Ciencia de Bolsillo

Por una vez, voy a presentarme a un concurso a ver que tal sale. Se trata del concurso que organiza anualmente el diario digital "20

minutos". En concreto este blog aparece en la categoría "Ciencia y Medioambiente". 103 inscritos, entre ellos algunos de mis favoritos, así que la competencia sera dura. Si creéis que lo merece, podéis votar por Ciencia de Bolsillo en este enlace o directamente pinchando en el icono que aparece en el margen izquierdo.

Lord Louis Mountbatten tenía una importante misión como jefe de operaciones combinadas y mano derecha de Winston Churchill. Era uno de los responsables del desarrollo nuevas armas secretas para hacer frente a los alemanes.  Junto con grandes éxitos como los puertos flotantes usados en el desembarco de Normandia también cosecho importantes fracasos como el portaaviones de hielo.

Desesperados con la constante pérdida de barcos por el acoso de los submarinos, asediados por la escasez del imprescindible acero y sin suficientes portaaviones los británicos buscaron una solución más imaginativa. El proyecto Habbakuk se basaba en la construcción de un gigantesco portaaviones de 600 metros de largo fabricado con una mezcla de hielo y  un 14% de pulpa de madera llamado “pykrete”. Este curioso ejemplo de material compuesto o “composite” presentaba un alta resistencia mecánica y a la compresión. Con  paredes de 15 metros, el portaaviones sería imposible de hundir y un agujero de torpedo podría cerrarse rápidamente con un poco de agua de mar  y frío. Se desarrollo un prototipo a pequeña escala pero el excesivo coste y el lento desarrollo del proyecto impidieron que se desarrollase a tiempo. Por no hablar de sus limitadas aplicaciones. Estupendo para el Norte del Atlántico pero ¿alguien se animaría a patrullar el Mediterráneo en uno de esos?

Los americanos desconfiaban del proyecto y preferían seguir sus ensayos con una flotilla de buques de carga con el casco de hormigón.  Lentos y más pesados tenían la ventaja de ser baratos, fáciles y muy rápidos de fabricar (uno por mes). Se construyeron 24 de estos barcos durante la Segunda Guerra Mundial. Pero una vez acabada esta, el bajo precio de acero provocó la vuelta a los materiales tradicionales. Aunque no hay nada en las leyes físicas que se oponga al hormigón como elemento de construcción marino. Con una densidad que es la mitad que la del acero es fácil construir un armazón de hormigón que flote. Como este modelo de casa flotante, bastante más espaciosa que mi pisito. O las embarcaciones que, desde los años 70, participan en esta carrera para canoas de hormigón. Hay que recordar que el hormigón es excelente resistiendo la compresión y muy bueno para impedir  las filtraciones de agua como podemos ver en cualquier presa.

Pero todavía se puede dar una vuelta de tuerca más a la historia. Hace unos años se propuso el desarrollo de submarinos de hormigón. Serían lentos y relativamente baratos y añadirían algunas ventajas muy interesantes. Indetectables con un magnetometro, cualquier sonar que los localizase en el fondo los confundiría con una roca. Así podrían esperar pacientemente el paso de otros buques y atacarlos con torpedos lanzados verticalmente. Lástima, usar tanta imaginación siempre para los mismos fines.

Los seres humanos nos acostumbramos pronto. Sabemos que, en ocasiones, nos sobrevuelan millones de toneladas y continuamos nuestras vidas confiados sin preguntarnos ¿Por qué no caen? Bueno, en ocasiones caen de forma rápida y violenta ocasionando enormes daños. No, no estoy hablando de los aviones. ¿Nunca os habéis preguntado porque flotan las nubes?

El vapor de agua es un gas, y como tal, se mezcla con los gases que están presentes en el aire. De hecho, siempre existe una cierta cantidad de vapor de agua presente en el ambiente, es lo que conocemos como humedad ambiental. Pero las nubes no están formadas por vapor de agua. Las nubes se forman cuando el vapor de agua se condensa en gotas de agua o en cristales de hielo.  Y como todos sabemos una gota de agua o un cristal de hielo son materiales pesados que no deberían flotan en el aire.

Lo cierto es que no flotan, sino que suben y bajan de forma constante. Su tendencia natural sería caer aunque intervienen otros efectos para contrarrestar esa tendencia. Una gota de agua típica suele medir décimas o centésimas de milímetro y cae a 1 o 2 centímetros por segundo dentro de su nube . Eso permite que actúen sobre ellas distintos efectos que ralentizan o impiden la caída.

