¿El sol sale siempre por el Este?

Dice la creencia popular que el Sol siempre sale por el Este. Es un principio básico enseñado en la escuela desde siempre. También es notorio el caso en el que se habla de que los antiguos pueblos maya, asirio, egipcio o babilonio dirigían sus templos hacia la salida o puesta del Astro Rey. Aún es más llamativo el caso del musulmán que reza en dirección a la Meca, que históricamente en África, Europa o América ha sido hacia el Este, es decir, nuevamente en dirección del amanecer.

 

¿Es esto realmente así? Una simple reflexión ya nos incita a pensar que esto no puede ser así, simplemente porque en la Tierra hay muchos lugares y latitudes y por tanto parece que más o menos la dirección este se mantiene, pero no con total exactitud.

 

Aun así, cabe pensar... ¿existe algún lugar en la Tierra donde el Sol sale por el Este?¿Quizá sale en todos y lo dicho es una apariencia?¿Quizá no sale en ninguno? En el siguiente tema trataremos de despejar las dudas.

 

Ante todo, hay que hacer algo de memoria sobre un tema que ya comentamos hace algún tiempo: El increíble mundo de las coordenadas. En él, hacíamos referencia a las coordenadas esféricas y a las coordenadas cartesianas. La cartografía local generalmente se mide en coordenadas cartesianas (que corresponden a Norte, Sur, Este y Oeste). Sin embargo, el movimiento solar, para un observador local o incluso para el observador que esté fuera del sistema Tierra-Sol, resulta más ventajoso que se mida en coordenadas esféricas.

 

Como ya vimos en aquel tema, es fácil traducir los puntos notables de dichas coordenadas a otro sistema. Así, por ejemplo, los puntos cardinales Norte, Sur, Este y Oeste, se pueden describir de manera local como azimut (o primera coordenada angular) como 180º, 0º, +90º y -90º. Así pues, en una ubicación terrestre por la cual el Sol saliera exactamente por el Este, se diría que el Sol tendría azimut +90º. La cuestión es averiguar si en algún punto de la Tierra se da esta circunstancia y dónde se encuentra este punto.

 

Para aclarar esta idea, deberíamos observar la siguiente figura, donde se muestra a la Tierra en los puntos notables de su movimiento de translación así como de otros puntos intermedios.

La figura es la representación de la Tierra como un cuerpo quieto (lo cual, como sabemos no es cierto) sobre el que gira y se coloca en diversas posiciones el Sol, aquí no representado. El Sol no se representa por estar muy lejos en relación  a la Tierra, lo que significa que se puede considerar que el Sol está a distancia infinita y puede ser sustituido por sus rayos, representados por la condición anteriormente dicha como paralelos. Las cuatro posiciones coinciden con los dos solsticios (21 J y 21 D) y los dos equinoccios (23 S y 21 M). Como puede verse, el trópico de cáncer, el de capricornio y el ecuador están representados. Estas líneas tendrán su importancia durante la discusión. Por último se representan el eje (que define el Norte y el Sur), el plano de la eclíptica así como el ángulo que forma el eje con la eclíptica (23º) y por último un punto arbitrario P de la superficie terrestre, que será objeto de nuestro estudio. También se ha hecho el dibujo de un círculo, a efectos de hacer entender que los rayos del Sol podrían ser representados más bien como un tubo o cilindro de luz más que la representación plana que aparecen en el resto de puntos notables.

 

La razón fundamental de la posición del Sol respecto de la Tierra es el ángulo que forma el eje con la eclíptica. Si no fuera por esta desviación, no habría estaciones. La posición del Sol, vista desde la Tierra, en cada momento es la posición que ocupa respecto a los cuatro puntos cardinales (N-S-E-O). Existen varias reglas fácilmente demostrables a la vista del dibujo que nos ayudarán a definir exactamente la posición del Sol y sobre todo calcular la posición exacta del Este. Las reglas son las siguientes:

 

1. La posición se define como ángulo respecto al Sur. Así la posición sur es 0º.

 

2. Si un punto está en el hemisferio Norte o Sur más allá de los trópicos (por ejemplo, en el paralelo 40), el Sol siempre está en posición Sur o Norte respectivamente al mediodía.

 

3. El Este y el Oeste siempre coinciden con la dirección del movimiento de rotación de la Tierra, sin importar la época del año, ya que el eje de la Tierra está siempre orientado de Norte a Sur.

 

4. Se desprecia tanto el ángulo que forman los rayos del Sol con la Tierra (se consideran paralelos) y se desprecia también pequeños recorridos de la Tierra alrededor del Sol a efectos prácticos de cálculo (por ejemplo, cambios de posición en el transcurso de menos de 1 día).

 

 

Según estas reglas, el Sol saldrá por el Este y se pondrá por el Oeste exactamente sólo los días en los que al amanecer o al atardecer el Sol coincida con la dirección del movimiento. Imaginemos nuevamente el punto P en uno de los puntos notables, en concreto en el solsticio de 21-D. En la siguiente figura se observa varias cosas interesantes:

La figura de la derecha representa los rayos solares incidiendo sobre la Tierra durante el Solsticio 21-D. Como se puede observar, la Tierra gira constantemente. El punto P (representado en rojo) se traslada invariablemente durante todo el año por el paralelo dibujado en azul. El día 21-D, el punto rojo no comienza a ver el sol hasta que llega al plano perpendicular a la eclíptica (línea vertical). Puede verse mejor esta circunstancia en la figura de la izquierda, donde la línea continua más delgada demuestra que está representado justo ese punto y no otro. También, como puede observarse, durante cierto tiempo el punto rojo seguirá el contorno de la circunferencia terráquea, ya que está más al norte del trópico de cáncer. Posteriormente ya seguirá plenamente el paralelo azul hasta el atardecer. Puede observarse que, en esa circunstancia, el Este, que corresponde a la dirección de avance, poco tiene que ver con la posición Este del mediodía. Es decir, como dijimos, la orientación del Este es siempre la orientación del sentido del movimiento. En el punto verde, que representa el mediodía, el vector de orientación forma 90º con el Sur, que es donde apunta el sol en ese momento. Por tanto, se concluye que dicho día, el Sol no sale por el Este sino por una posición más bien sureste para dicho punto concreto.

¿Cuál es esa orientación sureste? La calcularemos posteriormente.

