Sopa de tomate, "roast beef" y pastel de arándanos


Afortunadamente hace ya unos meses que finalizaron las fiestas navideñas, época de excesos para unos pocos afortunados (cada vez menos) que tenemos la suerte de vivir en la abundancia (¡JUAS!) y de escasez y necesidades para los de siempre (cada vez más). Como no me apetece demasiado escribir nada sobre el inefable Santa Claus y tampoco sobre el PP, intentaré compensarlo con este post que ya mismo comienza aquí debajo.

Como decía, en el dichoso mes de diciembre, los que tenemos hijos pequeños, intentamos pasar más tiempo con ellos y hacerles felices a base de montones de regalos, muchas veces innecesarios, que compensen en parte el poco tiempo que les dedicamos el resto del año. Así que podéis imaginarme pegado a la televisión en una tarde fría y lluviosa viendo películas infantiles y comiendo palomitas de maíz.

Como quiero que mi hija sea una persona de provecho el día de mañana, la semana pasada le puse, astuta y ladinamente, una película de ciencia ficción infantil y aproveché para trabajar de forma camuflada fingiendo que lo hacía por ella (¡menudo padrazo que soy!). Por supuesto, la atiborré de una generosa dosis de deliciosas palomitas de maíz para hacer más creíble la situación.

Pero voy al grano. La película que vimos y disfrutamos ambos fue Charlie y la fábrica de chocolate, dirigida en 2005 por el peculiar Tim Burton (existe una versión previa de 1971, interpretada por Gene Wilder). La película, basada en un cuento publicado en 1964 por Roald Dahl, cuenta la historia de Charlie Bucket, un niño modelo que vive en una casa ruinosa en compañía de sus padres y de sus cuatro abuelos. En el pueblo existe una fábrica de chocolate, cerrada tiempo atrás cuando los secretos de las increíbles golosinas ideadas por su dueño, Willy Wonka, fueron aireados por espías infiltrados, llevándola a la quiebra. Ahora, años después, Wonka decide reabrir su factoría. Con el secreto propósito de donarla como herencia a un niño bien educado y bondadoso, decide introducir cinco billetes dorados en otras tanta chocolatinas distribuidas por el mundo entero. Los cinco afortunados pasarán un día entero visitando su fábrica de chocolate y sólo uno de ellos recibirá un regalo sorpresa: la fábrica misma.


Poco a poco, los billetes dorados comienzan a aparecer. El primero le corresponde a Augustus Gloop, un niño gordinflón y tragón con un apetito desmesurado. El segundo le cae en suerte a Veruca Salt, una mocosa malcriada por sus adinerados padres que le dan cualquier capricho que se le antoja, cueste lo que cueste. La siguiente es Violet Beauregarde, digna imagen de su madre, una competitiva niña que es campeona del mundo de mascar chicle ininterrumpidamente. En cuarto lugar aparece el boleto de Mike Teavee, todo un teleadicto y practicante empedernido de los videojuegos, sobre todo de los violentos. Por último, Charlie Bucket, que se hace con su billete al comprar una pastilla de chocolate Wonka con un billete que encuentra en la calle. En esta situación he querido ver un ligero destello de egoísmo en Charlie, quien a pesar de su pobreza, decide malgastar en chocolate el dinero en lugar de entregarlo en la oficina de objetos perdidos o, en su defecto, a sus padres.

El día fijado a la hora fijada, los cinco niños, acompañados por un pariente, acceden en compañía de Willy Wonka al interior de la fábrica de chocolate. Allí descubren un mundo increíble, rebosante de caramelos, dulces, chocolates y golosinas de todo tipo. A medida que avanza la acción, la mala educación y la falta de humildad de los niños les hacen caer en “trampas” ideadas por Willy para ir eliminándolos a todos menos a su heredero. Me voy a centrar en una de estas trampas en concreto.

En un momento de la historia, Willy Wonka les muestra a los cuatro niños que quedan (Augustus Gloop había sido succionado por una enorme aspiradora de chocolate) su increíble invento de una goma de mascar, que es capaz de sustituir a tres platos a la vez. A medida que se mastica se tiene la sensación de haber degustado, primeramente, una sopa de tomate, luego “roast beef” y, por último, un delicioso pastel de arándanos. Willy persuade a los niños para que no lo ingieran, pues aún no lo ha perfeccionado. Pero Violet no puede soportar la tentación y decide por su cuenta probar el chicle. Al principio, la sensación de los dos primeros platos es indescriptible. En cambio, al llegar al pastel de arándanos, su piel comienza a tornarse morada y su cuerpo comienza a hincharse hasta convertirse en un enorme arándano.

