Sobre la casi perfecta circularidad de la apenas elíptica órbita terrestre.

Hace cuatro mil seiscientos millones de años, a consecuencia de un colapso gravitacional en el seno de una gran nube molecular situada a unos veintisiete mil años luz del centro de La Vía Láctea, se formó una estrella de tipo G y luminosidad V; una enana amarilla en cuyo tercer planeta, amparada por su cálida radiación, logró surgir la vida. Por supuesto hablamos de *El Sol* nuestro astro rey. 

Una pequeña parte de los elementos químicos existentes en aquella primigenia nube molecular escaparon al colapso estelar y se congregaron formando un delgado y extenso disco de materia, que siguió girando sin cesar alrededor del Sol y que poco a poco se fue fragmentando en varios segmentos que, a su vez, fueron colapsando sobre sus núcleos hasta formar los ocho planetas principales con sus respectivos satélites y todos los demás cuerpos astronómicos que hoy pululan a lo largo y ancho de nuestro Sistema Solar. 

La Tierra, el planeta que habitamos, gira desde entonces, incansable, alrededor del Sol a una distancia media de casi ciento cincuenta millones de kilómetros de él, a lo largo de una órbita levemente elíptica de más de novecientos millones de kilómetros de longitud. Y, a pesar de que la inmensa mayoría de los libros de texto y/o divulgación científica insistan en representar dicha órbita en forma de desproporcionada elipse, en realidad, esta es casi circular. La excentricidad de su elipse varía (a consecuencia de la influencia de los demás planetas y otros factores) entre un máximo de 0,058 y un mínimo de 0,005 (siendo 0,000 la excentricidad de un círculo perfecto y 1,000 la de una elipse). 

En la actualidad la excentricidad de la órbita terrestre es de aproximadamente 0,017 (y aún seguirá decreciendo durante milenios), es decir, en este momento nuestro planeta aumenta (afelio) y disminuye (perihelio) su distancia al Sol ( de unos ciento cuarenta y nueve millones y medio de kilómetros de media) en tan solo un 1,7 por ciento.

Para haceros mejor la idea de tan insignificante excentricidad observad una moneda de un euro, cuyo diámetro mide 23,25 mm de media. La excentricidad equivalente de la órbita terrestre aplicada al diámetro de la moneda de euro corresponde a una variación de menos de 0,5 milímetros en su diámetro medio. Una irregularidad casi inapreciable a simple vista. Igual de inapreciable que nos parecería la excentricidad de la órbita terrestre si observásemos nuestro sistema solar desde cualquier lugar alejado del Cosmos. 

Por eso, a partir de ahora, cuando veáis representaciones del Sistema Solar, recordad que (además de que por supuesto las ilustraciones no estarán dibujadas a escala, pues no cabrían en una hoja de papel de tamaño usual) la órbita que la Tierra traza alrededor del Sol es casi una circunferencia perfecta, no una elipse exagerada, como nos quieren hacer creer.

¿Qué es un ordenador cuántico? Segunda Parte

La palabra ‘cuántico’ fue introducida en las Ciencias Físicas en el transcurso del año 1900 por el prestigioso físico alemán,  doctorado en la Universidad de Munich, Max Planck.

Planck, ya entonces, fue capaz de resolver lo que los científicos denominaban “la catástrofe ultravioleta”; un problema de la Física de su época; un fallo del que adolecía la teoría clásica del electromagnetismo cuando se intentaba explicar la emisión electromagnética. Pues esta predecía, según la fórmula de Rayleigh-Jeans, que las emisiones de energía a altas frecuencias (en el rango de la luz ultravioleta) debían aportar una cantidad total de energía radiada infinita, algo completamente imposible según los postulados de la conservación de la energía.

Planck intuyó la solución y resolvió aquel problema al postular que la energía no es continua sino que se propaga en cantidades indivisibles elementales, a las que él denominó “quantas” (cuantos), de ahí el nombre actual de la Física de Cuantos o Física Cuántica.

Hoy es bien conocido el hecho de que toda la radiación del espectro electromagnético (la luz que es visible a nuestros ojos y también la que es invisible para nosotros; que abarca desde las microondas hasta los rayos gamma pasando por el infrarrojo, la luz visible, el ultravioleta, etc.) está hecha de aquellos pequeños paquetes o cuantos de energía que postuló Planck, a los que Einstein bautizó como fotones.