Algo parecido ocurre en los solsticios, pero se puede demostrar que ese punto por el que sale el Sol tiene posición noreste. Por tanto, entre uno y otro, al tratarse de una función continua, debe existir un día en que el amanecer coincide con el Este.

Dicho punto ocurre en ambos equinoccios. Habrá quien haya concluido esto fácilmente diciendo "si no es en el solsticio, será en el equinoccio", pero esto no es tan fácil. En primer lugar, para demostrarlo, sólo tenemos que referirnos nuevamente a la figura de la derecha. Si en lugar de los rayos dibujados nos imaginamos los rayos en el equinoccio, nos encontraríamos con que serían perpendiculares al plano del dibujo (perpendiculares a nuestra pantalla). En esa situación, obviamente todos los puntos de la circunferencia exterior son perpendiculares a los rayos del Sol. Por tanto, siempre que le toque amanecer a un lugar de la Tierra, se encontrará con que verá salir el Sol exactamente por el Este. También ocurrirá lo mismo al atardecer: lo hará por el Oeste exacto. Esto puede verse reflejado en el punto azul.

De este estudio pueden sacarse interesantes conclusiones. Por ejemplo:

a) Podría parecer que en los equinoccios el Sol en el punto P se viera en el sureste o suroeste al mediodía (debido a que en el dibujo se ve un ángulo de desvío de 23º). Esto no es así ya que el sol está situado en la eclíptica para el observador interno pero si nos fijamos en el dibujo, el observador terrestre vería que el Sol se desplaza por el cielo de Este a Oeste, ya que no observa la eclíptica, sino el movimiento intrínseco de la Tierra. Esto ocurriría para todos los puntos de la Tierra.

b) Podría parecer que tras lo dicho en a) todos los puntos de la Tierra de un mismo meridiano verían el Sol de la misma manera durante los equinoccios (es decir, con la misma altura y azimut). Esto no es cierto, ya que a pesar de que el movimiento del Sol esos días es rigurosamente E-S-O, el observador está situado en una latitud determinada, lo que lo convierte en un observados situado en un sistema de referencia relativo al plano tangente a la superfice de la Tierra. De este modo, aunque un mismo meridiano situado en el hemisferio norte verían el sol al Sur, no cabe duda de que lo verían a distintas alturas.

c) Las zonas intertropicales (como el ecuador) verán el curioso fenómeno de que el Sol durante el año ocupará todas las posiciones del azimut (desde el 0º al 180º, pasando por el +90 y -90º) a lo largo del año.

d) Las zonas polares verán el curioso fenómeno de que desde el equinoccio de primavera al equinoccio de otoño el Sol recorrerá todos los puntos del azimut todos los días. El resto del año estará a oscuras.

Por último, cabe destacar al cálculo de la posición de la salida del Sol. Si consideramos un punto P situado más allá del trópico de Cáncer en dirección Norte, la posición oscilará del verano al invierno de la siguiente manera:

En el invierno: 90-latitud-23º.
En la primavera y el invierno: 90º
En el verano: 180-latitud-23º.

Este cálculo siempre tiene que ser positivo. Si es negativo, entonces quiere decir que no amanece (zonas polares, por ejemplo).

Pongamos un ejemplo: en Nueva York (paralelo 40º). En invierno amanece con azimut 27º,es decir, en una posición SSE, muy alejada del Este, mientras que en verano lo hace en el azimut 117º, es decir, algo menos que la posición Noreste (135º). En el caso Quito, a 0º, amanece en el "invierno" en la posición azimutal 67º, mientras que en el "verano" lo hace en la posición azimutal 157º.

En el Polo Norte, en el invierno no amanece (-23º), mientras que en verano lo hace en la posición 67º (aunque en el verano esta afirmación carece de sentido, al existir Sol de Medianoche). Sería más bien el punto más bajo de la trayectoria solar. Como dato curioso, en el círculo polar ártico amanece en el invierno por el Sur.

 

Stephen Hawking y las serias dudas sobre la existencia de Dios

¿Dios existe? Esta es la pregunta que todo ser humano se realiza al menos una vez en la vida. ¿Qué es Dios?¿Es todopoderoso?¿Por qué no se manifiesta o cuando lo hace es de una manera sutil o inescrutable?

La idea de Dios es, como ocurre con otros conceptos primitivos, intrínseca a las ideas de la raza humana. Dios ha sido durante siglos la respuesta a muchas causas tanto naturales como sobrenaturales. Incluso los mismos escolásticos consideran a Dios como la primera causa de todo.

También ha ocurrido que, durante siglos, unos pocos visionarios fueron dando explicaciones alternativas a la idea de Dios o la magia. Estas explicaciones provenían de la ciencia. A medida que la ciencia fue avanzando, los hombres fueron descubriendo fenómenos y a su vez leyes que explicaban de una manera lógica esos fenómenos que en principio podrían parecer cosa de magia o de una divinidad. Podemos poner muchos ejemplos, desde la explicación de los eclipses y su pronóstico o la impresión que causa una tormenta. En cualquier caso, el talento de los seres humanos hizo disipar las dudas sobre estos fenómenos, que no son más que efectos de puras causas físicas.

Los científicos de los siglos pasados, sobre todo desde Galileo y Newton, se enfrentaron al poder de la Iglesia, afirmando categóricamente que algunos pasajes de la Biblia no podían ser considerados como verdaderos o al menos no como totalmente verdaderos. Había discrepancias sobre lo dicho y lo observado en el tiempo. Finalmente, después de muchos años, Darwin con su teoría de la evolución y el descubrimiento de la datación por estratos acabaron de apuntillar la interpretación literal de los versículos de la Biblia. Así, Dios no creó a los seres vivos acabados, sino que estos mutan, evolucionan o desaparecen según criterios de selección natural. Dios tampoco creó el mundo en el año 5000 a.C., sino que existen datos de capas terrestre de más de mil millones de años.

