Entrades amb l'etiqueta ‘copèrnic’

El cel, els globus i els engolidors

divendres, 1/09/2017

Quan puc, que no és sovint, m’agrada escollir una nit clara i sense lluna per anar a la muntanya, lluny de la contaminació lumínica, a mirar els estels. És ben fàcil. Només cal jeure a terra, embolicar-se amb una manta, i ja estem en condicions de començar a gaudir d’un espectacle que és quasi insòlit, en aquest segle de la llum: el que ens mostren, cada nit a la foscor, bilions d’estels. Nosaltres, si anem sense binocles o telescopi, només en podrem veure uns quants milers, però amb l’avantatge de poder contemplar, de cop, quasi la meitat de l’Univers. El que he de reconèixer és que, quan ho faig, al cap d’una estona m’envaeix sovint una estranya sensació de vertigen. Tinc la impressió de he de caure cap al cel i que sóc xuclat pels estels. És llavors quan la immensitat de l’espai i la quasi eternitat dels estels em parlen de la meva insignificança.

El cel és font de coneixement i de dubtes. És un immens espai de secrets, que poc a poc anem desvetllant. Els antics pensaven que els estels eren llums, tots penjats d’una gran esfera celeste centrada a la Terra. Després vam saber que no érem al centre, i que el Sol era un estel com milions d’altres, però més aviat petit. Sabem que alguns estels són molt més lluny que altres, i que certs punts brillants del cel que ens semblen estels són de fet galàxies amb milions d’estels. Només a Laniakea, l’immens grup local de galàxies on ens trobem, sabem que hi ha aproximadament cinquanta mil bilions d’estels, agrupats en més de 100.000 galàxies com la nostra, algunes d’elles formant cúmuls com els de Virgo, Hidra i Centaure. Ara bé, des de fa 92 anys en sabem molt més i a la vegada tenim moltes més preguntes sense resposta. Fa 92 anys vam descobrir que l’Univers es troba en contínua expansió, com si els estels fossin puntets en un globus que anem inflant. Totes les galàxies s’allunyen de nosaltres, i nosaltres ens anem separant d’elles. Però això no és tot. Després vam veure, amb gran desconcert, que l’expansió s’accelera: tot se’n va, i cada cop se’n va més ràpid. Quin és el motor d’aquesta acceleració? Aquesta és la gran pregunta de la cosmologia actual. La principal conjectura ens parla de l’anomenada matèria fosca, una matèria que no hauríem pogut encara detectar i que seria la que contraresta l’atracció gravitatòria i acaba accelerant l’expansió. Però fa poc s’ha publicat una altra possible explicació, elegant i geomètrica. A continuació en teniu alguns detalls.

Abans de Copèrnic, Kepler i Galileu, eren pocs els que entenien alguna cosa sobre la forma i estructura de la Terra i el cel. Els grecs es van interessar per la geometria, que com sabem significa mesura de la Terra. Alguns d’ells, com Eratòstenes, van preparar i fer experiments d’una elegància indiscutible per a mesurar la Terra. Els càlculs d’Eratòstenes van ser els més precisos del món antic, amb un error en el radi de la Terra que oscil·la entre en 1% i un 17% en funció de si va usar l’estadi egipci o l’àtic com unitat de mesura. Però la majoria de gent ho va oblidar i durant molt temps es va desentendre de la geo-metria. De fet, la pràctica totalitat dels europeus de fa mil anys desconeixien les troballes dels grecs, i estaven ben segurs que la Terra era plana.

Amb el cel va passar el mateix que amb el nostre planeta. El tractat de l’esfera de Joan de Sacrobosco, un dels llibres més divulgats entre els segles XIII i XV, deia que la Terra era una esfera situada en el centre d’una altra esfera molt més gran amb totes els estels fixes, mentre que el Sol, la Lluna i els planetes es movien en esferes intermèdies. Després, Kepler ens va treure una primera vena dels ulls i ens va explicar que la Lluna girava al voltant de la Terra i que tots els planetes, inclosos nosaltres, giràvem al voltant del Sol. Però van haver d’esperar fins 1838 (fa només 180 anys) per a que Friederich Wilhelm Bessel ens ajudés a treure la segona vena, poguéssim començar a calcular les distàncies que ens separen dels estels més propers i féssim els primers mapes que ens mostren l’estructura del cel (vegeu la nota al final). Quan la geografia ja havia assolit la majoria d’edat, Bessel ens va obrir la porta de cosmografia i, si em permeteu, de la cosmometria.