Bien. La física comienza aquí. ¿Es Violet un arándano viviente o una persona arandanizada? Sea como sea, esto no importa. ¿O sí? Veamos. Si Violet pesa unos 40 kilogramos antes de ingerir el chicle y después de masticarlo se hincha como una enorme pelota rellena de jugo de arándano, ¿cuál será su peso ahora? Pues, como en la película no se observa ninguna transformación masa-energía ni viceversa, cualquier científico de medio pelo diría que la masa-energía debe conservarse. Y aquí es donde viene a cuento lo de si Violet es persona o no cuando se arandaniza. Si es persona, tendrá la densidad media de una persona, que tomaré igual a la del agua, es decir, unos 1000 kilogramos por metro cúbico. La pregunta tenía trampa, pues aunque Violet fuera un arándano, su densidad seguiría siendo parecida.


Entonces, ¿qué masa debería tener ahora una persona esférica con un diámetro de 3 metros, aproximadamente? Como casi todos sabréis, la masa se puede estimar a partir del producto de la densidad por el volumen del cuerpo. Si éste es esférico, el resultado es directo y, en nuestro caso, (o mejor dicho en el de la desdichada Violet, porque yo no querría ese cuerpo ni en broma) el volumen ascendería a 14.137 litros, siendo la masa de la niña de 14.137 kilogramos, es decir, unas 14 toneladas. Recordad que un poco más arriba habíamos dado por sentado que la masa total se conservaba. Por tanto, eso hace que la masa del chicle mágico ascienda a unos nada despreciables 14.097 kilogramos. La moraleja es que Violet, además de poseer el récord mundial de masticación de chicle, debe acaparar asimismo el de levantamiento de goma masticable.

Y la cosa no acaba aquí. En efecto, si las dimensiones del chicle son de 8 cm de largo por 2 cm de ancho y 2 mm de espesor, la densidad debe ascender a 4400 millones de kilogramos por metro cúbico; unas 200.000 veces mayor que la de los elementos más densos de la tabla periódica. Realmente una goma de mascar densa de verdad. No es de extrañar que en ella se condensen los sabores de tres platos de forma simultánea. Risa me dan los zumos concentrados.


Claro que me podríais argumentar que si los niños pueden sujetar con facilidad el chicle entre sus dedos es porque tiene un peso normal y una densidad también normal, como la de cualquier arándano vulgar y corriente. En este caso, un cálculo similar al anterior en el que seguimos suponiendo que se cumple el principio de conservación de la masa-energía, nos conduce a un valor de la densidad del maltrecho y henchido de morado jugo cuerpo de Violet de unos 2,83 kilogramos por metro cúbico. Más o menos la densidad del gas butano y algo más que la del metano. No quiero ni imaginarme el olor de los pedos…



Fuente:
Adam Weiner Don't try this at home: The physics of Hollywood movies, Kaplan Publishing, 2007. 



¿Podría existir la vida en un universo sin interacción débil?

Existen cuatro interacciones fundamentales en el universo conocido: la gravitatoria, la electromagnética y las dos nucleares: la fuerte y la débil. La primera es responsable de que existan los planetas, estrellas y galaxias, por ejemplo; la segunda de que la luz del Sol llegue hasta nosotros; la tercera explica que existan los núcleos atómicos.


Actualmente, la gran mayoría de los físicos y cosmólogos creen que nuestro universo se originó en un acontecimiento singular conocido como Big Bang. Cuando se generaron los protones, las partículas con carga positiva que constituyen, junto a los neutrones, los núcleos atómicos de todos los elementos que conocemos, la cuarta de las fuerzas fundamentales aludida en el párrafo anterior, fue la responsable de que grupos de cuatro protones se fusionasen para dar lugar a núcleos de helio-4 (formados por dos protones y dos neutrones, de ahí el 4, que indica el número másico). De hecho este es el proceso mediante el que nuestra estrella madre, el Sol, produce la energía que nos llega en forma de luz y calor a la Tierra.