El concepto de Dios y Dios mismo estaba más acorralado que nunca. Sin embargo, ese principio de los escolásticos de que tenía que haber un primer móvil y que alguien tuvo que crear el mundo (es decir, un mundo no puede salir de la nada), seguía (y sigue) más que vigente. Kant en la Critíca de la Razón Pura, en sus antinomias, admite que entendiendo que hay dos realidades bien documentadas como son la física y la metafísica, es imposible que por medio de una podamos conocer la naturaleza de la otra (es decir, no es posible conocer a Dios por principios físicos ni conocer el mundo sensible mediante la metafísica). Conclusión: existen antinomias (o paradojas) sobre ciertos aspectos del mundo (entre los que destacan la existencia de un creador y un comienzo del mundo). Merece la pena tratar de entender los argumentos de Kant en aquel libro, ya que son las preguntas esenciales del ser humano. Eso lo dejaremos a la curiosidad del lector.

Stephen Hawking, en su libro Breve historia del tiempo, argumentaba que Kant había supuesto en aquellas dos antinomias ya nombradas, que el universo podía y no podía tener un principio, siendo ambas hipótesis válidas, ya que existe un tiempo infinito a partir de cualquier suceso (incluido el principio del universo). Sin embargo Hawking, co-creador de la teoría del Big-Bang, demostraba que Kant no tenía razón en este punto, al no existir el tiempo antes de la creación del mundo. Entonces, ¿qué era lo que existía? Pues nada. Y nada es nada. Quizá, ni siquiera Dios.

Esta pregunta se la hacía Hawking en aquel libro, hace ya décadas. Sin embargo, en aquel mismo libro, señala que la teoría del Big-Bang no invalida la existencia de un creador del mundo, sino que marca un momento exacto en que lo hizo. Aunque él no lo menciona, esta postura es totalmente deísta, ya que Dios crea pero luego no interviene en el mundo (cosa un poco extraña en un ser "todopoderoso", ya que.. ¿por qué no querría participar en él?). Recientemente, Hawking demostraba en su último libro que Dios no existía de acuerdo a los principios físicos. Es más, tras años de investigación llegaba a una conclusión, totalmente demostrable, de que no era necesario disponer de Dios para crear materia o energía, sino que de la misma nada aparecían cosas. Esto, que pude sonar a magia, está recogido en los principios de la mecánica cuántica, en los que las cosas muy pequeñas se comportan de manera muy extraña, como puede ser la existencia de una misma partícula en dos sitios diferentes, la desaparición de partículas o la aparición espontánea. Esto se debe a que no es posible conocer el mundo microscópico sin interferir en él, ya que un pequeño fotón de luz es capaz de alterar tan frágil equilibrio, dando estos tipos de incertidumbres.

Además, Hawking demuestra en su libro que el espacio surge de la propia existencia de la energía, de tal manera que el espacio sería energía negativa que contiene a la materia y la energía (positivas). En definitiva, se comportaría como una gran batería con una suma total igual a 0 (es decir, igual a la nada). Esto, como él bien dice, es demostrable tanto física como matemáticamente.

Hawking entonces llega a la conclusión de que si de la nada puede aparecer algo muy pequeño (y el big-bang, en su inicio, era del tamaño de estas partículas), entonces no es necesario que Dios intervenga en nada y por tanto Dios no existe. Hawking insiste en que él no quiere hacer creer a los demás otras cosas que no quieran creer, pero que este descubrimiento significaría haber acabado el conflicto entre ciencia y fe, al menos desde el punto de vista formal.

Estoy absolutamente de acuerdo con Hawking. Es fantástico el planteamiento. Sencillamente brillante (como mente brillante que es él). Brillante y lo más importante, cierto. Entonces él mismo se planteaba que de no ser necesario un creador, probablemente no exista y si no existe, ¿cómo existiría un cielo o un infierno? Sólo tendríamos, en la realidad este mundo para poder desarrollarnos y ser felices y luego, al morir, se acabó. Se acabó todo. No importará si fuimos buenos o malos, sólo si fuimos felices.

No oculto mi terror por estas palabras y estas conclusiones. Siete mil millones de almas humanas sin más posibilidad de desarrollo que este mundo. Suena trágico. Suena injusto. Suena humano, demasiado humano.


Lo que Stephen Hawking ha obviado

Sin embargo, el señor Hawking admite también que la física ha demostrado que Dios es innecesario para la creación del mundo. Esta respuesta es, para mí, insuficiente. Su argumento más crítico en su análisis de la falta de necesidad de Dios es que la mecánica cuántica demuestra que las partículas pueden crearse de la nada para posteriormente desaparecer. El propio Hawking argumenta que el tiempo y su creación es el sustento del universo, lo que evitó que aquella partícula que originó el big-bang y que surgió de la nada generara el universo. De la misma manera, Hawking argumenta que en los agujeros negros el tiempo desaparece, hasta tal punto que en el centro del horizonte de sucesos no es predecible nada, ya que las leyes físicas dejan de existir. Lo curioso es que Hawking cambia su planteamiento del pasado: para él, el horizonte de sucesos era una indeterminación (es decir, imposible de predecir sucesos) y sin embargo, ahora ya no es una indeterminación, sino la nada. Dicho de otra manera, el agujero negro es el fin del univero, como una especie de orificio del universo que lleva a ¡nada!

Tengo que reconocer nuevamente que es muy probable que Hawking esté en lo cierto, y curiosamente, como ocurre en la mecánica cuántica ¡tenga razón en las dos cosas!

De todas maneras, yo admito que esto lleva a una situación contradictoria, que el mismo Hawking debería clarificar. La primera es una obvia, que probablemente al lector ya le haya surgido: ¿por qué aquella partícula que creó el universo explotó? O incluso una menos intuitiva: ¿es posible que no hayamos sido "el primer universo de la historia"? (Entendiendo claro está, la manera intuitiva del ser humano, porque Hawking diría: ¡Nunca hubo un "universo anterior", pues entre universo y universo no había tiempo!). A estas preguntas puedo responder incluso yo fácilmente: se trata de estadística. Quizá se creó de la nada trillones y trillones de partículas antes de la partícula del big-bang. Es como jugar a la lotería: nuestras posibilidades son nulas, pero siempre le toca a alguien, porque en suma, las probabilidad de tocar son altas.

En cualquier caso surgen otras preguntas quizá no tan encaminadas al big-bang sino a lo que ocurrió después. Por ejemplo, ¿por qué tanta armonía en el universo?¿Cómo es posible que se generara la vida? (Es claro que de manera espontánea, como ocurrió al universo). Sigamos. ¿Por qué vida inteligente cuando prácticamente el 100% de los seres vivos son no inteligentes? ¿Por qué, incluso, siendo tan inteligentes, no somos capaces de erradicar el mal?¿Si el mal y el bien no existen, por qué condenar a criminales?