El cel, però, és una veritable capsa de sorpreses. Quan mirem els estels a la nit, estem mirant el passat, perquè veiem la llum que ens arriba després de viatjar molts anys per l’espai. Si tenim la sort d’observar l’explosió d’una supernova que sabem que es troba a 1000 anys llum, és evident que va explotar fa mil anys, en els temps del comte Ramon Borrell, perquè la llum de la seva explosió ha tardat mil anys en arribar-nos. I si l’estel és a dos mil milions d’anys llum, és que va explotar quan tot just començava la vida a la Terra. Mirar al cel i mirar enrere en el temps és el mateix. Quan mirem els estels a la nit, estem gaudint d’un viatge al passat. Un passat que ara sabem que no és estàtic: l’any 1928, Edwin Hubble va descobrir que l’Univers és com un globus en expansió. Les galàxies que veiem al cel constantment fugen de nosaltres (i nosaltres d’elles) seguint la llei de Hubble, de la mateixa manera que els punts d’un globus es separen quan l’anem inflant (vegeu la nota al final). Molts d’aquests puntets que veiem al cel estan marxant constantment més i més enllà, i els que són més lluny ho fan més ràpid. Podria dir, rient-me de mi mateix i en una escapada puntual cap a la fantasia, que tal vegada és per això que moltes vegades he experimentat aquesta sensació de ser “xuclat” per aquests estels del cel que fugen.

Curiosament, podem fer l’exercici mental de rebobinar el temps mentre apliquem la llei de Hubble. Si ho fem i retrocedim en el temps, anirem desinflant el globus i ens adonarem que qualsevol estel o galàxia ha hagut de trobar-se més a prop nostre en el passat. Com més retrocedim, més a prop és tot. I, com que coneixem les lleis de l’expansió, podem calcular enrere i trobar fàcilment el moment del Big Bang, en què l’Univers era ínfim. Gràcies a Hubble i a la seva llei, ara sabem que l’Univers te uns tretze mil vuit-cents milions d’anys. Val a dir que aquest càlcul es complica una mica, perquè l’any 1998 es va descobrir que l’expansió de l’Univers és accelerada i cada cop més ràpida. El càlcul acurat de l’edat de l’Univers depèn de que sapiguem calcular bé el valor d’aquesta acceleració expansiva en cada moment del passat.

En pocs anys hem après moltes coses. Sabem que l’Univers és com un globus que es va inflant, que totes les galàxies es van allunyant, que la seva velocitat depèn de la distància, i ara hem vist que cada cop ho fan més ràpidament. Hem pogut descobrir les lleis que governen aquesta expansió, i amb tot això hem pogut arribar a calcular ni més ni menys que l’edat de l’Univers. Però cada descobriment porta a noves preguntes. Què és el que fa que l’Univers cada cop s’expandeixi més ràpid? Segons la llei de la gravitació universal hauria de ser al revés, de la mateixa manera que quan llancem una pedra a l’aire, cada cop puja més lentament. La idea més estesa és que aquesta acceleració expansiva és deguda a una certa matèria (i energia) fosca, que encara ningú ha pogut detectar. Però recentment ha sorgit una segona teoria, que trobo realment elegant i que es basa en pensar que tot l’Univers és ple d’engolidors invisibles. La teoria, proposada per Juan García-Bellido i Sébastien Clesse, que podeu trobar en aquest article científic, ha estat també explicada a la revista Scientific American. En García-Bellido i en Sébastien Clesse ens recorden que, just després del Big Bang, segurament hi va haver una fase d’expansió increïblement prodigiosa que va fer que dos punts separats menys que un radi atòmic, al cap d’una deumil·lèsima d’una milionèsima d’una milionèsima d’una milionèsima d’una milionèsima d’una milionèsima de segon, es trobessin a una distància de 4 anys llum. L’amplificació de les fluctuacions durant aquesta inflació (vegeu la nota al final) segurament va produir, diuen, milions i milions de “forats negres primordials” (PBH) que encara són a tot l’Univers (amb masses que anirien de la centèsima part de la del Sol a la de deu mil Sols) i que podrien explicar perfectament l’acceleració expansiva que ara observem. Com que no emeten pràcticament radiació i són invisibles, els PBH són bons candidats naturals per explicar-nos el misteri de la matèria fosca.

