba terminado.
En 1915 Einstein publicó su teoría de la relatividad general. Fue una auténtica revolución. Para explicar la física de los observadores no inerciales, Einstein encontró una nueva teoría de la gravedad que generalizaba y mejoraba la de Newton. Postuló la gravedad como consecuencia del espacio y el tiempo. Esta teoría explicaba con gran precisión la particular órbita del planeta Mercurio, ya conocido en aquella época.
Una de las consecuencias de la relatividad general es la reducción del tiempo. Según la teoría, el tiempo pasa más lento donde la intensidad de la gravedad es mayor. Esto significa que el tiempo va más lento en la superficie terrestre que en el lugar de los satélites que giran alrededor de la Tierra. Allí arriba la gravedad es más débil, por lo que el tiempo pasa más rápido que aquí.
Casi 60 años después de la publicación de la relatividad general, se desarrolló el proyecto GPS. Actualmente tenemos el GPS integrado en nuestros móviles y sabemos bien para qué sirve. ¿Pero cómo funciona? En resumen, alrededor de la Tierra giran 24 satélites que emiten a nuestros dispositivos GPS unos rayos de luz que indican su posición y su tiempo. Nuestros dispositivos, al recibir estas señales, consiguen nuestra posición mediante triangulación.
La triangulación requiere conocer con precisión cuándo se ha emitido la señal desde cada satélite. El reloj de los satélites y el de nuestros dispositivos no miden el tiempo del mismo modo. Por tanto, es imprescindible tener en cuenta esta diferencia de tiempo para calcular correctamente la posición. Si no hubiéramos tenido en cuenta la ralentización del tiempo que predijo la relatividad general, los dispositivos GPS no servirían para nada, ya que el error en la posición sería enorme, aunque la diferencia de tiempo entre la Tierra y los satélites fuese pequeña.
Resonancias magnéticas por la cuántica
La resonancia magnética ha revolucionado la medicina. Gracias a esta tecnología, podemos saber qué está pasando dentro de nuestro cuerpo sin cortar ni abrir el cuerpo. Pueden verse lesiones musculares o tumores, por ejemplo, gracias a la resonancia magnética.
Seguro que habéis oído más de una vez la palabra cuántica. En la mayoría de los casos, probablemente relacionado con cosas raras. La cuántica describe la física de moléculas y átomos. XX. A principios del siglo XX, varios experimentos explicaron fenómenos que la física de la época no podía explicar, casi siempre asociados a objetos muy pequeños. Gracias a Planck, Einstein, Bohr, Schrödinger, Dirac, Heisenberg, etc., aprendimos cómo funcionaba el mundo de los más pequeños. Y aparecieron un montón de sorpresas.
Cuántica nos enseñó que los átomos tienen una propiedad llamada spin. En consecuencia, los átomos pueden representarse como pequeños imanes. Cuando se combinan distintos átomos, se forman moléculas. Las moléculas de nuestros músculos o de los órganos son diferentes. La cuántica indica que cada molécula muestra un comportamiento diferente si se coloca en un campo magnético. Este comportamiento es consecuencia de los spines de los diferentes átomos que forman la molécula. Por lo tanto, se puede decir que cada molécula tiene su propia firma magnética.
Lo que acabamos de ver está en la base de las resonancias magnéticas. Cuando nos introducen en la máquina, crean unos campos magnéticos a nuestro alrededor con unos grandes imanes. Las moléculas de nuestro cuerpo reaccionan de forma diferente ante estos campos magnéticos, comenzando a girar de alguna manera con distintas frecuencias. Cada molécula tiene su frecuencia a la hora de girar, y las máquinas lo atrapan utilizando los rayos de luz. De esta forma son capaces de elaborar un mapa de las moléculas que componen nuestro cuerpo, lo que permite la separación de los tejidos.
Si no conociéramos las bases de la cuántica no podríamos hacer resonancia magnética. Hay que tener en cuenta que la propia teoría que analiza y describe aspectos tan extraños como la antimatería ha hecho posible este dispositivo tan importante para nuestra salud.
Turing no conocía Internet
Alan Turing, XX. El matemático británico del siglo XX se ha hecho popular por su importante papel en la Segunda Guerra Mundial. Formó parte del equipo de trabajo capaz de liberar los códigos de la máquina Enigma con la que los nazis cifraban sus mensajes. Y Turing tuvo una gran importancia en el desarrollo de ordenadores que han revolucionado nuestro mundo.
En aquella época, a la hora de realizar cálculos pesados, se utilizaban unos dispositivos mecánicos de engranaje y manivela. Estas máquinas mecánicas servían para realizar una tarea concreta, pero no para otra cosa.
Alan Turing estaba pensando en cómo conseguir una máquina capaz de realizar todas las tareas de computación. Por ejemplo, que la propia máquina calcule las sumas de dos números, pero que calcule también las sumas de dos números, sólo si son pares. Es decir, Turing quería conseguir una máquina para ejecutar cualquier algoritmo. Para él era un problema matemático conseguir una máquina así.
Finalmente, en 1936, Turing encontró respuesta. Aquel diseño conceptual que llamó máquina automática, lo conocemos hoy como máquina de Turing. Ten en cuenta que Turing nunca pensó que la máquina podía ser real. Lo presentó como modelo de computación, como herramienta conceptual para poder analizar los problemas computacionales.
Los ordenadores actuales se pueden ver como realización física de la máquina de Turing. Aquel modelo matemático que inventó se hizo real con la ayuda de la electrónica. Hoy en día, los ordenadores sirven para escribir textos, leer, liberar ecuaciones, ver vídeos, navegar por Internet, diseñar casas, etc. Pero en su base está el modelo de computación de la máquina de Turing. Él nunca pudo soñar que hubiera un dispositivo así. Sólo quería solucionar un problema matemático. Y mira cómo cambió el mundo...
Conclusiones
Xabier Lete decía que en la maravillosa canción Izarren zuria, “el trabajo de los hombres es saber, cambiar conociendo”. El ser humano no ha encontrado mejor sistema que la ciencia para generar conocimiento. El conocimiento es el objetivo de la ciencia, pero no el cambio. El cambio, como decía la canción, viene después del conocimiento.
Sin embargo, cuando un grupo de científicos pide dinero para sacar adelante un nuevo proyecto, las convocatorias públicas les piden que expliquen el impacto social, económico o sanitario de sus investigaciones. Pero eso no lo sabe un científico, porque no se puede predecir el futuro. Tanto en Europa como en Euskadi, el concepto de impacto se valora de forma importante en la financiación de la investigación. También exigen planes de negocio en las memorias de proyectos científicos. Lo que se conoce como ciencia básica, esa ciencia que quiere liberar grandes problemas, está quedando fuera de lugar en nuestra sociedad y sus consecuencias las sufriremos todos, porque no hay cambios ni efectos sin nuevos conocimientos.
Entonces, ¿para qué sirve la misión Rosetta? ¿Para qué los descubrimientos del bosón de Higgs? Ahora lo sé: para difundir nuestro conocimiento.
Bibliografía