Si Dios no existe, ¿no existe el bien supremo?¿Está la raza humana abocada a sucumbir por la naturaleza?¿Cómo se explican ciertos milagros?

Estoy de acuerdo en que un universo podría surgir de la nada, pero también podría haber un creador que le diera forma o que hubiera decidido haberlo hecho de la nada en un preciso instante. Además, la mecánica cuántica es una ciencia peligrosa: si bien explica perfectamente el mundo microscópico, es imperfecta en el mundo macroscópico. Incluso, los propios científicos son incapaces actualmente de conjugar la mecánica cuántica (fenómenos microscópicos) con la ley de la gravedad (fenómenos macroscópicos). No me cabe la menor duda de que la ciencia logrará alguna vez dar con la solución, pero resulta muy extraño obviar a un ser inteligente en todo esto, cuando además, la inteligencia es algo que, como la vida, parece bastante posible en este universo.

Por otro lado, el argumento ontológico de San Anselmo sigue sin explicarse en este sentido. La idea de las cosas viene de una existencia. La idea del concepto perro proviene de la existencia de dicho ser. Es posible que yo piense en algo que sea mentira (por ejemplo, una isla paradisíaca en medio de mi ciudad), pero por pensarlo no significa que exista. Sin embargo, el concepto en sí mismo de las cosas: isla, ciudad, etc. sólo puede provenir de un conocimiento de las mismas y por tanto de una realidad. Por último, San Anselmo argumenta que el concepto de perfección, que puede ser aplicado a Dios, proviene de una realidad y además esa realidad debe existir, puesto que cuando se piensa en algo perfecto se piensa en algo acabado y existente, ya que si no existiera, no sería perfecto. Por tanto Dios existe, ya que es perfecto, y existir es más perfecto que no existir (o lo que es lo mismo, la materia es más perfecto que la nada).

Parece que el dilema entre ciencia y fe seguirá vivo. 

Las ondas electromagnéticas: esas desconocidas (II)

He de confesarme perplejo por esta noticia. Una mujer alérgica a las ondas electromagnéticas

Estimados amigos. Creo que ya son ustedes capaces de distinguir a una estafadora de lo que no lo es. La razón es muy simple: si fuera alérgica a las ondas electromagnéticas de los móviles (microondas), debería ser alérgica a las ondas más energéticas (como son las infrarrojas o las visibles). Es decir, no sólo habría de estar en la más completa oscuridad, sino estar en un ambiente frío (alrededor de 15 grados centígrados). No se pueden ser dañinas las ondas menos energéticas y sin embargo las ondas más energéticas no causarle daños.

Es más, en el supuesto caso de que esto fuera real, la ausencia de móviles sería insuficiente, ya que desde el espacio sideral nos llegan continuamente microondas, si bien es cierto que en baja intensidad y podrían resultar poco dañinas, en este caso.

Sabemos también que el cuerpo humano es sensible a los cambios de temperatura. Más allá de los 44ºC y por debajo de 31ºC morimos. Alguien podría alegar que algo parecido le pasa a esta mujer. Siento decir que no sólo discrepo, sino que se desconoce totalmente el comportamiento de las ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas se propagan a la velocidad de la luz y continuamente están chocando con elementos del entorno, variando su energía y por tanto su frecuencia. Como ejemplo, la radiación solar (visible) cuando entra en un invernadero se transforma en calor y por tanto radiación infrarroja. Al ser radiación infrarroja concentrada, genera una temperatura más alta de lo normal. Podría ocurrir entonces que, una hipotética transformación en microondas, de manera natural, hiciera daño a nuestra mujer, sin poder evitarlo. Sin embargo ella sólo se queja de las radiaciones de los móviles, las radios y las cosas artificiales.

En definitiva, esto es una mentira.

La contaminación como una excusa

Cuando un tema está de moda parece que nos pudiera una necesidad de que nos asocien con ese tema. Es guay. La fantástica promoción que nos brinda una moda es tan irresistible que no conozco a nadie que no haga uso de ella (a menos que sea un sabio o una persona con bastante integridad).

Una de esas modas es estar en contra de toda contaminación y todo lo contaminante. En este sentido, la química es también considerada como una fuente de contaminación. La química es mala. La química es antinatural. La química es responsable de la muerte de las especies. La química es responsable de la desaparición de la capa de ozono y del cambio climático.

Me gustaría que por una vez en la vida un político (como hizo en el campo contrario Al Gore) hable con corrección y con rigor de la ciencia, del método científico y que los científicos reciban la admiración popular que tenían hace años. En este sentido, la industria, la minería y la ingeniería en general son sinónimos actualmente de contaminación, depredación o corrupción.

Para cualquiera que no sepa el lenguaje científico, contaminación significará ensuciamiento, destrucción, envenenamiento, etc. Un científico ve más allá de todo esto. La contaminación no es más que la pérdida progresiva de las propiedades atribuidas a las sustancias y a los entornos. Así, si tenemos sal común y la mezclamos con una pizca de azúcar, la sal resulta contaminada de azúcar. Es decir, la sal ha perdido parte de sus propiedades intrínsecas. En este sentido, la contaminación no siempre resulta perjudicial. El acero es hierro contaminado (generalmente de carbono). El carbono proporciona al acero unas cualidades más adecuadas que el hierro puro, como son la dureza. Lo mismo ocurre con las aleaciones de bronce o latón. Otro ejemplo más reciente de contaminación positiva son los dopajes de semiconductores, en los que se añade una impureza para que su conductividad aumente. Así pues, contaminación no siempre es sinónimo de degeneración de la sustancia.

Más acotado parece el tema de la contaminación del entorno (o medio ambiente). Como dijimos, es un tema de moda y existe contaminación de cualquier tipo (no sólo química, sino que ahora existe contaminación acústica, lumínica, térmica, etc.). ¡Qué pena destruir el medio ambiente! A estos amigos de la naturaleza les diría que cuando uno piensa en medio ambiente, el inconsciente colectivo se imagina a miles de pájaros dando vueltas a un campo lleno de flores y con un verde deslumbrante. Vamos, una primavera eterna en el campo. A estos amantes de la natura, les resulta el ser humano una especie de plaga que está de más en la naturaleza, la cual no se entiende que haya podido ser creada por un ser inteligente como es Dios. ¡Ojalá el hombre no hubiera nunca existido! Ahora las ciudades han hecho que el campo deje de existir y cada vez queda menos espacio natural. No puedo comprender a estos amantes de la naturaleza que critican a la especie a la que ellos pertenecen y sin la cual ellos no podrían ni siquiera expresar sus absurdas ideas.