Resulta muy difícil imaginar un universo en el que no estuvieran presentes las cuatro fuerzas fundamentales anteriores, especialmente las tres primeras. Sin embargo, parece ser que la cuarta de ellas, la fuerza nuclear débil, no es tan restrictiva como pudiera pensarse. Al menos esto es lo que han demostrado los físicos Alejandro Jenkins y Gilad Pérez, quienes han llevado a cabo una serie de simulaciones con ordenador en las que analizan la posibilidad de la existencia de universos capaces de albergar vida en ausencia de la interacción nuclear débil. Y han llegado a unas conclusiones, cuando menos, inesperadas.

Jenkins y Pérez estimaron que si modificaban ligeramente la proporción entre la cantidad de materia y antimateria del universo podría ser posible que se generasen cantidades suficientes de deuterio (un isótopo del hidrógeno cuyo núcleo atómico está formado por un protón y un neutrón) como para que se fusionasen con otros protones (núcleos de hidrógeno ordinario) y diesen lugar a núcleos de helio-3 (con dos protones y un neutrón). Esto tendría como consecuencia la formación de estrellas ligeramente distintas a las que conocemos en nuestro universo, en el que la fuerza nuclear débil es una de las cuatro interacciones fundamentales. Dichas estrellas poseerían tamaños relativamente menores y, por lo tanto, sus temperaturas serían también inferiores, acortando su existencia hasta los 7.000 millones de años en promedio. Asimismo, debido a las menores temperaturas, los hipotéticos planetas que se encontrasen en estos sistemas estelares deberían orbitar en zonas habitables hasta seis veces más próximas que la del Sol.




La química de la vida en estos universos no presentaría excesivas diferencias con la que conocemos en la Tierra. Eso sí, la nueva tabla periódica de los elementos finalizaría prácticamente en el hierro. Los elementos pesados como el uranio o el torio no existirían, ya que al haber disponibles tan pocos neutrones (recordad que no existe fuerza nuclear débil) dichos elementos pesados, que en nuestro universo se producen principalmente en las explosiones de supernovas causadas por el colapso gravitatorio en las etapas finales de la evolución estelar, requerirían de otros mecanismos diferentes. La ausencia de uranio y torio imposibilitaría otros dos fenómenos característicos de algunos planetas del sistema solar: la tectónica de placas y la actividad volcánica.

Otras posibilidades distintas que manejaron los investigadores en las simulaciones tuvieron que ver con la modificación de las masas de los quarks que constituyen los protones y neutrones. Descubrieron, de esta manera, que en el caso de que el neutrón fuese tan sólo un 2% más pesado que el protón (en nuestro universo el neutrón es solamente un 0,1% más pesado que el protón) no existirían ni carbono ni oxígeno estables, aunque sí podrían existir tanto deuterio como tritio (el isótopo del hidrógeno cuyo núcleo se compone de un protón y dos neutrones). Planetas con océanos de agua pesada albergarían quizá alguna clase de materia orgánica.


NOTA: Un tema similar al tratado en este post se puede encontrar en la excelente novela de Isaac Asimov "Los propios dioses". Si no la habéis leído aún, ya estáis tardando.


Fuente:
Buscando vida en el multiverso Alejandro Jenkins y Gilad Pérez. Investigación y Ciencia, Temas 63, 1º trimestre 2011.




Elektra o mi reino no es de este mundo



El maestro sensei Stick teme que el poder de su mejor discípula, Elektra, tenga su origen en el odio y las ansias de venganza, por lo cual la expulsa de la benevolente orden de La Casta. Huérfana desde que su madre falleciese durante el parto y su padre fuese asesinado por el malvado Bullseye, Elektra se dedica a una profesión lucrativa: asesina a sueldo. Instruida en las artes marciales y hábil manejadora de las dagas japonesas conocidas como sai, además de estar dotada de una increíble capacidad psíquica denominada “kimagure” mediante la cual puede controlar el tiempo y percibir el futuro, reparte sangre, dolor y muerte a su paso.