En primer lugar, las nubes están en movimiento arrastradas por corrientes de aire. Así una corriente ascendente puede hacer que las gotas se mantengan en equilibrio, floten o incluso asciendan. También es necesario tener en cuenta la orografía del terreno, una corriente de aire que choca con una montaña se eleva y arrastra cualquier objeto con ella.

En segundo lugar, tenemos los efectos térmicos. Esa misma corriente de aire se enfría al ascender y eso puede provocar la condensación del vapor en gotas. Pero esa condensación genera calor, y el aire caliente provoca que la nube siga ascendiendo. En general, los efectos esta muy interrelacionados y son muy difíciles de analizar.  

En último  lugar esta la cuestión del tamaño de las gotas. El agua forma núcleos de condensación que van creciendo en tamaño. Cuanto mayor sea el tamaño, más difícil será que las gotas consigan mantenerse en el aire. Un caso extremo sería la formación del granizo. Las gotas se condensan y caen  pero fuertes corrientes de aire vuelven a elevarlas aumentando de tamaño en el proceso. Si este proceso se repite suficientes veces la pequeña gota de agua ira aumentando de tamaño hasta formar bloques  de hielo del tamaño de una pelota de tenis. Mejor estar protegido cuando el cielo, finalmente, se nos caiga encima en forma de granizo.

Vaya por delante que soy el primero que apoyo el ahorro de energía. Y que pienso que el kilovatio más ecológico es el que no es necesario generar. Así que mientras usaba el ordenador para escribir esto recordé un detalle poco conocido sobre los ordenadores personales que todos utilizamos. ¿Qué genera más calor por mm2, un chip o una placa de cocina?  

Por sorprendente que parezca es el chip. Lo cierto es que el chip genera ¡¡¡40 VECES!!! más calor por unidad de superficie que una plancha de barbacoa.(1). Aunque la superficie del chip sea pequeñita y no de para hacer un huevo frito seguro que es mejor no tocarla. Generalmente se utiliza una potente refrigeración por aire para evitar que la temperatura del chip se acerque a los 70º C que es temperatura máxima de funcionamiento del fabricante. Es una limitación importante. De hecho algunos expertos aumentan la velocidad del procesador y su rendimiento a cambio de consumir más energía, generar mucho más calor y utilizar una refrigeración especial. Así pueden disfrutar de un  ordenador con mayor capacidad. Es el proceso conocido como “overclocking”

Un procesador moderno consume, él solo, unos 100 W de media. Y el resto de componentes del ordenador, especialmente la tarjeta gráfica también consumen bastante. Pero, por simplificar, centrémonos en el chip. Imaginemos a alguien que mantenga su ordenador encendido 24 horas al día para descargar música y películas de Internet, navegar y jugar.  Y que tiene instalado un programa como   SETI@Home para tener al procesador ocupado todo el tiempo.(2) Generaría 2,4 kWh/día como calor. Ese es un despilfarro que debe acabar. Pensemos en millones de ordenadores repartidos por casas, oficinas y empresas procesando con alegría y liberando ese calor tan necesario en invierno.

Comparémoslo con un panel solar térmico. España recibe una radiación media de entre 3,2 a 5 kWh/dia/m2.(3) Un  panel típico puede aprovechar entre el 70 y el 80 por ciento de esta energía para generar agua caliente. Mirando esas cifras, parece interesante utilizar mejor el calor del procesador. Tendríamos una fuente de calor equivalente a un panel solar de un metro cuadrado con las ventajas de ser totalmente predecible, con un mínimo impacto visual (fuera de casa, porque dentro...) y optimizando el consumo energético. Millones de ordenadores equivalentes a millones de metros cuadrados de paneles solares para estos fríos y oscuros días de invierno. Ya tenemos  frigoríficos con conexión a Internet   ¿Alguien se anima a crear un precalentador de agua con conexión a Internet? ¿Algún experto en “modding” que quiera llevar la refrigeración por agua de su ordenador a un nuevo nivel?

La sábana santa es una reliquia cristiana venerada en la catedral de San Juan Bautista de Turín (Italia). La tradición dice que fue el sudario utilizado para amortajar el cuerpo muerto de Jesús. La iglesia católica ni lo afirma, ni lo niega. Y, tarde o temprano, la ciencia tenia que aparecer para intentar determinar cual era su antigüedad y si realmente podía proceder de esa época.