El ser humano es un ser tan natural como cualquier otro, salvo que las abejas hacen sus casas con cera, los pájaros con palillos y los hombres con ladrillo. El ser humano tiene todo el derecho a sobrepoblar el planeta, como lo hubiera hecho cualquier otra especie natural de haber podido. Sin embargo, debido a su condición racional, tiene también la obligación de conservar en la medida de la posible su propio hábitat, que curiosamente es el planeta el completo. Somos la única especie natural capaz de vivir en cualquier punto del planeta.

Hasta qué punto los ecologistas nos han hecho renegar de nuestra naturaleza que ya no consideramos a la química parte de ella, cuando la naturaleza es completamente química. La química es la ciencia que estudia la constitución de la materia. Y materia es todo. La transformación de la materia es consecuencia del estudio pormenorizado de las reacciones que ocurren cuando las materias (o sustancias) son expuestas en presencia de energía unas con otras. Gracias a las reacciones químicas, tan odiadas por los ecologistas, es posible que exista la vida, que la materia no se disgregue a través del espacio sideral o que el sol proporcione energía continua a la Tierra.

Pero la química también es responsable de los agentes contaminantes. En efecto. La química es responsable porque cualquier sustancia contaminante es materia. Lo que llamamos contaminación química no es más que el resultado de la formación de unas sustancias de bajo valor (ya sea nutritivo, energético o económico) que se denominan residuos. El residuo es parte inevitable del proceso de valor, a partir del cual la unión de varias sustancias producirán un producto de valor (la energía para que se mueva el corazón, el calor para calentarnos o el hierro) y un residuo (CO2 + orina + heces, CO2 y SO2).

Decir que los indios del amazonas no contaminan el río cuando orinan pero la Gulf Petrol sí contamina el golfo de México es una de las tesis más demagógicas que podemos mencionar. Ambos contaminan. Algunos dirán que no en la misma proporción. Tampoco lo harían en la misma proporción si en lugar de 10 indios vivieran 100 mil, como ocurriá en Tenotchitlan o en las culturas mayas. Ellos eran más naturales que nadie y sin embargo contaminaban (hasta tal punto que los mayas tuvieron que huir de sus ciudades). El problema de los residuos ha sido siempre una cuestión peliaguda para cualquier proceso químico (de hecho, si un fuego se tapa, el exceso de residuo (CO2) paraliza la combustión.

La química es nuestra amiga. Lo importante es que los residuos sean convenientemente tratados para minimizar los efectos negativos. En cualquier caso, la Tierra y la energía del sol son tan grandes que no es posible contaminarla entera (entre otras cosas porque no habría quien viviera tras esto y porque los contaminantes ya están entre nosotros). Por ejemplo, todas las bombas atómicas del mundo no podrían contaminarlo de radiación, ya que ¿de dónde sacaron el uranio si no fue del propio suelo? Basta ya de engaños y demagogias.

No se dejen engañar. Cada vez que les hablen de un problema medioambiental, interróguense de la validez de las afirmaciones y no de quién las dice. El engaño más grande consiste en dejarse contaminar la cabeza por los propios políticos.

Termodinámica básica (VII)

Animo a los lectores a recordar todos los temas tratados en capítulos anteriores. Recapitulando, ya conocimos las leyes fundamentales que rigen la naturaleza en cuanto a fenómenos relacionados con la energía. La energía se conserva y no se crea. Es decir, la energía que hay es la que fue, es y será hasta el fin del mundo, salvo que la existencia de un ser superior, Dios, pudiera hacer fracasar las leyes de la física (PRIMER PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA). La energía, sin embargo, pierde calidad y puede ocurrir que sistemas muy energéticos tengan una energía poco útil, mientras que sistemas con poca energía pueda utilizarse con un rendimiento muy elevado (SEGUNDO PRINCIPIO DE LA TERMODINÁMICA).  Posteriormente revisamos las magnitudes energéticas, el equilibrio y la función de Gibbs, etc.

Hoy podemos hablar de lo que se denominarían "mentiras científicas". Llamamos mentiras científicas (o psedociencia) a saberes o descubrimientos que son más o menos increíbles pero que encierran un halo de ciencia hasta que se desenmascara su falsedad. Es el caso de los astrólogos (que según la posición del astro, que se puede predecir muy exactamente, darán un vaticinio). Entre esos falsos científicos se encuentran los descubridores de las máquinas de movimiento continuo y los descubridores de nuevas formas de energía "revolucionarias".

El móvil perpetuo o máquina de movimiento continuo es una máquina que como su nombre indica no se para nunca. Ya hemos analizado la segunda ley de la termodinámica, que afirma que es imposible que un cuerpo que está a más temperatura que otro se caliente espontáneamente mientras que el otro se enfría también espontáneamente. Sería como afirmar (otro efecto de esta ley termodinámica) que una cosa levitara sin que ninguna fuerza actuara sobre ella, algo así como una anti-gravedad.

Máquinas de este tipo hay muchas y variadas, que son muy interesantes no porque el movimiento sea o no continuo sino porque han conseguido el avance de la ciencia y el descubrimiento de propiedades físicas de los materiales. Así, en la práctica, el rozamiento u otras fuerzas de ligadura impiden el movimiento totalmente continuo, al añadir una pérdida de potencia por calor y trabajo en el movimiento.

Hasta el finales del siglo XIX y principios del XX, cuando la termodinámica y las leyes cuánticas se tornan como inevitables en la ciencia, el movimiento perpetuo fue considerado una prioridad. Hoy nadie cree en los charlatanes del siglo XVI y XVII, que incluso cogían a personas y las metían dentro de sus inventos para que dieran cuerda a los mismos y para demostrar que eran "perpetuos".