Asesinada por el mismo ejecutor de su padre, es resucitada mediante las artes mágicas de La Mano, una secta maligna que intenta reclutarla para su causa. Sin saberlo, el cruel y sanguinario Kirigi, cuya única obsesión consiste en llegar a ser el mandamás de la secreta organización, Elektra es requerida para asesinar a Mark Miller y su hija Abby, pero en lugar de cumplir eficientemente su misión se encariña con ellos debido a los recuerdos de sí misma que le trae la joven Abby. Al enterarse de su fracaso, el mismo Kirigi se dispone a ejecutar el encargo, acompañado por otros tres supermalvados: Tatuaje, cuya piel es capaz de liberar físicamente las terribles criaturas con las que está decorada; Piedra, un tipo con el cuerpo en forma de armario ropero y cuya superficie tiene la capacidad de mellar y quebrar las dagas de la mujer de rojo; y Tifoidea, una mala pécora cuya ponzoñosa halitosis mata al que se encuentre a una distancia poco recomendable de la misma.




Estas breves reseñas introductorias corresponden a la película Elektra (Elektra, 2005), un buen callo recalentado, cuya visión puede ser altamente perjudicial para la salud física y mental. Concebida como un "spin-off" de la también fallida y aún más sosa Daredevil (Daredevil, 2003), no presenta como atractivo ni siquiera a su heroína protagonista, la “rostrodecementoarmado” Jennifer Garner. Un argumento vacío, hueco y únicamente consistente en ir derrotando a los cuatro malvados (por cierto, con una facilidad no inferior a la que presentaría una hormiga para un niño).

Pero hete aquí que, cuando estaba a punto de quedarme más sobá que un idem pasiego de Cantabria, una maravillosa escena resplandeció en la pantalla de mi televisor SONY de 40 pulgadas e iluminó toda la sala como para confundir al mismísimo fulgor del astro rey. En un momento concreto de la acción, Elektra se enfrenta a la apestosa Tifoidea mientras ambas deambulan jugando a la perra y la gata entre los setos de un laberinto. Y, claro, hartas de no encontrarse la una a la otra, la primera se cansa de la duración insoportable de la absurda escena y decide unilateralmente hacer uso de su capacidad de clarividencia y percepción extrasensorial. Asiendo firmemente su puntiagudo sai, lo arroja con decisión a través de las frondosas y verdes paredes de vegetación.

Extrañada por la excesiva duración de la escena y sorprendida por la (aparente) considerable distancia entre Elektra y su enemiga, pues la acción transcurre en tiempo real, es decir, el movimiento de la daga no se ve ralentizado en ningún momento, decidí tomar el cronómetro de mi reloj y medir la duración del extraordinario suceso. Resultó que habían transcurrido nada más y nada menos que 10 segundos desde que el cuchillo sale de las manos de Elektra hasta su impacto contra el rostro de Tifoidea. Para más inri, el arma viaja todo el tiempo en línea horizontal y no se percibe de ninguna manera una trayectoria pronunciadamente parabólica. Como diría el mismísimo Sherlock Holmes, lo extraordinario del caso es la aparente ausencia de algo extraordinario. Me explicaré, como siempre hacía el genial detective (¡qué exasperante falta de humildad por mi parte!) surgido de la pluma de Arthur Conan Doyle.



Efectivamente, queridos Watsons, como bien sabréis, cualquier objeto que se lance cerca de la superficie de la Tierra, sigue un movimiento cuya trayectoria corresponde a una parábola. Descomponiendo matemáticamente este movimiento en otros dos más simples, uno de ellos en la dirección horizontal que resulta ser uniforme (con velocidad constante) y el otro en la dirección vertical que resulta ser uniformemente acelerado (aceleración constante) y cuya aceleración coincide justamente con la de la gravedad terrestre, se puede caracterizar perfectamente el problema físico. Cuando se desprecia el rozamiento con el aire, se puede demostrar fácilmente mediante álgebra elemental que el camino recorrido por el objeto es justamente una parábola simétrica. Si el punto desde el que se arroja el cuerpo está en la misma cota horizontal que el punto de destino, la distancia entre ellos, denominada alcance, depende de la velocidad inicial dada y del ángulo de inclinación de la misma con respecto a la horizontal. Así, a medida que se va aumentando dicha inclinación, el alcance se incrementa en consecuencia hasta llegar a un ángulo de 45º, a partir del cual vuelve a disminuir. Algo similar sucede con la altura máxima del lanzamiento (el vértice de la parábola), salvo que en este caso, el valor más grande se obtiene cuando el ángulo de inclinación del lanzamiento es de 90º, es decir, cuando arrojamos el objeto verticalmente hacia arriba.


