Cine científico

Por Claudio H. Sánchez

http://www.pagina12.com.ar/diario/suplementos/futuro/13-2986-2014-03-09.html

APOLO XIII Y LA INGRAVIDEZ

La película Apolo XIII, por si hiciera falta aclararlo, cuenta la odisea en la que se convirtió esa misión cuando una explosión a bordo de la nave puso en peligro a toda la tripulación. Aunque fracasó en su objetivo de poner hombres en la Luna por tercera vez, la misión es considerada un éxito porque los tres astronautas pudieron regresar a salvo a la Tierra.

Parte de la película transcurre dentro de la nave, donde podemos ver a los astronautas flotando de aquí para allá en un ambiente de ingravidez.

Cuando se ve ese ambiente de ingravidez en una nave espacial, podría pensarse que se debe a la gran distancia respecto de la Tierra, más allá del alcance de su campo gravitatorio. Pero en la película la primera escena de ingravidez transcurre tras unos pocos minutos de vuelo, todavía muy cerca de la Tierra, cuando se apagan los motores y los astronautas se quitan los cascos y los guantes, que quedan flotando junto a ellos.

El ambiente de ingravidez en una nave espacial no se produce por una supuesta ausencia o debilidad de la atracción gravitatoria terrestre. Para entender la verdadera razón, imaginemos que un astronauta salta por un precipicio con una manzana en la mano. Si suelta la manzana mientras está cayendo, el astronauta no la verá caer de su mano, porque ambos ya están cayendo. Lo que él verá será que la manzana permanece a su lado, mientras ambos caen a la misma velocidad. La gravedad tiene el mismo efecto sobre el astronauta y sobre la manzana, sin movimiento relativo entre ellos.

Este estado de ingravidez relativa es el que tiene lugar dentro de una nave espacial. Cuando la nave apaga sus motores, comienza a caer. Normalmente, caería hacia la Tierra, Pero, si lleva la dirección y la velocidad adecuadas, caerá hacia la Luna. El vuelo de las naves Apolo consistía en una larga caída hacia la Luna. Mientras la nave cae, lo mismo hacen sus tripulantes y todo lo que ella contiene. Como todos caen a la misma velocidad, no se experimenta la gravedad entre todos ellos.

Para filmar algunas de las escenas de ingravidez en Apolo XIII se usó el mismo recurso que para entrenar a los astronautas. Los actores, y todo el equipo de filmación, se embarcaron en un avión especialmente acondicionado. Una vez en vuelo, el avión inicia una trepada a 45 grados. Cuando llega a una altura y velocidad adecuadas, apaga sus motores. El avión continúa subiendo, alcanza una altura máxima y comienza a caer. Esta maniobra dura aproximadamente un minuto, hasta que deben reencenderse los motores. Durante ese minuto el avión, sus ocupantes y todo lo que él contiene se desplazan a la misma velocidad. Y, mientras dura ese vuelo sin motor, no se experimenta la gravedad dentro del avión. Se dice que los protagonistas de la película pasaron más tiempo dentro de estos aviones que los verdaderos astronautas durante su entrenamiento.

21 Y EL PROBLEMA DE MONTY HALL

En 21 (también llamada Black Jack) un profesor de matemática recluta a sus alumnos más brillantes para un equipo que juega al Black Jack en los casinos de Las Vegas con un sistema que él ha perfeccionado y que asegura grandes ganancias. La película está basada en la historia de un grupo formado por alumnos del MIT y de la Universidad de Harvard, y que realmente empleaba métodos matemáticos para derrotar a los casinos de Las Vegas, Atlantic City y otras ciudades.

En la película, uno de los alumnos llama la atención del profesor al resolver correctamente el “problema de Monty Hall”, llamado así por el nombre de un presentador de televisión que planteaba el problema como juego en su programa Let’s Make A Deal (Hagamos un trato).

En el juego se le presentan al participante tres puertas. Detrás de una de ellas hay un premio valioso. Por ejemplo, un auto. Detrás de cada una de las otras dos hay un premio mucho menos valioso. Por ejemplo, una cabra. El participante elige una de las puertas y se queda con lo que haya detrás de ella.

Sin embargo, luego de que el participante ha hecho su elección, el presentador abre una de las otras dos puertas y muestra que hay una cabra detrás de ella (él sabe dónde está el auto, de modo que siempre puede abrir una puerta con una cabra). A continuación le ofrece al participante cambiar su elección original por la otra puerta que quedó cerrada. ¿Debe el participante aceptar el cambio o le conviene mantener su elección original?