Al mas puro estilo C.S.I. se han aplicado múltiples pruebas para intentar determinar la antigüedad de la misma. Desde la reconstrucción de la imagen representada en dos y tres dimensiones hasta el análisis de las posibles manchas de sangre. Desde el estudio del material de la sábana (lino) y como está tejido hasta la composición de cualquier residuo hallado sobre la misma como el polen. Un buen resumen de los estudios y sus diversas conclusiones puede encontrarse en la entrada Sudario de Turín de Wikipedia

Pero sin duda una de las pruebas más conocida es la llamada prueba del Carbono-14. El Carbono-14 es un isótopo del carbono-12 que es el más común. Es un elemento radiactivo natural que se genera cuando los rayos cósmicos chocan contra la atmósfera. Tras el choque se desprenden neutrones que vuelven a chocar contra el nitrógeno atmosférico dando lugar al carbono-14. Este se desintegra con una vida media de 5730 años, volviendo a convertirse en nitrógeno. Las dataciones de antigüedad utilizando este método se basan en que los seres vivos, tanto plantas como animales, lo incorporan al alimentarse y lo incluyen dentro de sus tejidos. Tras la muerte deja de acumularse y continúa desintegrándose. De esta forma, calculando la cantidad inicial y la residual podemos saber cuanto tiempo ha transcurrido desde su muerte. En este caso, cuando fue recogido el lino con el que se tejió la sábana santa.

En el año 1988 se analizó la sábana santa por el método del carbono-14 y se concluyó que el lino procedía de entre los años 1260 a 1390, una antigüedad que descartaba totalmente su origen en el siglo I. Esto no ha impedido que se la venere como una reliquia, tanto por los que dudan de la precisión de la prueba original como por aquellos que la ven como un símbolo, igual que un icono o la figura de un santo. De momento se niega la repetición de los análisis, así que la polémica puede seguir durante mucho tiempo.

¿Alguien apuesta para perder? No, todos apostamos para ganar. Sin embargo, debemos ser realmente malos en matemáticas porque todos solemos jugar con las probabilidades en contra. Y si, antes de nada, yo también he comprado boletos para la lotería de navidad. Aun sabiendo que no es una decisión inteligente.


Cuando participamos en cualquier juego de azar esperamos ganar dinero a medio plazo, (preferiblemente antes de estar muertos). Podemos perder  en algunas ocasiones y ganar en otras pero la suma debería ser positiva. En matemáticas esto se conoce como “valor esperado” y lo malo es que todos los juegos de azar tienen un valor esperado NEGATIVO. La razón es muy simple, un porcentaje de los ingresos va para los organizadores, el resto se reparte en premios. El máximo está en la lotería de navidad en España que reparte el  70  % en premios.(1) En comparación, otros juegos como la lotería primitiva solo reparte el 55% del dinero recaudado. Un valor esperado del 0,55.

Como todos sabemos, los organizadores utilizan el primer premio para atraer a la gente, a pesar de lo difícil que es ganarlo. La probabilidad de acertar la combinación ganadora en la lotería primitiva es de una entre 14 millones, y muy similar en el “Cuponazo”, una entre 15 millones. Si pasamos al “Euromillon” la probabilidad sería de una entre 76 millones.

¿Queda alguna esperanza de ganar? O, al menos, de mejorar nuestras opciones. Puede que sí. Como se comenta en este excelente artículo de Microsiervos , existen algunas técnicas para mejorar estas posibilidades en juegos similares a la lotería primitiva. Como escoger números poco habituales o, mi favorita, jugar solo cuando tengamos un bote acumulado. El dinero del bote proviene de semanas anteriores y no entra en el 45 %. En realidad, se suma al porcentaje de la recaudación que va a premios. De este modo puede repartirse MAS dinero del que la gente juega incluso si la ONLAE se queda con el 45 %. Por ejemplo, en  el sorteo de Bonoloto del 18 de noviembre de 1990, el valor esperado era de 3,6. Lastima que entonces fuese un crío.

Imaginemos la escena. Hace miles de millones de años la vida consistía en células simples e independientes muy similares a algunas bacterias. Pero, entre ellas, también se luchaba por la comida y la supervivencia. Una célula  se lanzo sobre otra más pequeña y la absorbió rodeándola con su membrana. Un proceso denominado “endocitosis”. Pero  algo nuevo sucedió. En lugar de romper la membrana  y aprovechar los recursos que contenía, las dos células iniciaron una provechosa colaboración.

Evidentemente, esta escena es una especulación. Pero recoge la teoría más aceptada sobre el origen de las mitocondrias, unos componentes fundamentales de nuestras células. En ellas se desarrolla la respiración celular.  Se consume el oxigeno, y se generan moléculas de ATP . (1) Estas moléculas son el “combustible” de las células en las muchas reacciones químicas que se desarrollan en su interior. Un producto intermedio que aporta la energía en cualquier reacción química que célula desee realizar. Como si fuese una pila recargable. En realidad, la mitocondria es la auténtica central energética del  resto de la célula.  