És clar que és una teoria que cal comprovar, i García-Bellido i Sébastien Clesse proposen alguns experiments que, en el futur, podran dir-nos si el que han proposat és cert. Però en tot cas ho trobo molt elegant, perquè si és cert no caldria cercar estranyes matèries fosques, sino que tot quedaria explicat en base a singularitats de l’espai-temps. La solució del misteri de la matèria fosca ens vindria de la geometria, mitjançant una infinitat de singularitats que s’estenen per tot l’Univers i que fan d’engolidors. La sensació de sentir-me “xuclat” pels estels a la nit és purament mental, però tal vegada, en mig de la foscor de la nit, sí que hi ha milions d’engolidors que van xuclant matèria de manera discreta i silenciosa. Les lleis de l’Univers que regeixen les nostres vides són les de la física, que anem sabent que es basa fortament en l’estructura geomètrica de l’espai. En definitiva, i en certa manera, som química dels estels (molts elements essencials per la vida, com el iode i el molibdè, van haver de ser fabricats per alguna supernova), i som física i geometria. La veritat és que, mirant el cel, em costa entendre la condició humana i la seva arrogància, dogmatisme, orgull i vanitat.

Per cert, en Xavier Antich diu que potser ens caldria una revelació com la de Petrarca, però a la inversa, per redescobrir la natura de la qual som, i ben just, una petita peça. Diu que podríem repetir el credo de Thoreau: “Crec en el bosc, i en les prades, i en la nit durant la qual creix el blat de moro”.

————

NOTA: Els estels de les constel·lacions que veiem al cel, com els de la Óssa Major o Orió, no són tots a la mateixa distància de la Terra. Friedrich Bessel va poder calcular el paral·laxi d’alguns estels l’any 1838 tot comprovant que eren molt lluny. Ho va fer observant la mateixa zona del cel dues vegades, separades mig any. Va veure que el fons d’estels fixes no canviava, però que alguns estels sí que es veien desplaçats. Aquest desplaçament és el paral·laxi. És el mateix que passa quan mirem un objecte proper tancant primer un ull i després l’altre: l’objecte es desplaça en relació al fons. Bessel va poder calcular la distància als estels amb senzills càlculs trigonomètrics a partir de saber la distància entre les dues posicions de la Terra a la seva òrbita. Actualment, una altra manera de calcular distàncies a estels i galàxies més llunyanes és la que es basa en les cefeides, estels polsants en els que la seva brillantor és funció de la freqüència de la seva pulsació. Els astrònoms, mesurant la brillantor aparent d’una certa cefeida i calculant la seva brillantor veritable a partir de l’observació de les seves pulsacions, poden calcular la seva distància.

La llei de Hubble mostra una relació de proporcionalitat entre la distància i la velocitat de les galàxies. Va ser formulada per Edwin Hubble l’any 1929 després de gairebé una dècada d’observacions, i lliga a més amb la solució de les equacions d’Einstein de la relativitat general. Diu que les galàxies s’allunyen a una velocitat proporcional a la seva distància, segons la constant de Hubble. L’Univers és per tant com la superfície d’un globus que es va inflant, però en 3D enlloc de en 2D. Si imaginem que som una formiga en un dels punts del globus i aquest es va inflant, no veurem canviar les posicions “al cel” dels altres punts, perquè les direccions es mantenen durant l’inflat. Els estels i les galàxies no canvien de lloc a l’esfera del cel, només se’n van “enrere”.

La llei de Hubble afegeix relleu i moviment al cel de nit. El desplaçament de les línies espectrals de la llum que ens arriba dels estels ens permet calcular la velocitat a que s’allunyen de nosaltres, i la constant de Hubble ens permet estimar la seva distància (que després podem acabar d’ajustar amb cefeides o amb tècniques de paral·laxi). Finalment, per cada estel del cel sabem calcular el lluny que és, el ràpid que s’està allunyant, i de quin moment del passat és la llum que ara veiem. Un llibre que explica molt bé tots aquests fenòmens és “La Poesía del Universo”, de Robert Osserman, traduït per Mercedes García i editat en castellà per Grijalbo Mondadori.

El que diuen els investigadors García-Bellido i en Sébastien Clesse és que, durant la fase d’inflació, les petites fluctuacions quàntiques es van amplificar immensament fins escales macroscòpiques, deixant l’empremta de diferències de densitat que hem pogut observar al mapa de la radiació de fons de l’Univers. En aquest procés, les regions denses de la boira inicial de partícules fonamentals podrien haver col·lapsat per efecte de la seva pròpia gravetat només un segon després de la inflació, formant els anomenats forats negres primordials (PBHs). Els PBH serien, per tant, pics de densitat produïts per fluctuacions en l’univers primitiu, que van acabar en singularitats de l’espai-temps i que van anar generant agrupacions invisibles de milions de forats negres de diferents masses, d’entre 0,01 i 10.000 vegades la massa del nostre Sol. Aquests forats negres primordials massius podrien ser la major part o fins i tot la totalitat de la matèria fosca de l’Univers.