Pero antes de “meternos en harina” con el ordenador cuántico, hagamos una breve y simplificada descripción de la historia de nuestro Universo, para comprender algo más sobre los átomos, su formación y su funcionamiento.

Hace más de trece mil millones de años, algún tiempo después de que tuviese lugar el Big-Bang y gracias al surgimiento del espacio y el tiempo, la sopa primigenia de quarks y gluones comenzó a expandirse y a enfriarse, y por tanto a condensarse, formando ínfimos grumos de materia, a los que hoy llamamos protones y electrones. Algún tiempo después surgió la Fuerza Electromagnética y cada protón atrajo a un electrón, formándose así los átomos primigenios de hidrógeno. Con el paso del tiempo, sutil y lentamente, la expansión espacial y fuerza de la Gravedad fueron haciendo que los átomos de aquel gas prístino de hidrógeno disperso se fuesen amontonando unos sobre otros al caer en el interior de las leves depresiones del tejido espacio-temporal, aquellos pequeñísimos amasijos de hidrógeno, al aumentar su masa y por tanto su peso, hollaban cada vez más el recién inaugurado espacio-tiempo provocando que las depresiones se fuesen haciendo mayores conforme más y más átomos de hidrógeno caían en su interior. De esta forma, en el interior de aquellas gigantescas depresiones, se formaron las primeras estrellas, gigantescos sacos de átomos cuyo peso fabuloso presionaba más y más y comprimía a los átomos más internos, venciendo incluso la enorme fuerza de repulsión existente entre protones, hasta conseguir que los núcleos de aquellos átomos prístinos se viesen obligados a albergar dos protones en vez de uno solo, y después tres, cuatro, cinco, seis, siete… y hasta veintiséis en la primera fase, formándose de esta manera consecutiva los nuevos y hasta entonces desconocidos elementos: Helio, Litio, Berilio… hasta el hierro. Llegados a este punto de presión en el interior de las estrellas los protones se acercaron unos a otros hasta el límite y la Fuerza Nuclear Fuerte se liberó venciendo a la Fuerza de la Gravedad, y aquellas estrellas explotaron expandiendo los nuevos elementos que se habían formado en su seno por todo el Universo…

La historia de la génesis estelar continúa en otras fases hasta alcanzar la formación del Uranio, el elemento más pesado de la naturaleza (con 92 protones, 92 electrones y entre 142 y 146 neutrones por átomo), pero nosotros vamos a detenernos aquí, pues lo que queríamos explicar era cómo de protones y electrones individuales se formaron los átomos de los elementos químicos que hoy encontramos en la naturaleza.

Todos los átomos contienen entre uno (hidrógeno) y noventa y dos protones (Uranio) en el interior de sus núcleos y también algunos neutrones que sirven para compensar la repulsión eléctrica entre los protones y procurar la estabilidad de los mismos.

A cada átomo lo rodean tantos electrones como protones existan en su núcleo. Un átomo de oro, por ejemplo, que cuenta con 79 protones, es orbitado por otros tantos electrones que se agitan a su alrededor distribuidos en seis niveles distintos de energía. Cuando un electrón recibe un cuanto de energía o, lo que es lo mismo, es golpeado por un fotón, salta a una órbita más energética. Después, el electrón energizado por el fotón exterior, que ahora se encuentra en una nueva órbita que por ser inducida es inestable para él, volverá a su antigua órbita en cualquier momento, devolviendo aquella energía que se le entregó, en forma de un nuevo fotón que será emitido hacia el exterior del átomo.

La ubicación de los electrones en los átomos, también, como la propia energía, está cuantizada, es decir, los electrones no pueden residir a cualquier distancia del núcleo atómico, sino solo y exclusivamente en ciertos niveles. Podríamos compararlo con los niveles de los edificios en los que residimos las personas; un individuo sólo puede residir en un piso situado en una planta determinada, en la primera, en la segunda, en la tercera…, pero no en la primera y media, o en la segunda y tres cuartos… Por otra parte en cada planta de cualquier edificio de viviendas hay un número determinado de pisos por planta, y también alrededor del núcleo atómico hay un determinado número de huecos, o localizaciones, donde pueden vivir los electrones, dentro de cada órbita o nivel energético.

