Un nuevo comienzo

Este blog nació hace ocho años como un esfuerzo de divulgación científica. Muchas cosas han cambiado desde entonces, en especial las redes sociales y su dinámica. Hubo un tiempo en que los blogs eran la moda. Ese tiempo ya pasó y han quedado como testimonio de la imagen virtual que proyectamos años atrás.

GuateCiencia está a punto de tomar un nuevo camino. El propósito sigue siendo el mismo: compartir conocimiento, divulgar la ciencia y contar historias; pero ahora lo haremos bajo el techo de un nuevo hogar. Vamos a bloggear de nuevo. Pero ahora lo haremos desde la línea de tiempo de la Escuela de Ciencias Físicas y Matemáticas de la Universidad de San Carlos de Guatemala.

Acompáñennos en este nuevo comienzo. Les contaremos de nuestros esfuerzos para hacer crecer la física y la matemática en nuestra sociedad, y contribuir a un país mejor para todos.

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¿De qué puede trabajar un físico en Guatemala?

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Foto: COD Newsroom

Hace algunos años escribí el post titulado:

¿En qué puede trabajar un físico?

Ahora quiero presentar una versión más local, digamos que más ajustada a la realidad que vivimos en Guatemala.

Sin duda alguna, el mayor avance para las ciencias físicas y matemáticas ha sido la creación de la Escuela de Ciencias Físicas y Matemáticas en la Universidad de San Carlos. Dicha unidad académica cuenta con dos carreras a nivel pregrado: la licenciatura en física y la licenciatura en matemática. A nivel de postgrado existe una maestría en física y en un corto plazo esperamos contar con una maestría en matemática.

Muchas veces la decisión de estudiar alguna de estas carreras se basa en la cuestión del empleo. “¿Será que si estudio física voy a conseguir trabajo?” es una de las preguntas comunes. Es evidente que nadie entra a una carrera con el trabajo asegurado al momento de graduarse. Sin embargo, si nuestro conteo no nos falla, no hay ningún físico desempleado en este país.

Actualmente, los principales campos que ofrecen empleo a un físico son:

  • Enseñanza, ya sea a nivel medio, diversificado o universitario.
  • Física médica, el físico médico realiza mediciones de radiación (dosimetría) en aceleradores de electrones. El objetivo es la planificación de tratamientos de radioterapia para pacientes con cáncer y el constante control de calidad del equipo. De la misma forma también se hace control de calidad en las máquinas de rayos X de los hospitales. En cuanto a la medición de radición, el Ministerio de Energía y Minas cuenta con un laboratorio secundario de calibración dosimétrica, el cual es una posible fuente de trabajo.
  • Geofísica, monitoreo y análisis de actividad sísmica. Esta área no está tan desarrollada como la física médica. Sin embargo, el INSIVUMEH es el lugar natural para desarrollar tal trabajo

Existen más ramas en las que podría trabajar un físico. La investigación científica es una de ellas. Sin embargo es necesario tener el nivel de doctorado para llevar a cabo investigación de punta. Gran parte de los graduados de licenciatura continúan estudios de maestría y doctorado, lo cual también abre las puertas para obtener trabajo en el extranjero.

En Guatemala hace falta mucho para mejorar. Se necesita más profesionales para poder abrir campos nuevos y mejor si tienen estudios de postgrado. Hay temas urgentes donde sería ideal que trabajaran físicos, áreas como producción y monitoreo de energía, sismología, meteorología y cambio climático.

En la actualidad toda la ciencia necesita de mucho trabajo computacional y la física no es la excepción. Muchas de las habilidades adquiridas van encaminadas al uso de matemáticas para formular modelos de la realidad e implementarlos en una computadora. Este conocimiento es valioso no sólo en ciencia sino en cualquier área donde sea necesario cuantificar algo para poder predecir situaciones futuras.

Como decía al principio, no es posible entrar a una carrera con trabajo garantizado. Lo sí es garantía es que estudiar física provee de muchas habilidades con las que uno puede hacerle frente a cualquier trabajo.

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El Big Bang es para entenderlo no para creerlo

Artículo originalmente publicado en nomada.gt

Las falacias son esos sugestivos y convincentes argumentos que a primera vista parecen verdaderos, pero que encierran algún tipo de falsedad que no siempre es fácil detectar.

En una de esas discusiones de Facebook, alguien decía que la teoría del Big Bang o Gran Explosión no podía ser cierta. Su argumento era que nunca la vimos suceder; y más grave aún, que no se podía reproducir. Por lo tanto, la idea de que el universo inició en una gran explosión era solo una teoría sin validez.