Pero, aunque está dentro de la célula, no es una parte cualquiera de ella. Su código genético, el ADN de las mitocondrias, esta fuera del núcleo y separado del resto. Se ha mantenido separado desde hace miles de millones de años. De hecho se reproducen asexualmente y su código genético se hereda únicamente por vía materna.(2) Esta cualidad ha hecho posible analizar la evolución de los seres humanos, analizando las esporádicas mutaciones de un código genético que no se mezcla, como si sucede con el ADN procedente del núcleo donde el hijo hereda parte del padre y parte de la madre. Como un "alien" introducido en nuestro organismo.

Aún así el tiempo ha desarrollado mecanismos de cooperación y coordinación que garantizan que las mitocondrias se dividan y multipliquen, por su cuenta, justo cuando a la célula le viene bien. Una cooperación tan perfecta y tan antigua que no pensamos que sea un organismo distinto. Solo un componente especial que se desarrolla dentro de nuestras células, realizando una tarea absolutamente imprescindible y recibiendo del resto de la célula protección y alimento. Cuando esto sucede entre dos organismos distintos, se llama simbiosis o, en este caso concreto, mutualismo.  Parece que después de todo no es tan malo colaborar con otros organismos.

No vamos solos por la vida. Y estoy hablando en el sentido más literal del término. Hasta la persona más solitaria y con menos amigos, lleva con ella una enorme cantidad de vida que no conoce.

Empecemos por la piel. Cada centímetro cuadrado de tu piel tiene en promedio 100.000 bacterias. Si, la piel limpia de tus manos esta llena de bacterias. Puedes echarles la culpa de ciertos olores, ya que las bacterias los generan como desecho al descomponer el sudor para alimentarse. Son tantas que no es extraño que se extiendan y múltiples variantes aparezca por todo tu cuerpo. Millones de bacterias se esconden entre los dientes, sobre la lengua o en el interior de la garganta. Cuando se alimentan de los restos de comida, generan ácidos como residuo. El resultado son las caries que casi todos hemos sufrido en alguna ocasión.

Pero esa población empequeñece comparada con la que habita el sistema digestivo. Aunque esta repartida por todo el tubo digestivo, la mayor concentración se encuentra en el intestino. Allí tienen una superficie equivalente a una cancha de tenis, compactada dentro de un tubo de unos ocho metros. Se la reparten entre aproximadamente 200 especies, unos 100 billones (100 millones de millones) de bacterias que pesan alrededor de un kilogramo. Y se reproducen tan rápido que expulsamos cada año nuestro propio peso en bacterias, lo que ayuda a mantener su población estable.

Son tantas que no es raro que les hayamos encontrado utilidad. La primera es que “estimulan la inmunidad intestinal”. Básicamente significa que mantienen el organismo en alerta solo para controlar que no se desmanden. Eso hasta que nos convertimos en protagonistas involuntarios de C.S.I. Entonces se desarrollan a sus anchas para someternos a un "reciclaje" adecuado. Pero no todo es negativo. También ocupan el espacio y los recursos que, de otra forma, quedarían disponibles para bacterias más agresivas y peligrosas. Y, por último pero muy importante, también nos ayudan producido vitaminas como la B12 y la vitamina K.

Toda esta presencia es bastante “externa”. Después de todo, esas bacterias no se encuentran dentro de nuestros tejidos, de nuestros órganos o de la sangre. Algo llego antes. La próxima semana hablaremos de una vieja batalla que sucedió hace miles de millones de años y que ayudo a dar forma a lo que somos ahora. Hablaremos de las ventajas de llegar a acuerdos entre organismos distintos.

Por definición los seres humanos somos imprevisibles. En cambio solemos pensar que, cuando un ordenador hace cosas raras, “estará infectado por un virus”. Pero eso no siempre es cierto. Puestos a imitarnos, y aun antes de conseguir una autentica inteligencia artificial, los ordenadores han conseguido un subconsciente que escapa de su control.... y del nuestro.

¿Puede un ordenador tener problemas mentales? Esa clase de comportamientos anómalos en los que no hay pruebas físicas detectables. Donde el sistema operativo te dice que todo va bien, y no hay nada raro. Donde el mejor antivirus, permanentemente actualizado por Internet, no detecta ni rastro de virus. Donde ni siquiera se detecta el spyware que infecta al 90% de los ordenadores sin que su usuario lo sepa. Si, desgraciadamente puede.