Pero vayamos nuevamente a la escena de la película. Supongamos que el feroz lanzamiento de Elektra es horizontal, como haríamos cualquiera de nosotros. A nadie que sea medianamente normal se le ocurriría arrojar el cuchillo hacia arriba, para acertar con el blanco en la trayectoria descendente. A no ser que hubiera una enorme distancia entre vosotros y el objetivo. Para arrojar el arma casi sin inclinación, como parece ejecutar nuestra heroína, deberíais hacer uso de una fuerza descomunal y proporcionar una considerable velocidad inicial al proyectil. A pesar de ello, deberíais hacer frente a la gravedad. Ésta es tan puñetera que siempre está tirando hacia abajo, de tal forma que si el lanzamiento es puramente horizontal, es decir, con un ángulo de 0º, entonces el origen y el blanco nunca pueden encontrarse a la misma altura, teniendo que estar el segundo siempre por debajo del primero. Y aquí viene lo llamativo, ya que si la daga de Elektra viaja durante 10 segundos, en ese tiempo ha tenido que descender forzosamente unos 500 metros. Se requiere algo más que una buena puntería y, además, no es lo que se observa en la escena de la película, donde el laberinto parece ser bastante horizontal.

Démosle el beneficio de la duda a la enigmática dama de rojo y supongamos que arroja el sai con una pequeña inclinación, digamos unos 5º, y que su mortal enemiga se encuentra a la misma altura vertical que ella. En este caso, las ecuaciones nos dicen, sin lugar a dudas, que la velocidad con la que la daga tiene que abandonar el poderoso brazo de Elektra debe ascender a 2066 km/h. Y no queda ahí la cosa ya que, entretanto, las mismas ecuaciones nos cuentan que Tifoidea tiene que encontrarse a más de 5700 metros de distancia. Entretanto, la daga ascendería hasta los 125 metros de altura, para luego caer directa al rostro de la apestosa. Este no parece ser tampoco el caso reflejado en la película. Habrá que intentar otra hipótesis.

Una consecuencia llamativa que presenta el análisis físico de la situación es que, una vez fijado el tiempo de vuelo del proyectil, inmediatamente queda establecida la altura que alcanza. Esto significa que, aunque modifiquemos la velocidad inicial y el ángulo de lanzamiento, la altura máxima siempre será la misma. Los 125 metros anteriores son inamovibles. Incluso para un ángulo tan grande como 30º, la velocidad imprimida debería ascender hasta los 360 km/h, teniendo que estar Tifoidea a 866 metros de distancia. Podemos, pues, desechar todos estos casos, ya que en la película se ve en todo momento la daga atravesando los setos laberínticos y éstos no es probable que presenten alturas superiores a los 3-4 metros.


¿Cuál es la solución, pues, al enigma? Acudamos, de nuevo, al inefable Sherlock Holmes, recordando una de sus frases más célebres: “cuando has eliminado todo lo demás, lo que queda, por improbable que parezca, será la verdad”. Aplicaré esta máxima al caso que nos ocupa.


Repasemos nuestras pistas. Sabemos que la daga mortal tarda 10 segundos en alcanzar el objetivo. El lanzamiento es ligeramente inclinado, con un ángulo no por encima de los 5º. La altura que alcanza no parece ser superior a un metro. Si contemplamos el problema desde una perspectiva global y sin prejuicios y acudimos una vez más a las ecuaciones, se pueden obtener unos valores bastante razonables. En efecto, la velocidad debe ser ahora de tan sólo 1,65 km/h y la distancia entre Elektra y Tifoidea de 46 metros. ¿Bastante convincente, no? ¿Cómo he llegado a esta conclusión? Pues, sencillamente, alterando el valor de la aceleración de la gravedad. Para que la escena tenga sentido, ésta debería ser de unos 0,0008 m/s2, unas 12250+ veces menor que la terrestre. O se ha rodado en algún asteroide o la física no puede explicar lo sucedido. ¡Elemental!