Pareciera que hay algo de razón en tal argumento, pero en realidad es una falacia. El error está en considerar que algo que ocurrió una única vez, no tiene consecuencias observables en el presente. Por ejemplo: nadie tiene memoria, ni mucho menos fue testigo del nacimiento de su padre, pero no por eso va a caer uno en el atrevimiento inane de negar que tal acontecimiento sucedió. La razón es obvia: el nacimiento de nuestro padre tiene la consecuencia observable en el presente de que cada uno de nosotros está aquí. Es más, por distintas circunstancias de la vida, existen personas que nunca conocieron a su progenitor y no por eso concluyen que éste nunca existió.

Del mismo modo, el Big Bang tiene consecuencias observables en el presente y son: 1) El fondo cósmico de microondas: una luz muy tenue en la frecuencia de las microondas que es el remanente de dicha explosión. Las propiedades de esta luz se han medido con un precisión muy alta y concuerdan perfectamente con la idea del Big Bang. 2) La nucleosíntesis: el proceso mediante el cual se formaron los primeros elementos químicos en el universo. Midiendo las abundancias de hidrógeno e hidrógeno pesado (deuterio) se observa que se encuentran en la medida justa predicha por la teoría. 3) La expansión del universo. Hemos logrado medir que el universo se expande. Todas las galaxias se están alejando unas de otras y mientras más lejanas, más alta su velocidad de alejamiento.

Debido a esas razones, concluimos que el modelo que mejor se ajusta a las observaciones y datos que se han medido, es que el universo inició en una gran explosión: el Big Bang.
Entender la evidencia no es un muy difícil, pero sí demanda tiempo y voluntad de aprender. Por eso es que resulta inútil discutir con alguien que no está abierto a nuevo conocimiento ni cambiar su punto de vista, dos de las cualidades primordiales de la ciencia.

Pero no todo es negativo. Se aprende mucho de las discusiones del Facebook. Una de las lecciones es que si vamos a exponer y defender ideas, no hay que hacerlo con sentimientos ni emociones. hay que hacerlo con hechos y razones. La otra lección, yo no la podría enunciar más elocuentemente que Thomas Paine: “Discutir con una persona que ha renunciado al uso de la razón es como administrar medicina a un muerto.”

Si algo hemos aprendido es que los hechos pueden y deben cambiar nuestro punto de vista cuando éstos son comprendidos. Así, algún día la gente dejará de decir “yo creo en el Big Bang” y lo cambiará por “yo entiendo el Big Bang”.

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Entender el nobel de física es tan fácil como imaginar un trampolín

Artículo publicado originalmente en nomada.gt

Los Premios Nobel de Física y Química comparten el mecanismo de transformación de energía en luz. Lo que allí sucede desafía el sentido común: las leyes de la naturaleza que ordenan y rigen el microcosmos. Y nada mejor que un trampolín para comprenderlo.

En un parque acuático de diversiones había una piscina con trampolines de diferentes alturas. Para poder lanzarse de uno, cada niño tenía que pagar una cantidad de dinero. Mientras más alto el trampolín, más alto era el precio. Las alturas eran de 1, 5, 10, 20 y 50 metros. Los precios correspondientes eran 1, 5, 10, 20 y 50 quetzales. Todos los niños querían tirarse desde el más alto, pero siendo éste más costoso, eran pocos los que podían hacerlo. Para algunos, quizá la decisión estaba entre lanzarse dos veces desde 50 metros o cien veces desde 1 metro, por el mismo precio. Lo cierto era que mientras menos altura tenía el trampolín, más alta era la afluencia de niños en el mismo. No cuesta mucho imaginar que eran pocos los padres que se permitían pagar los precios más altos de la diversión de sus niños. Ningún niño o niña era clavadista profesional. La cantidad de agua que salpicaba cada niño era mayor mientras mayor era la altura del trampolín.

Los empleados del parque eran tremendamente estrictos: para saltar del trampolín había que tener dinero.

* * *

Octubre es el mes de los Premios Nobel. La semana pasada se anunciaron de física y química. El de física fue otorgado por la invención del diodo emisor de luz azul, y el de química, por la técnica que utiliza luz producida a nivel molecular para ser aprovechada como el microscopio más potente que se haya construido. Ahora vamos a traducir esto al español. Ambos premios comparten el mismo mecanismo de transformación de energía en luz. Lo que allí sucede desafía el sentido común: es el dominio de la rama de la física llamada mecánica cuántica, las leyes de la naturaleza que ordenan y rigen el microcosmos. En la escala de los tamaños atómicos el sentido común ya no tiene sentido ni es tan común y muchas cosas que parecen imposibles pueden suceder.