Copèrnic i les mesures

dimecres, 15/01/2014

Copernic.jpg L’any 1543 va ser un any especial. Aquest any, l’arrogància humana va haver de baixar uns quants esglaons. Nicolau Copèrnic va publicar el seu llibre “De Revolutionibus Orbium Coelestium, en el que postulava que la Terra no era el centre de l’Univers. Deia que les mesures i observacions astronòmiques s’explicaven molt més fàcilment si acceptàvem que la terra era un de tants planetes, com Venus, Mart i Júpiter, que anaven girant al voltant del Sol. El seu model heliocèntric era molt més senzill que el model geocèntric de Ptolomeu, i explicava bé els valors de les taules astronòmiques sense haver de recórrer a estranyes solucions com la dels epicicles. Però amb Copèrnic vam deixar de ser els éssers mimats de Déu, creats a la seva imatge i semblança i habitants d’un planeta en repòs al bell mig de l’Univers.

El model heliocèntric de Copèrnic era simple i enginyós, però poca gent se’l va creure. De fet, al cap de pocs anys, el 1588, Tycho Brahe va proposar un model alternatiu (el model geoheliocèntric) en el qual la Terra retornava al centre de tot plegat, la Lluna i el Sol giraven al voltant de la Terra, i la resta de planetes giraven al voltant del Sol. A la imatge podeu veure el model de Tycho Brahe en fons blanc i el model Copernicà en fons negre (ens ambdós casos, la fletxa indica el centre de l’Univers, el que no es mou). El model de Brahe també explicava correctament totes les mesures i observacions astronòmiques, amb l’avantatge que no violentava els jerarques catòlics. Tycho Brahe defensava el seu model tot argumentant la impossibilitat que un objecte tant voluminós i pesat com la Terra pogués girar a gran velocitat al voltant del Sol sense que ens adonéssim.

A banda que el fet de pensar en una Terra movent-se per l’espai a tota velocitat era poc creïble, el model Copernicà no concordava amb les mesures i observacions del segle XVI. Si la Terra no és el centre de tot i gira al voltant del Sol, cal que a més giri al voltant del seu eix i que doni una volta cada 24 hores. En els models de Ptolomeu i de Tycho Brahe, nosaltres estem quiets mentre el Sol gira ràpidament i dona una volta a la Terra cada dia. Però en el model Copernicà, és la Terra què ha de girar cada dia. La primera pregunta de Tycho Brahe era cóm és que els objectes cauen verticalment i no es desvien com a conseqüència del gir de la Terra, si aquest és un fenomen que s’observa quan deixem caure objectes damunt d’una plataforma giratòria. La segona pregunta que feia Brahe estava relacionada amb la posició relativa de les estrelles al cel, que aparentment era sempre la mateixa. Les constel·lacions i les estrelles eren i són una mena de “foto fixa” al cel de nit. Brahe argumentava que, amb la hipòtesi Copernicana, les nits d’estiu i les d’hivern les estaríem veient des de llocs molts diferents de l’espai (punts oposats de la trajectòria de la Terra al voltant del Sol) i que per tant hauríem de veure les estrelles des de perspectives diferents i amb canvis en les seves posicions relatives (canvis angulars que en astronomia s’anomenen paral·laxi). El raonament, impecable, de Tycho Brahe, era que si no veiem canvis en les posicions relatives, les estrelles en el model Copernicà han d’estar molt i molt lluny de la Terra i del Sol, cosa que de fet, ara sabem que és certa. Però tot plegat es complicava perquè al segle XVI els instruments d’observació i mesura eren defectuosos i tothom pensava que les estrelles eren petits discs brillants d’un cert diàmetre. Els astrònoms fins i tot mesuraven els discs estel·lars i tothom parlava del diàmetre aparent de les estrelles, quan ara sabem que tot això era incorrecte i que les estrelles són pràcticament puntuals. Però Tycho Brahe va fer un senzill càlcul de proporcions i va concloure que, si les estrelles són molt i molt lluny i tenien el diàmetre aparent que tothom acceptava, havien de ser gegantines, molt mes grans que el Sol. Com que això era absurd, Brahe i els seus deixebles van arribar a la conclusió que la teoria heliocèntrica no podia ser certa.

Malauradament, els copernicans no van saber rebatre aquests arguments i tampoc van poder aportar observacions alternatives. El cert és que, com que no tenien raonaments científics, en van acabar donant de religiosos. Defensaven que la seva teoria no era absurda perquè “la divina saviesa és molt més gran que el que puguem nosaltres imaginar”, i per tant, el que algú pot pensar que és absurd, no té per què ser-ho. Una ben trista defensa, oi? D’altra, banda, les noves observacions astronòmiques no ajudaven. Pels voltants de l’any 1650, Battista Riccioli va construir un telescopi millor que el de Galileo. Va deduir que el diàmetre aparent de les estrelles era més petit del que es creia, encara que les seves noves mesures del paral·laxi ho compensaven. Les estrelles de Riccioli acabaven essent igual de gegantines que abans, en el model de Copèrnic.

