Luz, fuerzas y asombro

En el mundo actual, saturado de información y de avances científicos y tecnológicos, con realidades tan diferentes ¿qué nos puede interesar de la ciencia y qué valores nos transmite? ¿Puede la ciencia ser una fuente de inspiración en nuestras vidas? ¿Podría ser acaso la búsqueda del asombro, además de la búsqueda de soluciones, un valor de la ciencia digno de considerar en la sociedad como elemento de pertenencia, de crecimiento, de confianza mutua, de fortalecimiento? ¿Podría ser este asombro una verdadera motivación de nuestras acciones?

Creo que típicamente asociamos a la ciencia con avances tecnológicos o soluciones a nuestra vida, ya sea en salud, transporte, comunicaciones, seguridad, confort, etc. Pero estos progresos a veces no nos llegan a todos como para ser valorados. Te propongo otro aporte de la ciencia, un valor, aunque puede aparecer en la vida cotidiana: el asombro. Estoy convencido de que existen “motivos de asombro” que son los que nos hacen progresar en la vida. Nos dan una calidad de vida mejor; nos hacen evolucionar.

Es mi deseo el de compartir esta felicidad (el asombro constante) que naturalmente existe en el descubrir e inventar. Transmitir el funcionamiento de la naturaleza y sus modos perfectos de innovar, de resolver “inconvenientes” o adaptarse a situaciones. Como trabajo en teoría sobre la luz quiero mostrarte, a modo de ilustración, algunos pequeños ejemplos que me asombran y me motivan. Procuré tomar algunos de la misma naturaleza, para que no pienses que lo que te cuento es ciencia ficción, o que es ajeno a vos. Creo que la naturaleza nos enseña formas impensadas de afrontar soluciones a los problemas diarios que queremos resolver. Tomando consciencia de su magnitud, nos ayuda a ver un problema como un desafío, una aventura.

¿Conocés o has imaginado alguna vez que la luz puede ejercer fuerza sobre los objetos? Sí, y los cometas son un ejemplo natural de esto. Sus colas se componen de gas y polvo. Cuando un cometa pasa cerca del sol su cola se separa en dos visibles partes (ver figura 1), porque la luz de sol ejerce fuerza suficiente sólo sobre las partículas que forman el gas [1]. Esta fuerza de la luz se llama por lógica presión de radiación, y es como un pequeño “soplido” de la luz sobre los objetos.

Figura 1: Imagen de un cometa cuya cola es influenciada por las fuerzas ejercidas por la luz (tomada de [2]).

En determinadas situaciones, la luz no solo “sopla” objetos, sino que los atrapa en determinadas regiones del espacio. Esto se llamada atrapamiento óptico; se hace con algunos láseres especiales (ver figura 2).

 

Figura 2: Atrapamiento de una levadura (objeto con forma de lombriz con halo brillante alrededor) mediante un láser. Este hongo se puede manipular sin daño a voluntad controlando el láser. Se puede trasladar o rotar sin interferir con ningún otro objeto de los que se aprecian en la imagen (microfotografía tomada de [3]).

Todas estas fuerzas suelen ser apreciables cuando los objetos son muy pequeños como las células, micropartículas (ver figura 3), nanopartículas, (I) etc. Algunos objetos de este tipo, cuando son iluminados por luz y están muy cerca entre sí, se ejercen fuerzas entre ellos. Se podría decir que la luz estimula las partículas y las hace comunicarse mediante ondas electromagnéticas (ondas de luz) y reaccionar entre sí. Y no solo eso, en 1990 un científico americano llamado Michael Burns concibió, observando que micropartículas se unían ante la presencia de luz, una nueva organización de materia que denominó materia óptica.

Figura 3: Ejemplo de micropartícula: grano de Polen (imagen tomada de  [4])

La materia óptica, al igual que la materia ordinaria que nos forma y nos rodea, es sólo una organización de objetos. En la materia ordinaria estos objetos son átomos que se mantienen unidos por fuerzas eléctricas. En la materia óptica los objetos son pequeñísimas porciones de metal, vidrio u otro material típico, pero unidos por fuerzas ópticas, o fuerzas inducidas por luz circundante. De manera que no se trata de fuerzas eléctricas, porque las partículas no poseen carga eléctrica. De hecho, como la luz puede además ejercer fuerzas de repulsión entre los objetos, se deben buscar las “condiciones adecuadas” para ensamblar una estructura de luz que se mantenga unida al transcurrir el tiempo (véase figura 4 como ejemplo).

Figura 4: Imagen alusiva del proyector “holográfico” imaginado en la película Star Wars (tomada de [5]). Análogamente, se puede pensar en la imagen de la nave proyectada no como tal sino como una estructura real formada por materia óptica, o un conjunto de micro o nanopartículas “sujetas” por luz.

En el mundo de las pequeñas escalas, la luz que rodea a objetos se comporta muy diferente a lo que se conoce en la escala macroscópica que percibimos. (II) Un ejemplo que nos brinda la naturaleza es el del pulpo mimético (mimicus del thaumoctopus del Mar Rojo [6]), ver figura 5.

Figura 5: Pulpo mimético (fotografía tomada de [6]). La naturaleza hace uso de las propiedades de la luz es escala micrométrica; este pulpo ha evolucionado para sobrevivir y mimetizarse con el medio en donde vive.

A partir del comportamiento de la luz en la escala micrométrica es que se ha descubierto la invisibilidad de objetos [7]. Sir John Pendry [7] ha concebido el diseño de materiales nuevos, a través de los cuales y bajo determinadas condiciones la luz puede curvarse y pasar alrededor de objetos como un río fluye alrededor de un barco. Si la luz pasa de esta manera a un objeto, se producen muy pocas reflexiones y absorciones de luz debidas a él que lo hagan opaco (o “detectable”) desde algún punto de referencia. Entonces el objeto se torna “invisible”, no puede ser “visto” porque la luz solo lo envuelve pero no interacciona con él.

Aquí mi pregunta es ¿has conseguido asombrarte? Probablemente dirás ¿Y a mi qué? ¿En qué cambia mi vida todo esto? Creo que simplemente debemos buscar lo que nos asombre porque le dá un valor y una conciencia diferente a nuestra vida.

Notas:

I. Micropartículas: Partículas pequeñisimas, de tamaño aproximadamente 0.001 milímetros (milésima de milímetro).
Nanopartículas: partículas ultrapequeñas, de tamaño 0.000001 milímetros (millonésima de milímetro).

II. Podemos considerar esta escala como la del centímetro o metro de longitud.

Referencias:

[1]- http://www.nasa.gov/audience/forstudents/nasaandyou/home/comets_bkgd_sp.html

[2]http://curiosidades.batanga.com/5395/cual-es-la-diferencia-entre-cometas-y-asteroides

[3]https://www.youtube.com/watch?v=oynsLMm6Gzc

[4]http://es.wikipedia.org/wiki/Polen

[5]http://starwars.wikia.com/wiki/Imagecaster

[6]http://es.dreamstime.com/foto-de-archivo-pulpo-mimético-mimicus-del-thaumoctopus-en-el-mar-rojo-image24040810

[7]http://en.wikipedia.org/wiki/John_Pendry

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