Sin embargo, tras la Segunda Guerra Mundial, parece que las cosas reaparecen, como la mala hierba. Hoy todos sabemos que la energía es un valor cada vez más de moda. ¿Cuántos han afirmado que han conseguido un motor de agua?¿Cuántos han afirmado que han conseguido un motor de aire?¿Cuántos afirman que por complicados procesos han sido capaces de obtener fluoroclorofosfato de bismuto y plomo (nombre totalmente inventado, cuya es existencia es pura coincidencia) y generan electricidad de manera sencilla y renovable, ya que son pilas que nunca se gastan?¿O cuántos dicen que con hielo y agua son capaces de generar electricidad sin límites?

Ahora estamos en disposición de reírnos de estos charlatanes. Comencemos.

Lo primero es analizar el problema CON TODAS LAS AFIRMACIONES. Esto es, en ningún caso diremos a priori que estas afirmaciones sean imposibles. Lo que diremos es que dichas afirmaciones no serán ciertas al mismo tiempo.

Por ejemplo. No hace mucho escuché a un señor que afirmaba que había descubierto un "motor de agua". Para empezar, de ser cierta esta afirmación, este señor sería multimillonario, ya fuera porque su invento le reportara pingües beneficios, ya fuera porque se lo comprara alguna gran empresa petrolera. Imaginen, hombres de poca fe. ¿De verdad creen que Exxon gastaría millones de dólares en perforar pozos cuando podrían poner una bomba y vender agua tratada para vehículos?¿De verdad creen que no sería más fácil vender coches que se recargaran sólo con agua?

No, más bien es un charlatán romántico que desea que su invento al menos sea conocido por generaciones posteriores. Ya dijimos que la energía se puede obtener de distintos modos, pero en todo momento sólo existen dos formas reales de obtenerlo:

1. Calor

2. Trabajo.

Dentro de trabajo, se entiende a la fórmula diferencial dW=F·dr, siendo W el trabajo, F la fuerza y r el desplazamiento de la partícula. En este aspecto, F es lo que realmente genera ese trabajo. F puede ser una de las cuatro interacciones fundamentales y todo trabajo se reduce en cualquier caso a una de esas cuatro interacciones (gravedad, electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil).

Así, un motor de agua produce trabajo a través de un calor generado. Este calor es generado por un fenómeno químico. En este caso puede ser o bien una combustión (lo más lógico) o bien otro tipo de reacción química. El caso es que este señor decía que el agua producía energía al reaccionar con molibdeno o manganeso (no me acuerdo bien de la sustancia).

Si mal no recuerdo, el agua en contacto con el molibdeno se descomponía en hidrógeno y oxígeno y luego en un carburador se volvían a unir mediante una combustión, para hacerse agua nuevamente y otra vez ir a la cámara de descomposición y nuevamente reaccionar. El molibdeno actuaba como catalizador, por lo que nunca se consumía.

¡No dirán que no es genial! El fin de los problemas energéticos mundiales. Obviamente ningún político malvado ha destruido los planos (porque los hay todavía más malos que lo comprarían para ser más poderosos). La razón es que desde el punto de vista termodinámico es imposible dicho proceso.

Empecemos en el tanque inicial. Agua con molibdeno. El agua se descompone. Este es un proceso endotérmico, es decir de entalpía positiva (285 kJ/mol). La entropía es también positiva y tiene un valor de 162 J/mol. Según la ecuación de Gibbs, para que ocurra la reacción espontáneamente hay que calentar el medio por encima de los 1760 K. Ni el molibdeno ni ningún otro catalizador puede evitar eso. Lo que puede es acelerar la velocidad de reacción y que la energía de activación de la reacción sea la menor posibles (es decir, lo más cercana a 1760 K).

¿Quiere decir entonces que no es posible descomponer el agua a temperatura ambiente? Sí, es posible, pero no según esa ecuación tan burda (H2O = H2 + 1/2 O2). Por ejemplo, en una electrolisis, el agua no está en estado puro, sino en presencia de un soluto ácido o básico. Por tanto las reacciones son 2H(+) + 2 electrones(-) = H2. y el oxígeno sigue una reacción análoga (bastante más compleja, pero que genera oxígeno molecular). Aunque parezca una tontería, el resultado es el mismo, pero el proceso (o lo que es lo mismo, las sustancias de partida, son distintas). El protón (H+) está libre y deseoso de encontrar un electrón con quien unirse y estabilizarse. Este proceso no requiere altas temperaturas.

Descartando entonces el motor de agua y el molibdeno en descomposición directa del agua por la alta temperatura requerida (1760 K), podríamos pensar que el molibdeno provocara alguna descomposición del agua en algo parecido a un protón y un grupo hidroxilo o algún compuesto que permitiera disminuir la energía de Gibbs. Es probable que esto ocurra en esos motores de agua que suelen aparecer de vez en cuando en televisión. En este en concreto, el molibdeno se mezclaría con agua, hidratándose o acidificando el medio o algún medio análogo. ESTA ES LA CLAVE. En el mismo momento que hace esto, el ciclo jamás podrá ser continuo per se y el segundo principio de la termodinámica hará que el invento se pare.

Volvamos a analizar el modelo.

1. El molibdeno se combina con agua. El molibdeno sufre una transformación momentánea para luego recuperarse totalmente (como todo buen catalizador).

2. El agua se descompone en oxígeno e hidrógeno.

3. El agua se regenera al realizarse la combustión y vuelve al depósito de donde estaba al principio.

Entonces, llega la pregunta. ¿Y el molibdeno?¿Qué ocurrió? Está claro que en ese modelo, el invento fracasa. El molibdeno está impurificado (ya sea hidratado, ya sea acidificado, etc.). Para que vuelva a ser útil hay que descontaminarlo. PARA ELLO SE REQUIERE ENERGÍA EXTERIOR, YA QUE LA TERMODINÁMICA PREDICE QUE EN UN SISTEMA CERRADO EL PROCESO NUNCA ES COMPLETAMENTE REVERSIBLE Y POR TANTO, FINALMENTE, SE PARAN LAS REACCIONES.

Conclusión final. Desconfiemos de los inventos y los inventores. Desconfiemos de los que admiten sistemas químicos cerrados y aislados con los que consiguen eternamente energía. Desconfiemos de los sistemas químicos cerrados pero no aislados, es decir, que pueden intercambiar calor pero no materia (por ejemplo, una caldera de vapor) en donde todos los procesos químicos se dan en el mismo receptáculo, formándose "celdas" de entropía negativa que no interactúan con el resto. Este último tipo de estructura no es imposible (el mismo planeta Tierra es este tipo de estructura) pero realmente tienen que existir barreras físico-químicas estables que impidan que esas celdas se vean afectadas por los alrededores.