Tot plegat va portar cua durant bastants anys. Robert Hooke, responsable d’experiments de la Reial Societat anglesa, deia l’any 1674 que no era pas clar si la Terra es movia o no: “Whether the Earth move or stand still hath been a problem. There hath not been any one who hath found out a certain manifestation either of the one or the other“. Galileo Galilei va demostrar l’any 1609 amb el seu telescopi que Júpiter tenia quatre llunes i que per tant no tot girava al voltant de la Terra, deixant clar que el model clàssic de Ptolomeu era incorrecte. Però de fet les seves observacions lligaven tant amb el model de Tycho Brahe com amb el de Copèrnic i no permetien discernir quin era el correcte.

Isaac Newton va ser qui va donar el primer suport científic significatiu a la teoria Copernicana. Les lleis de la física Newtoniana no funcionaven amb el model geoheliocèntric de Tycho Brahe i sí que concordaven amb les lleis de Kepler i amb el model Copernicà. Però la prova definitiva es va fer esperar i no va arribar fins el 1838, 470 anys després de la publicació del llibre de Copèrnic. Van ser quasi cinc segles de dubtes, baralles, arguments i contra-arguments. Els instruments de mesura de la revolució industrial van assolir per primera vegada la precisió necessària, i tothom va descobrir que els atacs contra la teoria heliocèntrica de Copèrnic eren conseqüència de mesures fetes amb instruments defectuosos. En concret, Friedrich Bessel va poder calcular el paral·laxi d’algunes estrelles l’any 1838 tot comprovant que eren molt i molt lluny. De manera quasi simultània, George Airy va saber explicar (en base a la difracció de la llum per l’atmosfera) per què les estrelles es veuen d’un cert diàmetre quan de fet són pràcticament puntuals, i Ferdinand Reich i Johann Friedrich Benzenberg van mesurar la desviació no vertical dels cossos que cauen, tot veient que concordava amb les prediccions de la física (efecte Coriolis degut a la rotació de la Terra). Les mesures del segle XIX van esvair els dubtes que havien propiciat Tycho Brahe i els seus deixebles, el segle XVI. En canvi, a Copèrnic li havien fallat les mesures.

Molts dels qui no van acceptar les teories de Copèrnic ara fa 470 anys, ho van fer en nom de les creences i de la religió. Però Dennis Danielson i Chistopher M. Graney expliquen que molts d’altres ho van fer en base a observacions i experiments, tot utilitzant una metodologia científicament correcta i respectable. L’únic problema és que, com hem vist, els seus instruments de mesura no eren prou precisos. Encara que tres segles més tard es va saber que estaven equivocats, no podem pas dir que fossin mals científics. Ells ho feien bé, amb els instruments que tenien. Danielson i Graney comenten que la critica científica a la teoria Copernicana té una certa semblança amb el que va passar fa dos anys quan un grup de científics del CERN va semblar que havien trobat que els neutrins viatjaven a una velocitat més gran que la de la llum. Tant les teories com els resultats que poden ser revolucionaris s’han d’analitzar amb el cap fred, tot verificant-los amb nous experiments. Part de l’encís de la ciència és l’actitud permanent de dubte i desconfiança. Danielson i Graney diuen que cal estar sempre preparats per a rebatre, amb arguments rigorosos, les afirmacions i teories dels altres, per fortes i clares que puguin semblar. Els grecs pensaven que les estrelles eren fetes d’una substància etèria i lleugera que no existia a la Terra. Tothom ho va creure fins que les mesures d’espectrometria van demostrar que els elements químics que formen les estrelles són els mateixos que tenim a casa nostra. Ara es parla de la matèria fosca, d’una matèria fantasma diferent de totes les que coneixem. Danielson i Graney diuen: “tot això de la matèria fosca, no us sona una mica a la mítica substància etèria de les estrelles dels grecs?”

 

Per cert, en Juan Cruz diu que la immensa majoria dels crims col·lectius (del segle XX i anteriors) s’han comès en nom del bé, de la justícia i de la felicitat per a tots.

Una actitud davant la vida

dimecres, 4/12/2013

Giordano_Bruno.jpg Un dels trets característics del científic és que no es creu directament el que li diuen. Ho ha de comprovar, analitzar i experimentar, i ho ha d’entendre. És clar que el pensament crític no és pas patrimoni exclusiu de la ciència, perquè la filosofia i moltes branques de la cultura en són bones mestres. Però també sabem que l’actitud científica és crítica. En Jorge Wagensberg diu que la història de la ciència és la història de les bones preguntes, mentre que la història de les creences és la història de les bones respostes. I en Freeman Dyson ens parla tant dels científics que han estat rebels com de la seva postura critica.