La mecánica cuántica nos dice que si un electrón salta de un nivel de alta energía a uno más bajo, la diferencia de energía es liberada emitiendo un fotón. El fotón es una partícula de luz y su color depende de la cantidad de energía que transporta. Si lleva mucha energía será de color azul, de lo contrario se verá de color rojo. Haga de caso el flash para una foto.

La forma de imaginar el proceso es la metáfora de la piscina y el trampolín. Los niños son los electrones, los trampolines son los niveles de energía, el dinero es la energía misma. La piscina es el nivel más bajo de energía y la cantidad de agua que se salpica en el clavado es la energía del fotón. Para mandar un electrón a un nivel energético más alto, hay que darle energía. Así, cuando le damos dinero al niño, éste puede subir al trampolín. Si le damos poca energía no puede llegar muy alto y cuando regresa al nivel más bajo, el fotón liberado suele ser rojo (poca agua salpicada).

En la piscina hay cinco trampolines y sus alturas no se pueden cambiar, es decir, que sólo pueden haber saltos de 1, 5, 10, 20 y 50 metros. No puede haber un clavado de 15 metros, por ejemplo. En los átomos sucede lo mismo. Los electrones pueden liberar energía (salta de un nivel a otro), pero lo harán siempre en cantidades predeterminadas, así como las alturas fijas de los trampolines. Éste es sin duda uno de los aspectos más insólitos y extraños: se dice entonces que la energía está cuantizada, es decir, que los electrones intercambian energía en pequeños paquetes y no pueden haber fracciones de los mismos. En el mundo cotidiano esto no sucede. El equivalente sería decir que para beber agua hay que hacerlo siempre en un número entero de vasos. Sería prohibido tomarse medio vaso o 2.3 vasos; o es un vaso, o son dos, o son tres, pero nada de fracciones. Suena absurdo. No tiene razón de ser. Sin embargo, así sucede con los electrones de un átomo y no hay manera alguna de que sea diferente. Así se comporta la naturaleza a esa escala.
Por esa y otras razones, se dice que la mecánica cuántica es extraña. Va en contra de la intuición. El ejemplo más conocido talvez sea el famosogato de Schrödinger, quien puede estar vivo y muerto al mismo tiempo, al ser sujeto de un experimento regido por la reglas de la mecánica cuántica.

El hecho que en el microcosmos se pierda el sentido común y la intuición cotidiana, no quiere decir que estemos perdidos. La primera mitad del siglo XX presenció el nacimiento de los principios y reglas matemáticas que dominan el reino de átomos y moléculas. A la fecha siguen siendo tan efectivos que nos han proporcionado tecnologías eficientes para alumbrar la oscuridad y ojos que penetran y espían las andanzas de las moléculas, cuya labor diaria es ser parte de la vida que poseemos, estudiamos y disfrutamos. Tecnologías dignas de un Premio Nobel.

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Rendimiento de las carreras de física y de matemática de 1990 a 2015

Las carreras Licenciatura en Matemática y Licenciatura en Física fueron creadas, en la Facultad de Ingeniería  de la Universidad de San Carlos de Guatemala, en 1980. En el primer grupo hubo profesores regulares, profesores auxiliares y estudiantes de otras carreras de ingeniería que se trasladaron a las carreras de licenciatura, los cursos fueron un poco irregulares porque no todos accedieron al mismo nivel.

En mayo de 1985 se graduó el primero en física, el primero de matemática en noviembre de 1988 y en noviembre de 1989 el segundo en física.

Ya para el año de 1990 podemos considerar que las carreras ya se encontraban trabajando de manera estable  y nos permite ver el comportamiento general de la inscripción y graduación de los estudiantes de ambas carreras.

Estudiantes inscritos

En la gráfica siguiente se registra de manera acumulativa, al número de estudiantes por su año de inscripción a la universidad. El año de ingreso a la universidad no coincide, en muchos casos, con el año de ingreso a las correspondientes carreras, pues hay un buen número que se cambió de estudiar una carrera de ingeniería a una de licenciatura y otros que sin abandonar su carrera original tambien se inscribieron en las licenciaturas

inscritos

Se nota en la gráfica que el crecimiento de las dos carreras fue bastante similar de 1990 hasta cerca 2006, a partir de ese año la tendencia de crecimiento de física fue mas grande que la de matemática hasta llegar a 2012 donde el crecimiento de matemática se redujo significativamente.