Pues bien, aprovechando estas y otras propiedades de los átomos y los electrones, los científicos que en la actualidad se dedican a elucubrar cómo se podría construir un ordenador cuántico se afanan por hallar la manera de llevar esta propuesta a la práctica para construir una de esas máquinas futuristas que revolucionaran a la humanidad en un futuro no muy lejano: Los ordenadores cuánticos.

Cuando ya explicamos en el post anterior, en la actualidad podemos hacer cálculos muy complejos y sumamente veloces en cualquier ordenador personal o profesional simplemente convirtiendo los datos con los que queremos operar a numeración binaria, es decir usando “ceros” y “unos” y operando con álgebra binaria. Pero imaginad si pudiésemos utilizar otro tipo de numeración en la que (a diferencia de la binaria que solo dispone de dos estados) cada dígito pudiese tener tres, cuatro, diez (como nuestro sistema de numeración decimal) o incluso cien… o más estados diferentes. La potencia de cálculo de las máquinas que fuesen capaces de realizar cálculos utilizando dicha notación se multiplicaría por un factor casi infinito.

Quizás esto podría conseguirse pronto si aprendemos a utilizar ciertos átomos para computar nuestros datos utilizando la información de los estados y niveles energéticos de sus electrones. Un átomo mediano puede albergar en su interior muchísimos estados diferentes a la vez, entonces, en vez de usar como se hace ahora una celda de memoria de silicio que puede albergar en su seno dos datos (un uno o un cero), podríamos utilizar bytes de ocho, dieciséis, treinta y dos, o más átomos y entonces cada byte sería en realidad como un pequeño ordenador atómico. Un solo byte de ocho Q-bits (bit cuánticos) sería casi tan poderoso como cualquier laptop básico de los usados en la actualidad, y si pudiésemos Implementar en una sola máquina cientos de esos bytes de tan solo ocho Q-bits cada uno… Imaginad la potencia de esa (aún hipotética) máquina. Ese es el sueño de quienes investigan hoy para hacer realidad el ordenador cuántico.

Otros científicos, en vez de desarrollar Q-bits con átomos completos, abogan por crear Q-bits con electrones individuales, atrapados en trampas de superconductores o de otro tipo. Ellos estudian la posibilidad de manipular a voluntad las propiedades de los electrones atrapados codificando sus estados como bits cuánticos.

Existen otros planteamientos diferentes sobre cómo deben ser los Q-bits y otros planteamientos de como deben operar. En realidad aún no se han puesto completamente de acuerdo los científicos en cómo deben ser y cómo deben operar los Q-bits y, en general, los ordenadores cuánticos, pero uno de estos días alguien dará por fin con una solución factible y entonces comenzarán a fabricarse y a perfeccionarse. 

Por otra parte, paralelamente y siempre pendientes de los últimos avances en la consecución de Q-bits operativos, multitud de ingenieros informáticos, programadores, físicos y matemáticos se afanan en construir los algoritmos que deberán ser la base de la programación que correrá en esos poderosos ordenadores, para que sean capaces de desplegar toda su potencia de cálculo y trasportar a la humanidad a una nueva era tecnológica.

¿Qué es un ordenador cuántico? Primera parte

Un ordenador, también llamado computador o computadora, es, como bien lo define wikipedia, una máquina electrónica que recibe y procesa datos para convertirlos en información conveniente y útil.

Pero esos datos, para cualquier ordenador, son en realidad números. Los ordenadores no entienden de literatura, ni de física, ni de música…, ni siquiera de matemáticas entienden. Ellos sólo entienden y manejan números, números muy grandes - eso sí -, números formados por muchas cifras y con muchos decimales.

Por otra parte al ordenador le suministramos información a través de “sus sentidos”, así como nosotros percibimos el mundo exterior a través de la vista, el oído, el gusto, el olfato o el tacto, el ordenador percibe sus datos a través del teclado, el lápiz óptico, el ratón, etc. Y se expresa mediante el monitor, la pantalla, los altavoces, etc.