L’actitud científica comporta el fet de dubtar de tot i no creure’s res. Va ser l’actitud de Copèrnic, Galileo, Newton, Darwin i Einstein. És una actitud perillosa perquè deixa al descobert els fanatismes, i aquests s’hi poden tornar. A Giordano Bruno li va costar la vida, com mostra el monument que li han dedicat a Roma i que podeu veure a dalt. El científic dubta de les paraules i de les respostes, però tanmateix no para de fer-se preguntes. Ara bé, quan ho ha comprovat i ho ha entès, ho pot defensar amb convicció. És el “e pur si muove, és l’actitud actual dels científics evolucionistes davant els estranys discursos creacionistes que apareixen com a bolets en alguns països.

S’ha demostrat que l’educació, i la científica en particular, ajuda i fomenta el pensament critic. Malauradament, una noticia d’ahir mateix ens diu que els nostres nens d’ESO, a Catalunya, tenen poques hores dedicades a les ciències. Concretament, un 8% del total. És un percentatge baix, si el comparem amb el 19% que hi dediquen a Finlàndia. Això sí, l’alumnat català fa 200 hores de classe més que el país nòrdic, a l’any. Però obtenim pitjors resultats a l’informe PISA. Moltes hores i baix rendiment. Estem bé en comprensió lectora, però per sota de la mitjana de la Unió Europea (i de la de la OCDE i de la de tota Espanya) en competència científica. Tal vegada podríem parlar d’allò del “necessita millorar”, oi?

Sabíeu que hi ha una organització (i una web) dedicada al foment del pensament critic? En aquesta web, entre d’altres coses, diuen que el pensament critic és auto-correctiu, disciplinat i autocrític. Requereix unes bones dots de comunicació i habilitat per a resoldre problemes, juntament amb capacitat per a superar l’egocentrisme i el socio-centrisme i per a corregir l’autocomplaença i la tendència natural a mirar-nos el melic. Expliquen que el pensador crític planteja qüestions i problemes rellevants, els formula de manera clara i precisa, recull informació i l’analitza i avalua, en fa abstracció, experimenta i fa proves en el marc del màxim de criteris significatius, escolta i analitza altres maneres de pensar i les seves hipòtesis, implicacions i conseqüències pràctiques, i finalment col·labora amb els altres per tal de trobar solucions a problemes complexes.

La ciència necessita de tots aquests principis. Treballar en ciència implica entrar en un entorn de pensament crític. Moltes vegades, sobretot quan tothom sembla pensar el mateix, la solució dels problemes consisteix en dubtar, en cercar altres perspectives, en intentar donar-li la volta, en pensar a l’inrevés del que ens diu el pensament ortodox. Copèrnic es va adonar que els moviments dels astres passaven a ser molt més simples quan ho va mirar al revés i va considerar que la Terra girava al voltant del Sol, en contra de la teoria d’Ptolomeu que postulava que el Sol girava al voltant de la Terra. Ho va mirar a l’inrevés i a més es va saber desfer del llastre egocèntric: no som el centre de l’Univers.

Davant qualsevol problema o situació hi ha diverses actituds. Un nen, de nom Peter i que vivia a Chelsea (Massachusetts) el 13 de març de 1947 va enviar una carta de dues línies a Albert Einstein. Li deia: “Benvolgut senyor: M’agradaria molt que em digués què és el temps, que és l’ànima i què és el firmament”. No estan gens malament les preguntetes, oi? Malauradament no sabem què li va contestar Einstein; però si ens pregunten què és el temps o què és l’anima, podem fer moltes coses. Podem fugir i dir que no hi volem pensar, que no ens interessa, o podem pensar que tot plegat és màgic, i així també ens escapem i no ens cal pensar-hi. La màgia és el calaix on els humans hem guardat sempre tot allò en el que no volíem pensar, el calaix on tenim el que és sorprenent però que hem decidit mirar-nos amb passivitat. També podem adoptar l’actitud del creient: això és així perquè algú ho diu. Aquest algú pot ser Déu, la nostra religió, un líder o els que han creat els mites. Finalment, podem atrevir-nos a pensar críticament, dubtant de tot i no creient a priori res del que ens diuen. És el que va fer Einstein amb el concepte de temps. Va pensar des d’altres perspectives, sense prejudicis. Va pensar que tal vegada, el concepte d’èter no era necessari. Va donar la volta al pensament tradicional i no va tenir cap problema en plantejar que la velocitat de la llum era sempre la mateixa, tant si la mesuràvem aturats com si ens estàvem movent a gran velocitat, i va dir que ningú podia afirmar si estava aturat o no. Va qüestionar la física i va pensar críticament.

