De las nubes

Hoy nos paramos a mirar las nubes. Quien más, quien menos, todos lo hemos hecho alguna vez. No hay de qué avergonzarse.

Las nubes pueden sugerir historias, con sus formas cambiantes. A nosotros también nos plantean preguntas. Porque en la escuela nos han enseñado el ciclo del agua, eso de que el agua se evapora del mar, forma nubes, después cae como lluvia y va a los ríos que vuelven a ir al mar. Bien pero, si el agua es transparente y el vapor de agua invisible, ¿por qué las nubes son blancas? ¿Y por qué flotan en el aire si el agua es más densa que el aire? Las nubes esconden secretos que no son del todo evidentes.

La clave de todo es de qué están hechas. Las nubes están formadas por microgotas de agua o partículas de hielo. Cada gota es esférica, debido a que la tensión superficial tiende a minimizar su superficie, y tiene un diámetro de entre una y cien micras, esto es 10^-6 m - 10^-4 m. Muy pequeñas. Las de lluvia son entre diez y mil veces más grandes.

Las nubes se forman por condensación del vapor de agua que sube desde la superficie terrestre y que, como dijimos, es transparente. Las corrientes de aire caliente ascienden por ser menos densas que el aire frío. LLegado cierto punto la temperatura es suficientemente baja como para que el vapor, en estado gaseoso, se condense en microgotas de agua. ¿Por qué no caen las gotas? La razón es que por ser gotas tan pequeñas pesan poco y el rozamiento con el aire  que asciende es suficiente para mantenerlas suspendidas.

¿Por qué son blancas? Sencillamente, porque la luz proveniente del sol es blanca. Las microgotas de agua van dispersando la luz del sol en todas direcciones. El punto importante es que esta dispersión es independiente de la longitud de onda de la radiación, por tanto la luz dispersada tiene el mismo color que la luz incidente: blanco. Este tipo de dispersión por microgotas esféricas de diámetro ligeramente superior al de la longitud de onda de la radiación se ajusta a lo que se conoce como dispersión de Mie. Lamentablemente no aparece en mis libros de electrodinámica, pero nos creemos lo que dice la web de ella. La parte inferior de las nubes se torna gris porque le llega menos luz, al haber sido dispersada ésta por la parte superior de la nube.

Por último, creo que viene al caso contestar a la típica pregunta de por qué el cielo es azul. Esto es debido también a la dispersión de la luz solar por las partículas de la atmósfera. Si no hubiera atmósfera, como ocurre en la luna, el cielo sería negro, y sólo veríamos la luz del sol si le miráramos directamente. La atmósfera, al igual que las nubes, dispersa la luz del sol, pero la diferencia crucial es que las partículas de la atmósfera son aún más pequeñas que las microgotas, siendo su tamaño inferior a la longitud de onda de la luz visible. Se produce entonces lo que se conoce como dispersión de Rayleigh, ésta afecta mucho más a los colores azulados que al resto del espectro. Por tanto lo rayos de luz azules se extienden por la atmósfera y acaban llegando a la superficie de la tierra desde todas direcciones, por eso el cielo es azul. Ésta es la razón también de por qué el sol se ve rojizo antes de ocultarse por el horizonte. En la puesta de sol los rayos tienen que atravesar más atmósfera y por tanto han perdido por dispersión más color azul, quedando sólo los tonos amarillo-rojizos.

Bueno, después de este rollo aún me quedan algunas dudas, pero creo es suficiente; porque lo que yo quería hoy realmente era enseñarte esta canción del pianista italiano Ludovico Einaudi: "Nuvole Bianche" ( Nubes blancas)

Un universo de la nada

Que todo el universo haya podido surgir de la nada es una idea cautivadora. Eso es precisamente lo que dice el título del último libro del cosmólogo Lawrence M. Krauss. Que un físico como él agregue al título la frase: "¿Por qúe hay algo en vez de nada?", es pura provocación. Krauss dispara al corazón de la metafísica. Esto fue más que  suficiente para que me llevase el libro a casa.

El libro resulta ser un repaso delicioso a las ideas más relevantes de la cosmología moderna. Pero como prometía, es más que eso. Es un ejercicio de honestidad intelectual que trata de abordar algunas de las preguntas aparentemente más profundas que se ha hecho la humanidad. Cuestiones que tradicionalmente han sido abordadas por la filosofía o la religión, pero que ahora, como se describe en el libro, también pueden, y según Krauss deben, ser vistas a la luz de la ciencia.

El estilo de Krauss es directo. Comienza con un excelente prefacio que arranca:

"Para que todo quede claro desde buen principio, debo admitir que no me siento nada próximo a la convicción - en la que se basan todas las religiones del mundo - de que la creación requiere un creador."