Cuando tecleamos, por ejemplo, nuestro nombre sobre el teclado, al pulsar cada una de las letras y espacios lo que estamos haciendo es indicar a la computadora una secuencia de números (cada tecla, al ser pulsada, cortocircuita dos de las patitas de un pequeño circuito integrado, mediante la matriz de cables desnudos de cobre existente bajo las teclas de plástico). 

De igual modo cuando el ordenador nos quiere indicar un resultado, o simplemente escribir en la pantalla un pasaje del Quijote para nosotros, lo que hace es justamente lo contrario (en este caso envía señales eléctricas a algunos de los cables de cobre que se cruzan tras la superficie de la pantalla del monitor en pequeñas celdas que al recibir tensión se iluminan). Así, cada una de las celdas, en las que confluyan los pares de señales que el ordenador envió, se iluminarán para formar un pixel de imagen, que junto con otros muchos píxeles, o celdas iluminadas, conformarán y trazarán las imágenes visibles (en este caso las letras y palabras del párrafo mencionado).

Pero los números con los que el ordenador lo hace todo (desde escribir una poesía a realizar un complicado cálculo matemático, pasando por dibujar el esquema de una máquina, colorear una imagen o reproducir una canción, entre otros miles de cosas) no funcionan como los que usamos nosotros de forma cotidiana. Nosotros utilizamos diez dígitos, del cero al nueve, para representar cualquier cantidad posible, el ordenador, en cambio, sólo utiliza dos: el cero y el uno. 

Y es que con solo esos dos caracteres (cero o uno, blanco o negro, encendido o apagado, alto o bajo, con tensión o sin tensión…) se puede escribir cualquier número. 

Veamos un ejemplo:

Si yo quiero escribir el número 8, utilizando solo ceros y unos, puedo escribirlo así: 1000 (un uno seguido de tres ceros). 

El dígito más a la derecha vale 'uno' si está en 1 y 'cero' si está en 0. 

El segundo dígito vale 'dos' si está en 1 y 'cero' si está en 0.

El tercer dígito vale 'cuatro' si está en 1 y 'cero' si está en 0.

El cuarto dígito vale 'ocho' si está en 1 y 'cero' si está en 0. 

Por tanto el ocho se escribe encendiendo solo el cuarto dígito, comenzando a contar desde la derecha hacia la izquierda.

Para escribir el seis, por ejemplo, encendemos el tercer dígito (que vale cuatro) y el segundo (que vale dos), manteniendo los otros dos apagados, es decir 0110. 

Y para el siete encendemos el primero, el segundo y el tercero: 0111.

Si en vez de usar solo cuatro dígitos usamos 8, 16, 32, 64, 128... imaginad los números extensísimos que podemos llegar a representar, porque cada dígito que añadimos por la izquierda valdrá el doble que el que le precede.

Por ejemplo el número 15, en binario, sería 1111, para continuar con números más grandes añadimos dígitos. Así:

El 16   se escribe                0 0 0 1  0 0 0 0
El 32   se escribe                0 0 1 0  0 0 0 0
El 64   se escribe                0 1 0 0  0 0 0 0
El 65   se escribe                0 1 0 0  0 0 0 1
El 127 se escribe                0 1 1 1  1 1 1 1
El 255 se escribe                1 1 1 1  1 1 1 1
El 256 se escribe    0 0 0 1  0 0 0 0  0 0 0 0

De esta forma podemos ir aumentando dígitos hasta el infinito para conseguir cada vez números más grandes. La única limitación para seguir implementando dígitos es el espacio de almacenamiento que necesitamos, que aumentará conforme se haga más grande el número.

Como os decía al principio los números se pueden convertir en cualquier cosa, en letras por ejemplo, si a cada letra le asignamos un número específico.
Podemos empezar asignando a la “a” el “1”, y así hasta la “z” a la que asignamos el número “27”, luego volvemos a recorrer el abecedario desde la “A” a la que le asignamos el “28” y numeramos todas las mayúsculas hasta la “Z”, después asignamos número a los dígrafos: ch / ll / gu / qu / rr, también a cada uno de los signos de puntuación, etc., etc., etc.