 

Per cert, en Joris Luyendijk diu que, a la llegenda de Sant Jordi, mai s’ha explicat la història des de la perspectiva del drac o de la princesa.

Per què podem escoltar el planeta Mart?

diumenge, 19/08/2012
Curiosity_NASA.png

Trajectòria de la nau amb el robot "Curiosity" (NASA)

Fa pocs dies, el dilluns 6 d’agost, el robot “Curiosity” va aterrar (hauríem de dir amartitzar) suaument al cràter Gale del planeta Mart.

Mart és molt lluny, de la terra. El passat 3 de març ens hi vam apropar fins una distància de 100 milions de kilòmetres, però hi ha vegades que som molt més lluny seu, fins a 400 milions de kilòmetres. Ara mateix som a uns 250 milions de kilòmetres de distància. La propera oposició (moment de màxim apropament) serà el 8 d’abril de 2014, amb una distància de 92.8 milions de kilòmetres. I haurem d’esperar fins al juliol de 2018 per a poder-ne tenir una visió “propera”, des de 57 milions de kilòmetres de distància.

Aquestes distàncies son molt grans. Penseu que si anéssiu a Mart, us costaria trobar la terra, enmig del seu cel de nit. El diàmetre de la terra és aproximadament el doble que el diàmetre de Mart. Si Mart el veiem com un puntet al cel, com una estrella que no parpelleja, la visió de la Terra des de Mart no ha de ser gaire diferent. Som un puntet al cel de Mart. D’altra banda, els senyals que ens envia el “Curiosity” en aquests moments tarden uns 18 minuts en arribar-nos. Això anirà variant en funció de les posicions relatives dels dos planetes, amb un retard dels senyals que variarà entre 4 i 22 minuts. En altres paraules, tant les ones electromagnètiques com la llum tarden més d’un quart d’hora en arribar-nos. És lluny, oi?

Fixeu-vos en la imatge de la NASA, que ens indica la trajectòria que ha seguit la nau. Podem escoltar ara els senyals que ens estem enviant des del planeta Mart perquè hem sabut com arribar-hi. Perquè hem aprés a calcular bé la trajectòria per arribar a un planeta que veiem com un puntet al cel. Perquè, al llarg dels segles, hem arribat a comprendre la música del cel i l’harmonia del moviment dels planetes. Si no hagués estat pels antics, pels Babilonis i Egipcis, per Aristarc, Ptolomeu i tots els grecs, per Copèrnic, Kepler, Galileu, Newton i molts altres, no ens n’hauríem sortit. Hem llançat una nau des de la Terra, que es mou, cap un altre planeta que també s’està movent. És com tirar una pilota de golf des d’un cotxe en marxa i fer que entri per la finestreta d’un altre cotxe que avança a tota velocitat per una altra carretera. La imatge de la NASA és molt clarificadora. La nau va sortir de la terra el 26 de novembre de 2011, amb un fort impuls inicial. L’impuls inicial va ser tangencial, tot aprofitant la velocitat del moviment de translació de la Terra. Després, el moviment ha estat lliure, sense emprar cap més energia (excepte quatre moments en que es van fer petits retocs a la trajectòria). Mentre que els objectes que llancem a la terra segueixen una trajectòria parabòlica, els objectes llançats a l’espai interplanetari del sistema solar descriuen una trajectòria (òrbita) el·líptica al voltant del Sol, sense que calgui més energia per a que es moguin. Des d’el passat mes de novembre, la Terra, Mart i la nau s’han estat movent en òrbites el·líptiques al voltant del Sol. Amb el que hem aprés dels avantpassats, hem pogut afinar la trajectòria del Curiosity, fent que es trobés amb la de Mart fa pocs dies, el 6 d’agost.

I ara, podem escoltar el planeta Mart perquè hem equipat el “Curiosity” amb tota mena de sensors. La ciència ens proporciona eines per satisfer la nostra curiositat. Els sensors del “Curiosity” son els nostres sentits a distància, els òrgans perceptius que hem dipositat a més de cent milions de kilòmetres de distància. Hem tingut cura d’ells durant el viatge, protegint-los amb termòstats per a que no es refredessin fins a menys 273 graus i fent que la nau girés a raó de dues voltes per minut.