Continúa defendiendo el pensamiento científico y que éste es el que se debe emplear para abordar preguntas sobre el mundo natural, como la pregunta sobre qué es la nada. Pero sus intenciones son claras:

"La verdadera inspiración de este libro no procede tanto de una voluntad de disipar mitos o atacar creencias como de mi deseo de celebrar el conocimiento y, junto con éste, el universo verdaderamente asombroso y fascinante que el nuestro ha resultado ser."

Y así es, las ideas expuestas en el libro sobre la naturaleza del universo son sorprendentes. Pasamos del universo estático y eterno consistente únicamente en nuestra querida galaxia, tal y como se creía hace tan sólo cien años, a un universo en expansión con miles de millones de galaxias y que se extiende más allá de donde podemos ver. Y de esta visión pasamos a un multiverso inflacionario en el que como burbujas en un magma van creándose universos. Todo originado por fluctuaciones cuánticas de la nada.

Es sin duda un viaje que expande el universo y también nuestra mente (como señala Richard Dawkins en el postfacio.) Por el camino Krauss nos va hablando de los hitos experimentales sobre los que se apuntalan estas ideas así como de algunos de sus protagonistas. No duda en reconocer el carácter aún especulativo de varias de estas ideas, pero apunta a la importancia de su plausibilidad conforme a los datos hoy conocidos.

Dedica también un capítulo que me ha resultado bastante curioso a hablar de lo que él llama "nuestro deprimente futuro". En él nos indica cual puede ser el futuro de nuestro universo y cómo estamos viviendo en un tiempo propicio para aprender cosas del mismo. Ninguno de nosotros estará allí, y casi seguro ninguno de nuestros descendientes, pero es chulo preguntarse estas cosas. Los astrónomos del futuro no contarán con tanta información como nosotros  al mirar el cielo. La expansión acelerada del universo habrá alejado unas galaxias de otras hasta hacerlas inobservables y la radiación de fondo de microondas se habrá enfriado hasta ser indetectable.

"Un universo de la nada" es un buen libro para aquel que quiera acercarse a la cosmología moderna. En él se pueden aprender cosas no tan conocidas por el público general como qué es inflación. Yo supe de ella hace más de diez años, en un curso de doctorado, y también he disfrutado recordando cosas sobre la misma.

El paradigma inflacionario es un marco teórico genérico que se puede implementar de diferentes maneras, pero que siempre implica un crecimiento exponencial del universo en sus inicios. Es una propuesta que soluciona varios problemas de la cosmología y es ampliamente aceptada. No existen, sin embargo, pruebas directas de que tuviera lugar. Este año la colaboración científica BICEP2 anunció interesantes resultados que podrían ser una señal del período inflacionario, pero podrían también ser debidos a otras causas. Harán falta nuevas observaciones para aclarar este asunto, pero no deja de ser excitante que una evidencia directa de inflación pueda estar a la vuelta de la esquina.

Para acabar me gustaría subrayar un echo sobre la naturaleza de la investigación científica. Pese a que la ciencia va ganando camino, y va dando respuestas a grandes preguntas que antes podían ser fruto de la filosofía o la teología, la metodología de la ciencia no es responder a grandes preguntas sino todo lo contrario. La ciencia trata de dar respuesta a pequeñas preguntas, es después cuando de estas respuestas se saca conocimiento sobre los grandes temas. Muy distinto de lo que ocurre en teología, donde por autoridad se dan respuestas a las grandes cuestiones. En palabras de Galileo, padre de la ciencia moderna:

"Io stimo più il trovar un vero, benchè di cosa leggiera, ch´l disputar lungamente delle massime questioni senza conseguir verità nissuna."

O lo que es lo mismo:

"Yo valoro más encontrar una verdad, aunque sea de la cosa más leve, que discutir largamente de las grandes cuestiones sin conseguir verdad ninguna."   

¿Pueden oír las plantas?

Desde pequeño he escuchado que es bueno hablar a las plantas o incluso ponerles música para que crezcan más saludables. A primera vista parece una idea descabellada, ya que las plantas no están dotadas de sistema nervioso ni parecen tener ningún órgano dedicado a oír. Hace tiempo, sin embargo, que se vienen realizando estudios encaminados a dilucidar si las plantas pueden responder a estímulos sonoros, y la respuesta podría ser positiva.

Hay algunos  trabajos que parecen demostrar que la música favorece el crecimiento de ciertas plantas, pero los resultados no son muy concluyentes. La música es un estímulo demasiado complejo,  con diversidad de amplitudes, frecuencias, ritmos, y no guarda ninguna relación con el ecosistema en el que se desarrollan las plantas. Es por esto que no queda claro a qué estímulo está respondiendo realmente la planta y por qué.