Quedan dos puertas y el auto puede estar detrás de cualquiera de las dos. Parecería que las probabilidades son del 50 por ciento para cada puerta y que da lo mismo mantenerse en la elección original o cambiar a la otra. Sin embargo, las probabilidades están dos contra uno a favor de que el auto esté en la otra puerta y, por lo tanto, al participante le conviene cambiar.

La forma más fácil de demostrar esto es tomar nota de todos los casos posibles y comprobar que en dos de cada tres el auto está en la otra puerta. Otra forma de verlo consiste en imaginar que una persona participa en trescientos juegos a lo largo de trescientos programas. Por causa del azar, en cien de los juegos elegirá la puerta correcta y, en los doscientos restantes, alguna de las dos incorrectas. Si en todos los casos decide cambiar su elección original, ganará el auto doscientas veces y los perderá en los cien juegos en los que había elegido la puerta correcta.

Este problema se convirtió en un clásico por su respuesta contraria a la intuición, En 1984 se lo plantearon a la periodista norteamericana Marilyn vos Savant, que conducía una columna de consultas en la revista Parade. Marilyn contestó correctamente que al participante le conviene cambiar de puerta, lo que desató una avalancha de protestas de lectores que no estaban de acuerdo, que la acusaban de desconocer las leyes de la probabilidad y de fomentar esa ignorancia en el público. Según un cálculo aproximado de la propia Vos Savant, sólo un 30 por ciento de los especialistas y un 8 por ciento del público en general la apoyaban.

Entonces Vos Savant propuso a los maestros de escuela simular el juego en sus clases y comprobar quién tenía razón. Al poco tiempo comenzaron a llegar cartas que reconocían la respuesta correcta. Sin embargo, muchos corresponsales mantuvieron las críticas y llegaron a llamar “cabra” a la periodista.

EL HOMBRE DE ACERO Y LA TABLA PERIODICA

En El hombre de acero el padre adoptivo de Superman le muestra la cápsula en la que lo encontraron siendo un bebé procedente del planeta Kriptón. Le dice que la hizo revisar por un metalúrgico y que el material de que está hecha “ni siquiera figura en la tabla periódica”.

Hay muchos materiales que no figuran en la tabla periódica, como el agua, la madera, los plásticos o el vidrio. Pero no figuran porque la tabla periódica sólo incluye los elementos químicos. Es decir, las sustancias formadas por un mismo tipo de átomos, como el hierro, el carbono o el oxígeno. El agua no figura porque es una combinación de átomos de hidrógeno y de oxígeno. La madera y los plásticos son distintas combinaciones de hidrógeno, oxígeno, carbono y algunos otros elementos. Y el vidrio es principalmente una combinación de oxígeno y silicio.

Los átomos de los elementos químicos consisten en un núcleo de cargas positivas, rodeado por una capa de cargas negativas. En la tabla periódica, los elementos químicos están ordenados según la cantidad de cargas positivas en su núcleo. Así, en el primer casillero está el hidrógeno, cuyo núcleo tiene una sola carga; en el segundo está el helio, con dos cargas en el núcleo; en el tercero, el litio, con tres. Y así sucesivamente. Teóricamente, la tabla continúa indefinidamente con átomos de cualquier cantidad de cargas en su núcleo. Pero, aproximadamente a partir de las noventa cargas, los núcleos se vuelven demasiado pesados e inestables y, tarde o temprano, emiten algunas partículas hasta convertirse en núcleos más livianos y estables.

Si pensamos en los núcleos estables, que son los únicos que podrían usarse en la construcción de una nave, sin desintegrarse, no hay elementos “que no figuren en la tabla periódica”. Si descubriéramos una sustancia, y sospecháramos que contiene un elemento desconocido, lo analizaríamos y descubriríamos que su núcleo tiene, por ejemplo, 28 cargas. Entonces buscaríamos en la tabla periódica el casillero número veintiocho y encontraríamos que ese lugar le corresponde al níquel. Dicho de otra manera, en la tabla periódica no hay huecos.

No siempre fue así. En la Antigüedad se conocían muy pocos elementos, como el oro, el hierro o el cobre. En realidad, el concepto mismo de elemento, tal como lo entendemos ahora, no existía. El agua, por ejemplo, era considerada un elemento y no una sustancia compuesta, como sabemos hoy.

Cuando, a principios del siglo XIX, se comenzó a tener una idea del átomo y del concepto de elemento químico, surgió el problema de clasificarlos. Se propusieron muchos criterios, pero el que prevaleció fue el del químico ruso Dimitri Mendeleiev.