Es evidente que para escribir la palabra “Casa”, al ordenador, para que nos entienda, tenemos que decirle que lo que vamos a escribir es una palabra, y luego deletrearle la palabra en cuestión. En vez de “Casa” le decimos: “30-01-20-01” (el 30 es "C" mayúscula, el 1 es "a" minúscula, el 20 "s" minúscula y el 1 es "a" minúscula) que en binario sería: 

00011110-00000001-00010100-00000001

Porque: 

DECIMAL            BINARIO

30 --> 0 0 0 1 1 1 1 0
01 --> 0 0 0 0 0 0 0 1
20 --> 0 0 0 1 0 1 0 0
01 --> 0 0 0 0 0 0 0 1

Así que nuestra palabra simple de cuatro letras para que el ordenador la entienda hay que convertirla a un número de 32 dígitos. Y así sucede para cualquier otro dato que queramos introducir al ordenador.
Imaginaos por ejemplo para escribir las obras completas de Cervantes, la cantidad de dígitos que se necesitan. 

Todos estos números se almacenan, en el interior de los ordenadores, en una especie de estanterías electrónicas a las que llamamos memorias. Una memoria de ordenador no es más que una pila de baldas con 8, 16, 32, 64… casilleros cada una.

Para almacenar nuestra palabra: “Casa” en una memoria digital, basta con poner una marca en cada una de las casillas que queremos que valga uno y no hacer nada en las demás. 

Así en la primera de las baldas, de nuestra estantería-memoria de treinta dos casilleros, tendríamos:

  0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1

          _ _ _ X X X X _ _ _ _ _ _ _ _ X _ _  _ X _ X _ _ _ _ _ _ _ _ _ X

Con esas ocho celdas activadas (con tensión eléctrica) hemos escrito 'Casa' en la primera balda de nuestra memoria, y a esa balda en concreto le asignamos una dirección (la 00000111 por ejemplo) para que cuando queramos recuperar nuestra palabra solo tengamos que indicársela a la computadora y ella, automáticamente, después de leer los números en el casillero direccionado, envíe los datos a la pantalla en forma de números que encederán los píxeles necesarios para mostrar la palabra [Casa] en el display. 

De esta forma tan simple, con estanterías de datos (memorias) muy grandes (de muchas baldas apiladas, y muchos casilleros por balda), podemos guardar grandes cantidades de números (que representarán todo aquello que nosotros queramos codificar) que luego podemos recuperar cuando queramos para mostrarlos o para operar con ellos.

En realidad las memorias son circuitos electrónicos que, en vez de marcas o unos y ceros, lo que almacenan son niveles de tensión. Es tan simple como enviar y mantener 5 voltios de tensión, aplicados a las celdas del circuito integrado (memoria) que queremos que valgan 1, y no enviar nada, manteniendo esas otras por tanto a cero voltios, a las celdas que deben contener el valor 0.

No vamos a profundizar más en el ordenador clásico, pues sería preciso escribir varios libros para poderlo hacerlo seria y pormenorizadamente, pero creo que con lo expuesto hasta aquí se entiende básicamente su funcionamiento y es más que suficiente para ingresar en la segunda parte: en “lo cuántico”.

...Y ¿qué es cuántico?... Qué significa en realidad esta bonita palabra que suena a magia y que utilizan sin mesura y sin pudor todos aquellos que quieren “impresionar” al resto de los mortales intentando explicar lo que aún es inexplicable para la ciencia. 

Bueno… voy a intentar explicároslo como lo entiendo yo, sin magia ni meigas, pero esto será en una segunda entrega, pues esta ya se ha alargado en demasía. Os prometo que en unos días os sigo contando cosas sobre el intrigante ordenador cuántico. Hasta entonces gigasaludos y terabytes de gracias a todos y cada uno de mis apreciados lectores.

Jeroglíficos L

Neutrinos

Fuente: Wikipedia

Los neutrinos, después de los fotones, son las partículas más abundantes de todas las conocidas en nuestro Universo. Son partículas fundamentales, sin carga eléctrica y, aunque surgen y se propagan en las interacciones de la Fuerza Nuclear Débil mediante bosones W y Z, se crean, no obstante, en el ámbito exclusivo en el que domina la Fuerza Nuclear Fuerte, es decir, en el interior de los nucleones; donde residen quarks y gluones. Por esta razón, siempre que en un átomo se desintegra un neutrón, se produce un neutrino.