Este verano, sin embargo, un grupo de investigadores de la universidad de Missouri han publicado un trabajo en la revista Oecologia en el que se verifica una respuesta muy concreta ante un estímulo sonoro de gran importancia en el entorno natural de la planta: el ruido que hacen las orugas al comer sus hojas.

Se ha demostrado que las plantas tienen un mecanismo de defensa similar al sistema inmune denominado "priming". Una vez han sufrido el ataque de orugas que comen sus hojas, si posteriormente sufren otro ataque segregarán sustancias tóxicas que harán a las hojas poco apetecibles. En el estudio arriba mencionado han probado que este mecanismo se puede desencadenar simplemente por el sonido. Primero analizan cuidadosamente el ruido que realizan las orugas al comer las hojas  para posteriormente ser capaces de reproducirlo. El hallazgo  es que tras someter a plantas que no han sufrido nunca ataque de orugas a estos sonidos, éstas posteriormente segregan tóxicos ante un ataque real. Es decir, se ha llevado a cabo el "priming". Si someten a las plantas a otros sonidos ambientales como el ruido del viento o los sonidos de insectos inofensivos, esta respuesta no se produce. Además encontraron que la segregación de tóxicos es proporcional a la intensidad de los sonidos a que han sido previamente expuestas.

En cuanto a los mecanismos por los cuales las plantas son capaces de oír, todavía no están claros. Se cree que hay proteínas en el interior de las membranas celulares que responden a la presión, pero es algo sobre lo que habrá que seguir investigando. 

Las plantas siguen siendo pues seres misteriosos, a veces incluso inquietantes, de los que todavía tenemos muchas cosas que aprender. 

¿Cómo se producen las quemaduras solares?

Termina el verano. Ya no será necesario usar protector solar, a no ser que vayamos a la nieve. El protector solar es un coñazo. El verano a veces también. Sí, sí, ya sé, el mar, la playa.., eso está muy bien, pero achicharrarme bajo el sol como una lagartija, no lo aguanto. Yo prefiero la sombra.

 Todos los de piel pálida sabemos por experiencia propia que la luz del sol nos produce quemaduras. A la larga también puede producir cáncer. Tengo pues motivos para rehuir el sol. Pero ¿cómo se producen estas quemaduras? ¿Y cómo nos protegen los protectores?

 Uno podría pensar que las quemaduras se producen porque la luz del sol nos calienta en exceso y nos quema de igual manera que lo haría el fuego. Pero esto no es así. Si bien la radiación infrarroja, que es la componente de la luz que produce calor, puede calentar la piel hasta 40 grados, no es la responsable de las típicas quemaduras solares que aparecen pasado un tiempo después de la exposición. Si se nos ocurriera la feliz idea de concentrar los rayos de sol con una lupa, entonces sí podríamos tener una buena quemadura por radiación infrarroja.

 Las quemaduras solares son causadas principalmente por la radiación ultravioleta (UV). Ésta radiación se divide en tres tipos, UVA, UVB y UVC, según orden creciente de energía que transportan. Sólo las dos primeras llegan a la tierra, la tercera, que es la más peligrosa, es absorbida por la capa de ozono. Los rayos UVA son conocidos por las cabinas para ponerse moreno y pese a ser los menos energéticos, también se consideran cancerígenos. Los rayos UVB son los principales causantes de las quemaduras solares. Aunque los mecanismos exactos que producen las quemaduras no son conocidos, parece que éstas son una reacción del cuerpo ante el daño que la radiación ultravioleta es capaz de producir en el mismísimo ADN de las células. Ante este daño, que puede generar tumores, el cuerpo sintetiza ciertas encimas y proteínas que aumentan el riego sanguíneo en la zona y excitan los nervios. Esto produce el dolor y enrojecimiento característico de las quemaduras. Las células con ADN dañado pueden llevar a cabo apoptosis (o suicidio celular), lo que pasados unos días crea una capa de células muertas. Entonces es cuando nos "pelamos". Así pues las quemaduras solares no son producto del calor sino que son una defensa y alarma ante las alteraciones que se producen en el ADN y que pueden provocar cáncer.

 Uno de los mecanismos de defensa que también se producen ante la radiación ultravioleta es la generación de melanina. La melanina es un pigmento de color oscuro (nos pone morenos) presente en la piel que absorbe la radiación UV y la convierte en energía calorífica, evitando así su potencial dañino.  Las cremas solares tienen productos químicos que actúan de forma similar absorbiendo la radiación y también portan barreras físicas que consisten en sustancias que la reflejan. Aún así no se evita todo el daño y la mejor forma de estar protegido es evitar la exposición. Así que yo, de momento, me quedo en la sombra.