Desastre nuclear de Japón (II)

Las informaciones de los últimos días merecen un apartado en El Ateneo de Archidux. Lo más indignante del ser humano es la capacidad de democratizar el conocimiento. Faltar a la verdad es algo, desgraciadamente, profundamente democrático. En cualquier caso, el método científico, profundamente antidemocrático, es el que impera en este foro.

Comencemos.

• Se ha establecido un radio de seguridad de 30 km alrededor de la central de Fukushima para evitar la contaminación radiactiva en las personas. ¿Es suficiente 30 km? Algunos, incluidos los políticos de Estados Unidos, lo consideran insuficiente. Incluso en Europa se cuestiona si la "nube radiactiva" podría alcanzar a esta región del mundo. Partamos de dos situaciones totalmente distintas. La primera es que el material radiactivo no se disperse en la atmósfera y quede concentrado en Fukushima. En este caso, la tasa de exposición (es decir, la radiación que recoge el cuerpo por hora, día, año, etc.) disminuye en relación al cuadrado de la distancia. Dicho de otra manera, si la exposición a la radiación de un cuerpo a 1 m de distancia de la fuente radiactiva es X, a 2 m es X/4. A 10 m es X/100. Así sucesivamente. A 30 km es 900 millones de veces menor que la exposición inicial. Para los valores de actividad del uranio (y del plutonio) en Fukushima y para las tasas de exposición permitidas por las normas internacionales, 30 km es suficiente. Para los escépticos, decir que la parte más oriental de Europa está al menos a 7000 km de Japón, o sea, 49 billones de veces menor, es decir, un valor ridículo. España y Portugal tendrían incluso 144 billones de veces menos radiación que Japón.

• ¿En cuánto tiempo se marchará la radiación? Esa pregunta está mal formulada o puede llevar a engaño. El tiempo de vida media se calcula, para el 238-U, en 4400 millones de años. ¿Quiere esto decir que Fukushima no podrá habitarse en tantos años? En absoluto. En primer lugar, cuando logren solucionar todo el problema, se retirarán los residuos a un cementerio nuclear. Quedará entonces una radiación residual en la zona. Lo problemático de un isótopo radiactivo no es, en contra de lo que se pueda pensar, que persista en el ambiente. Lo problemático es que su actividad sea alta. La actividad de un elemento radiactivo es función de su abundancia. Si en un lugar hay 10 g de material radiactivo y en otro hay 10 toneladas, la actividad 1 será mucho menor que la actividad 2 (porque el número de átomos que se desintegran es mucho mayor). Un elemento radiactivo que produzca rayos gamma (los más peligrosos) durante millones de años no sería peligroso si no está en proporciones suficientes. En cambio, un elemento químico, en pequeñas cantidades, con velocidad de desintegración alta (minutos, por ejemplo, podría ser potencialmente muy peligroso). Por otro lado, el hecho de que dure 4400 millones de años no significa que no se pueda vivir allí durante tal tiempo. A medida que disminuyera la actividad (es decir, se desintegren los átomos) menor será el radio de seguridad que habrá que considerar. Así, en los primeros 5 años se podría recuperar quizá ya 1 km de distancia al foco. De todas maneras, se estima en unos 10 000 años el tiempo que pasará un lugar como Chernobil sin poder albergar de forma segura seres humanos en la zona. Sin embargo, es viable un paseo de algunas horas por la mayor parte del recinto de dicha localidad.

• El mito del yodo. Hay quien ha dicho que tomar yodo es un método eficaz para prevenir los peligros de la radiación. ¡Semejante imbécil suelto! Tomar yodo no salva a nadie de los peligros de la radiación, ya que éstos consisten específicamente en trastornos en daños a los tejidos. Tomar yodo no creará un escudo defensivo en el organismo. ¿Por qué, entonces, el famoso yodo? La razón es que uno de los elementos que se forman durante las reacciones nucleares es el 129-I, que se incorpora con mayor facilidad en el organismo que el 127-I, isótopo mayoritario en la naturaleza. El iodo regula principalmente las hormonas tiroideas, por lo que la incorporación de 129-I en el tiroides puede desembocar muy probablemente en la destrucción de los tejidos de la glándula y posterior cáncer. ¿Cómo contrarrestrar la ingesta de 129-I en el cuerpo humano? Evitando que se cuele en el organismo por ausencia de huecos. Si un bar está lleno de gente y quiere entrar más gente, es probable que se pueda meter a alguien más. Pero si el bar está realmente repleto, lleno a más no poder, no puede entrar más gente. Algo parecido ocurre con el yodo. El yodo no penetraría porque el organismo estaría repleto de yodo y lo expulsaría por la orina. Así pues, es un método para la post-crisis más que para la crisis (yodo en agua y el ambiente). Por otro lado, tomar yodo sin prescripción médica puede ser fatal, aumentando la actividad de la glándula tiroidea, aumentando la activida metabólica y en el peor de los casos, podría desembocar en una fibrilación cardíaca.

Espero que nos tomemos un poco más en serio esta situación que algunos han declarado "apocalíptica" y que más bien es científica. El miedo consiste en el desconocimiento.

Desastre nuclear de Japón

En efecto, esta semana, además del terremoto de Japón, nos llegó la triste noticia de que la central de Fukushima está afectada y el desastre nuclear parece inminente.

La noticia, desde el punto de vista humano, es trágica. Miles de muertos, cientos de ciudadanos contaminados por radioactividad, millones de personas ante una potencial contaminación radioactiva... Desde el punto de vista científico y experimental, si se me permite expresarlo, resulta haber sido una semana altamente interesante. La situación de la central japonesa está en continuo estudio y observación, lo que constituye una poderosa herramienta para poder predecir los efectos de un desastre de tal magnitud y sobre todo evitar posibles accidentes nucleares futuros.

Recordarán que ya en Núcleos y nucleares (El Ateneo de Archidux, 2010) se comentaba la falsa prensa que la energía nuclear tenía en el mundo. Comentábamos también que una central nuclear es algo altamente seguro y controlable, cuyos residuos, caso de salir fuera, resultaban altamente nocivos pero que su facilidad de confinamiento los hacía muy adecuados para su tratamiento posterior. Ahora, en 2011, tenemos la oportunidad de probar lo dicho en aquel momento.