Mendeleiev no podía clasificar los elementos por la cantidad de cargas en sus átomos porque, en su época, no se sabía nada acerca de la estructura interna del átomo. En cambio, analizó diversas propiedades como el peso específico, la temperatura de fusión o la mayor o menor facilidad con la que cada elemento se combinaba con los demás. Según estas, y otras propiedades, cada elemento ocupaba un lugar perfectamente determinado dentro de la tabla. Al revés, para cada lugar de la tabla debía haber un elemento que lo ocupara.

Pero, cuando Mendeleiev publicó su tabla en 1869, algunos de esos elementos todavía no habían sido descubiertos y por eso su tabla sí tenía huecos. Por ejemplo, el casillero número veintiuno estaba vacío, lo mismo que el treinta y uno, el treinta y dos y el cuarenta y tres.

En función de la posición que debían ocupar en la tabla, Mendeleiev dedujo las propiedades de esos elementos aún por descubrir. Cuando finalmente fueron descubiertos, se comprobó que las propiedades efectivas de esos elementos coincidían razonablemente con las predicciones de Mendeleiev. Los elementos veintiuno, treinta y uno y treinta y dos fueron descubiertos entre 1875 y 1886, cuando Mendeleiev aún vivía y pudo así comprobar la validez de su tabla periódica. El elemento cuarenta y tres fue identificado en 1937, mucho después de la muerte de Mendeleiev.

LA ULTIMA NOCHE DE LA HUMANIDAD Y LA JAULA DE FARADAY

En La última noche de la humanidad (también llamada La hora más oscura), la Tierra es invadida por extraterrestres invisibles, que se propagan a través de ondas electromagnéticas y que destruyen a los humanos y a toda forma de vida terrestre.

Un grupo de sobrevivientes se refugia en la casa de un científico. La casa está completamente enrejada. No sólo en puertas y ventanas, sino que toda la superficie interior de la casa, las paredes, el piso y el techo, está cubierta con rejas. Uno de los protagonistas explica entonces que ese enrejado es una “jaula de Faraday” que los mantiene a salvo de los extraterrestres, ya que las radiaciones no pueden penetrar el enrejado.

En principio, cualquier pared sólida, si tiene suficiente espesor y densidad, es capaz de detener en mayor o menor medida las ondas electromagnéticas. Por eso los reactores nucleares tienen blindajes de hormigón y no nos tiene que preocupar si vivimos al lado del consultorio de un dentista con equipo de rayos X. Pero en el caso de paredes metálicas aparece otro fenómeno.

Una de las propiedades que diferencian los metales de las demás sustancias es que sus electrones pueden moverse libremente a través del metal, saltando de átomo en átomo. Esta es la razón por la que los metales conducen fácilmente la electricidad. Cuando un objeto metálico es alcanzado por una onda electromagnética, sus electrones se reacomodan tratando de neutralizar los efectos de la onda. Eso hace que el campo eléctrico en el interior de una caja metálica sea nulo. Este efecto había sido observado por Benjamín Franklin en 1755. Y fue redescubierto en 1836 por Michael Faraday. Por eso se lo conoce como “caja de Faraday”.

Bajo ciertas condiciones, este efecto de blindaje se observa también en una jaula con barrotes de metal: la “jaula de Faraday”. Las ondas electromagnéticas pueden ser detenidas por un enrejado metálico dependiendo de la relación entre la longitud de la onda y el espacio entre barrotes.

Estos efectos, de “caja” y de “jaula”, se observan en múltiples situaciones cotidianas. Por ejemplo, cuando la radio del auto deja de funcionar al pasar debajo de un puente metálico. O cuando no podemos hablar por teléfono celular dentro de un ascensor. Pero no cualquier pared o reja metálica detendrá sí o sí las ondas electromagnéticas. Por ejemplo, durante una reunión con periodistas, Edward Snowden (el que reveló una maniobra de espionaje llevada adelante por Estados Unidos) los obligó a guardar sus teléfonos celulares dentro de una heladera. Snowden esperaba que la heladera funcionara como una caja de Faraday que impidiera la comunicación con el exterior por medio del celular. Pero una heladera normal puede no ser hermética a las ondas electromagnéticas. Puede hacerse la prueba dejando un celular dentro de la heladera y llamar a su número. Si se establece la comunicación, es que la heladera no funciona realmente como una caja de Faraday. Sí podemos observar el efecto envolviendo el teléfono en papel de aluminio o guardándolo dentro de una lata, como las de las galletitas danesas.

Este efecto es el mismo que pretende aplicar Mel Gibson en Señales, cuando obliga a sus hijos a llevar cascos de papel de aluminio para proteger sus cerebros de las ondas alienígenas.