Un “rootkit“ es un conjunto de programas capaces de tomar el control de un ordenador, escondiendo al sistema operativo (Windows, Linux, Unix o MacOS) toda su actividad. De este modo, programas en funcionamiento, ficheros y directorios se esconden sin dejar huella. Las conexiones a Internet se realizan sin ser detectadas y sin que el usuario sea capaz de descubrirlas. El Sistema Operativo (la inteligencia del ordenador) no es “consciente” de nada, ni siquiera sabe que existen pero cumple todas sus órdenes y pone el ordenador, con todo su contenido, a disposición de ese programa. Como si estuviese hipnotizado.

¿Cree que eso no va a pasarle? Píenselo de nuevo. Hace unas semanas, un experto informático descubrió que los CD musicales protegidos contra copia de Sony BMG Music Entertainment contenían un “rootkit” desde hacia más de un año. Estaba diseñado para insertarse en los ordenadores donde se escuchaba su contenido. Este  programa tomaba el control de Windows, impedía las copias ilegales de música y, de paso, permitía a Sony, o a cualquier “hacker” habilidoso, controlar el ordenador. Desde averiguar sus contraseñas bancarias a esconder cualquier dato en el disco duro, el programa permitía el control absoluto del ordenador. Repartido en más de cuatro millones de CDs y 49 títulos distintos, se calcula que medio millón de ordenadores están infectados en todo el mundo. Incluyendo ordenadores del departamento de defensa norteamericano. Las empresas antivirus no lo detectaban porque no era un virus y no se reproducía. Tras el escándalo lo detectan pero no lo eliminan. La actuación de Sony, que es delictiva y mandaría a cualquier programador individual a la cárcel, puede que sea perdonada ya que Sony ha decidido retirar los CDs del mercado.  Y ha dicho que lo siente.


La magnitud de la infección hizo imposible ocultarla pero nada impide que otros muchos “rootkit” circulen sin ser detectados. Y no hace falta ser una gran empresa para crearlos. Ahí afuera, en Internet, hay expertos programadores capaces de atacar a su ordenador a distancia y convertirlo en un “zombie” a sus órdenes. Píenselo, tal vez su ordenador esconda un servidor web de pornografía, las herramientas para una estafa bancaria o cientos de ficheros con los auténticos “Expedientes X” del FBI.

El poderoso mago llamo a sus sirvientes que, desde largas distancias, escucharon sus órdenes y pasaron a cumplirlas. A continuación invocó un mapa de la ruta a seguir, con instrucciones sobre los cruces de caminos a elegir. Confiaba en sus hechizos, que nunca le habían fallado, pero ese era un día especial. Con un gesto de su mano, ordenó el inicio de la marcha. Tras un carraspeo, el coche murió al fallar su batería.

Se conoce como la tercera ley del Clarke, por el escritor Arthur C. Clarke "Cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia". Y la interpretación usual es imaginar a un pobre hombre medieval intentando comprender nuestra tecnología y pensando que es mágica. O imaginarnos a nosotros intentando comprender una tecnología alienígena increíblemente avanzada. Pero hay otra interpretación más sutil pero mucho más inquietante. Como bien nos recuerda Miquel Barceló en este artículo, ¿cuántos de nosotros comprendemos la tecnología que utilizamos?

¿Cuánta gente que utiliza un GPS o un teléfono con marcación por voz comprende mínimamente su funcionamiento? Y esto es algo que podemos extender a mucha de la tecnología que nos rodea. Tecnología de la cual depende nuestra vida, nuestros trabajos, nuestras familias o el futuro de nuestros hijos. ¿Alguien piensa que es necesario comprender el mundo que nos rodea? Yo pienso que es imprescindible, porque si vivimos en democracia, y la mayoría es quien toma decisiones, deben ser decisiones informadas. Sino corremos el riesgo de ser dirigidos y manipulados “por nuestro bien”. ¿Cómo podemos elegir entre la opinión de un científico, un activista de Greenpeace o un político si no conocemos las consecuencias de la decisión? ¿por imagen? ¿por popularidad? ¿por quien sale más en televisión?. Células madres y radiaciones electromagnéticas, energía nuclear y la capa de ozono, el efecto invernadero y la nanotecnología ¿Qué sabemos de las decisiones se toman sobre estos temas? ¿Quién las toma por nosotros?

Pensad en como se organizaba en un reino medieval. El poder venia por dinero y herencia para el rey y los nobles, por el conocimiento para aquellos clérigos, magos y hechiceros que lo estudian. Conocimiento que mantenía al poder. Y la población se refugiaba en la astrología, la brujería y repetía mitos y leyendas que les enseñaban. Obedecían “por su propio bien”. ¿Estamos tan lejos de ese modelo?, ¿Qué papel te gustaría tener? O incluso más subversivo, ¿Qué te parecería cambiarlos?