Estudiantes graduados

La gráfica siguiente muestra tambien de manera acumulativa los graduados a partir de 1990. El año de graduación es el que aparece en el eje horizontal.

graduados

En esta gráfica se ve tambien un crecimiento mayor en física respecto de matemática, previo a 2005 hubo una baja en las graduaciones, principalmente de física, por la gestión de la Escuela de Ciencias de Ingeniería poco favorable a las carreras de ciencia.

Comparación de graduados respecto de inscritos

En la siguiente gráfica se presenta la misma información de las gráficas anteriores, con la segunda multiplicada por 10 para poder compararlas mejor.

Licenciaturas

Si el 10% de los estudiantes inscritos se graduaran la gráfica azul coincidiría con la roja y la gráfica verde con la negra. A partir de 1993 el rendimiento de física empieza a ser superior al 10% y para junio de 2015 es de 16%. El rendimiento de matemática estuvo casi siempre por debajo del 10% y para junio de 2015 es de 5.6%. Este bajo número de físicos y sobretodo matemáticos graduados es lo que motivó la solicitud de la creación de una Escuela de Ciencias Físicas y Matemáticas en la Universidad de San Carlos de Guatemala, pues la necesidad de aumentar el número de graduados en estas dos ciencias es urgente en Guatemala.

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Cinemática 4, El movimiento armónico simple.

El Péndulo
La leyenda cuenta que la isocronía del péndulo la dedujo Galileo, observando las oscilaciones del candelabro de la Catedral de Pisa. Teniendo en cuenta que los mejores instrumentos para la medición del tiempo, por esa época, eran el reloj de arena, la clepsidra, el ritmo cardíaco y el ritmo de combustión de una vela, el contar con un fenómeno mas regular para la medición del tiempo fue crucial.
No tardo mucho tiempo en aparecer precisamente el reloj de péndulo, que evolucionó en una joya de habilidad mecánica y artística. En el estudio del péndulo después de Galileo hubo una larga lista de personajes famosos como Newton, Huygens Foulcaut, etc.
Gravimetría
Una de los usos del péndulo fue en la determinación de pequeñas diferencias de la gravedad local, que llevó a la costrucción de gravímetros que han sido muy utiles en geofísica. Uno de los puntos culminantes de la gravimetría mediante el péndulo, fue la publicación de “The International Gravity Standardization Net 1971”. Este trabajo, liderado por Carlo Morelli de la Facultad di Ingenieria, de la Universidad de Trieste,  determinó el valor de la gravedad local en varias de las ciudades mas importantes del mundo, para ver las diferencias debidas a la latitud y altura de las mismas. Para la Ciudad de Guatemala obtuvo los valores de 9.7796680 m/s², 97796704 m/s²  y  97796703 m/s².
Péndulo casero
Usando una plomada, un metro comercial y una tableta graduada se puede montar un péndulo con el que se puede obtener una gran presición, el video que aparece a continuación es una muestra de ello.

La longitud del péndulo puede medirse a través de las siguientes fotografías.

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Péndulo

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Punto de apoyo.

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Plomada

esta, como puede verificarse resulta ser, desde el punto de apoyo hasta la punta de la plomada l=1.423\ m, luego se descuenta 0.047\ m  que corresponde a la altura que se localiza el centro de masa de la plomada, que es esencialmente el centro de masa del péndulo.

P1040839

Note la marca en el Centro de Masa

 

Siendo entonces la longitud del péndulo 1.376\ m con una incerteza de 0.001\ cm.

Frecuencia angular
Para medir la frecuencia angular se determina la posición del péndulo en 60 tiempos distintos, luego a través del ajuste por mínimos cuadrados se determinan las constantes del movimiento de un oscilador armónico simple.
x=x_0+A\ sin (\omega t+\phi)
dando como resultado

Pendulo

x_0 = 12.779 +/- 0.027
A = 7.9900 +/- 0.0385
\omega = 2.6656 +/- 0.0016
\phi = 3.2383 +/- 0.0095

entonces la frecuencia angular es: \omega= 2.6656\pm 0.0016\frac{1}{s} .
Valor experimental de la gravedad en Guatemala
La relación entre las dos cantidades físicas medidas y la gravedad, para un oscilador armónico simple es \omega^2=\frac{g}{l} entonces g=l\omega^2 por lo que la gravedad resulta ser g_{exp}=(9. 77758\pm 0.01928)\frac{m}{s}. Tres cifras significativas son iguales a las de Morelli.

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Contra los monstruos, saberes

Recuerdo que cuando tenía unos once o doce años, vi una de esas películas de miedo en la televisión. Se llamaba “The Entity”, traducida como “El Ente”. Contaba el caso (supuestamente basado en una historia real) de una mujer que era atacada por un demonio.

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