Un d’aquests sensors, el que detecta la direcció i velocitat del vent, ha estat dissenyat per companys de la UPC. Cada un d’aquests sensors és un xip d’un mil·límetre i mig de costat i mig mil·límetre de gruix, preparat per a treballar en una atmosfera amb el 95 per cent de diòxid de carboni, a 63 sota cero i amb una pressió atmosfèrica cent vegades més petita que la de la terra. El vent travessa cada xip (n’hi ha quatre en diferents direccions) per una cambra que conté tres resistències de pel·licula de platí. Les resistències fan de mini-estufes, i escalfen el gas atmosfèric. Però cada xip inclou un mecanisme de control, un termòstat, que garanteix que el gas només s’escalfa deu graus. Si el vent és fluix, cal molt poca potència elèctrica, però si el vent és fort, necessitarem més potència (la potència no és mai superior a una dècima de watt). Mesurant la intensitat elèctrica necessària, podem mesurar la velocitat del vent. És el principi de l’anemometria de fil calent.

Per què la lluna no té sempre la mateixa forma?

dilluns, 2/07/2012

LlunaQuartCreixent2.jpg Sembla una pregunta senzilla: perquè només en veiem la part il·luminada pel sol, i perquè la posició relativa entre el sol i la lluna va canviant al llarg de tot el cicle lunar de 29 dies.

Fa uns 2300 anys, a Alexandria, Aristarc de Samos va pensar el mateix. Però va anar més enllà, i com a bon científic, va veure i va saber interpretar el que tothom tenia davant dels seus ulls però no comprenia. Aristarc es va situar mentalment a la lluna, en el moment del quart creixent. Si des de la terra veiem exactament la meitat de la lluna il·luminada i la meitat no, és que estem mirant “de costat”. És el mateix que quan fem una foto a una persona. Si el sol és baix (per exemple, a punt de pondre’s) i fem la foto amb el sol de costat, a la foto veurem mitja cara rebent la llum del sol i mitja cara a l’ombra. El raonament d’Aristarc va ser impecable. Va començar pensant que a l’espai, la terra, la lluna i el sol formaven un triangle. En el moment del quart creixent, la lluna té el sol de costat. Per tant, el triangle terra-lluna-sol en aquest moment ha de ser rectangle. En altres paraules, l’angle (mesurat des de la lluna i en el moment del quart creixent) entre el sol i la terra, ha de ser de noranta graus. És admirable, no? Simplement mirant la lluna des de la terra, Aristarc va deduir l’angle que hauria vist si hagués anat a la lluna!

Aristarc  va ser probablement el primer en continuar el raonament i deduir que el sol era molt més lluny que la lluna. Ho va fer connectant idees, barrejant la seva abstracció del triangle rectangle lluna-terra-sol amb les eines de càlcul geomètric i trigonomètric que existien llavors. Simplement, i des d’Alexandria, va mesurar l’angle entre la lluna i el sol en el moment del quart creixent i amb això va poder saber el valor dels tres angles del triangle rectangle lluna-terra-sol. Va concloure que el sol era unes 18 vegades més lluny que la lluna.

No sabem si aquesta deducció la va fer Aristarc per primer cop, o si es va inspirar en texts i treballs d’astrònoms anteriors. En sabem molt poc, dels avenços i dels descobriments dels antics. Però el que sí és clar és que fa 2300 anys ja hi havia qui sabia com calcular distàncies relatives entre la terra, la lluna i el sol.

L’únic problema que va tenir Aristarc va ser un problema de mesura. Els seus instruments eren precaris, i es va equivocar quan va mesurar l’angle entre la lluna i el sol. Si intenteu repetir el seu experiment (ho haureu de fer al matí, que és quan, a la fase de quart creixent, podem veure simultàniament la lluna i el sol al cel), comprovareu que l’angle entre la lluna i el sol és quasi de noranta graus. De fet, és de 89 graus i 51 minuts. La seva mesura, en canvi, va ser d’uns 87 graus. El seu raonament va ser totalment correcte, però no va poder mesurar millor l’angle. Ara sabem que un error de quasi tres graus en un triangle rectangle tant allargat produeix errors molt grans en el resultat. De fet, el sol és bastant més lluny: uns 400 cops més lluny que la lluna.

Aristarc de Samos va defensar la teoria heliocèntrica, però no li van fer cas. Les teories geocèntriques, amb la terra al bell mig de l’univers, dominaven en el camp de l’astronomia. Van haver de passar quasi 1800 anys fins que Copèrnic ens va demostrar que no érem al centre de l’univers.

El llibre d’Aristarc, “Sobre els tamanys i les distàncies del sol i de la lluna”, traduit al llatí per Commandino l’any 1572, el teniu també en versió castellana. I aqui tenim una de les pàgines del llibre de Commandino. En notació traduida directament del grec, A representa el sol, B la terra i C la lluna:

DiagramaAristarcSamos.jpg