Reconozcamos que de existir un desastre nuclear éste se deberá a un terremoto de 9 en la escala Richter y su posterior maremoto. ¡9 sobre 10, o sea, un terremoto sobresaliente! Dicho de otra manera, una catástrofe de efectos planetarios no ha sido capaz de destruir una central nuclear y desparramar todos los residuos por el país o el continente completo.

Nadie diría que la explosión de un automóvil tras colisionar contra un muro de hormigón se deba a que el automóvil era altamente peligroso. En cambio nadie duda de que una central nuclear es altamente peligrosa. Eso es hipocresía o, peor aún, ignorancia. Continuamente manipulamos sustancias peligrosas inconscientes del peligro que suponen. Gasolina, fósforo, ácido clorhídrico en la limpieza, enchufes eléctricos... El peligro no está en las cosas, sino en su uso y en su mantenimiento. La energía nuclear no es peligrosa, si se usa con prudencia.

La actitud de la canciller Angela Merkel demuestra demagogia e ignorancia (y luego hablan de Hitler). Condenar al estado alemán a una política energética basada absolutamente en renovables conllevará graves secuelas económicas para toda Europa. Ningún país del mundo puede hoy por hoy abastecerse exclusivamente de energías renovables, debido a su aún escaso rendimiento y a la inversión inicial descomunal. La energía atómica es el vehículo natural para la transición no agresiva entre petróleo y renovables.

Déjenme decirle que hay toda una leyenda en esta historia de Japón. Principalmente la idea, fruto del celuloide de la post-guerra, de que en Japón vamos a asistir al tremendo espectáculo que supone ver en directo la creación de un hongo nuclear. Hay cierto morbo entre los amantes de Lady Gaga y Greenpeace por ver y sentir en directo esta cita con la Historia. Lástima que para estos personajes sus esperanzas, cobárdemente ansiadas a miles de kilómetros de distancia, no sean cumplidas.

Ha habido explosiones en el reactor, como han podido observar por televisión. Sin embargo éstas no eran explosiones nucleares. Eran explosiones de vapor y/o explosiones de reacción oxígeno-hidrógeno para producir agua. Lo que puede ocurrir es que se fusione el nucleo. Como su nombre indica, una fusión del núcleo sería como que la central se fundiera en una especie de lava líquida. Al enfriarse el fluido radiactivo, parte pasaría a la atmósfera en fase vapor. A medida que se enfriara el fluido, parte podría pasar al agua, parte podría pasar en forma de aerosol sólido al aire. Esta es la realidad. No habrá una explosión verde fluorescente.

Chernobil fue algo completamente distinto. La fusión del núcleo fue extremadamente rápida y todo saltó por los aires por motivo de las altas presiones y temperaturas. En este caso, el mismo combustible nuclear saltó por los aires, produciéndose una bola luminosa de increíbles proporciones. No se puede decir lo mismo de Japón: se trata de un proceso lento, que está controlado en la medida de lo posible, y que ha demostrado que se puede contar con estructuras seguras para terremotos violentos. Por desgracia, la naturaleza es más fuerte que todas estas catástrofes y creo también que a nadie se le escapa que el uranio se saca de la tierra, del planeta Tierra, y por tanto es un elemento natural, que es imposible que contamine toda la Tierra o que acabe con el mundo, ya que existía antes de que nadie lo descubriera.

En conclusión: los periódicos siguen siendo sensacionalistas y los lectores, espectadores crédulos e ignorantes.

Termodinámica básica (III)

Continuamos con nuestro particular estudio termodinámico. Hoy trataremos el estudio de casos básicos en el cálculo de propiedades termodinámicas y de valores de las funciones de estado.

Sea aire, asumiendo que éste se comporta como gas ideal, contenido en un recipiente a 25ºC y 1 atm de presión. Indicar cómo varían sus propiedades al reducir el volumen del recipiente a la mitad mediante un proceso isotérmico.

Respuesta: sea V el volumen inicial del recipiente. V/2 es el volumen final del recipiente. Por la ley de los gases ideales

                                     P·V=nRT

donde n es el número de moles de gas en el recipiente, P la presión del recipiente, V su volumen, T su temperatura y R es la constante de los gases ideales, que vale 0,082 (atm·l)/(K·mol).

Durante el proceso isotérmico, n, R y T son constantes, ya que el sistema es cerrado (no hay tranferencia de masa), R es una constante y T es constante en un proceso isotérmico por definición. Por tanto, podemos decir que la ecuación se convierte en

                                     P·V = k (constante)

Así, sustituyendo, si P=1 atm, V= k litros. Si V final (Vf) disminuye a la mitad, Vf=k/2. Por tanto, P final (Pf) es

             Pf·Vf = Pf·V/2 = Pf·k/2= k  y por tanto Pf = 2 atm

Veamos cómo varían las funciones de estado:

U = m·cv·(Tf - Ti). Como el proceso es isotérmico Tf=Ti y por tanto, la energía interna no varía.

La entalpía, H = U + PV, tampoco varía en este caso, ya que U es constante y el producto P·V es también constante. Al restar los estados final e inicial, el resultado es 0. Hf-Hi=Uf-Ui+(PV)f-(PV)i.

Queda por calcular el trabajo y el calor intercambiado, que en este caso queda claro que son del mismo valor pero de signo distinto, ya que

                             U= 0 = W + Q

Lo más fácil de calcular es el trabajo. Así, se puede demostrar que para un proceso isotérmico, tras integrar la ecuación diferencial del trabajo dW = -P·dV, que W=n·R·T·log(Vi/Vf), siendo log el logaritmo neperiano. Entonces, el W por unidad de materia:

                               W/n = RT log (1/0,5)

donde R toma el valor de 8.314 J/K·mol y T son 298 K (25ºC). Por tanto W= 1717,3 J/mol y Q= -1717,3 J/mol.

Interpretación de los resultados: el trabajo lo realiza el ambiente sobre el sistema (por eso tiene símbolo positivo), ya que el sistema "gana" trabajo. El calor, en cambio, es intercambiado por el sistema al exterior y por tanto, pierde calor, de ahí el símbolo negativo. Si el proceso hubiera sido de descompresión isotérmica al doble de volumen, el resultado hubiera sido el mismo con el signo cambiado.