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Ciencia

Física cuántica: qué es la dualidad partícula-onda de la luz

El físico obtuvo el galardón por un descubrimiento que hizo cuando tenía tan solo 26 años

Rodrigo Desmedt

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Albert Einstein puede ser famoso por su teoría de la relatividad general, pero no fue esta la que le dio el único Premio Nobel de su carrera. Crédito: BBCNews

El físico obtuvo el galardón por un descubrimiento que hizo cuando tenía tan solo 26 años. Se trata de la ley del efecto fotoeléctrico que publicó en 1905 y que planteaba que la luz tenía una propiedad tan contraintuitiva que llevaría a cuestionar la propia noción de la realidad.

No en vano terminó dando origen a la física o mecánica cuántica, una rama que estudia la naturaleza a escala atómica y subatómica, o sea, el mundo de lo ultrapequeño y sus leyes, que son muy distintas a aquellas que gobiernan al mundo que podemos ver.

También la energía interna de los átomos está cuantizada. Para una determinada clase de átomo individual, la energía no puede tener un valor cualquiera; sólo son posibles valores discretos, llamados niveles de energía.

Las ideas básicas de fotones y de niveles de energía nos ahorran un buen camino hacia la comprensión de una gran variedad de observaciones que de otra forma serían enigmáticas.

Entre ellas están los conjuntos únicos de longitudes de onda que emiten y absorben los elementos en estado gaseoso, la emisión de electrones desde una superficie iluminada, el funcionamiento de los láseres y la producción y dispersión de los rayos x.

Nuestros estudios de fotones y de niveles de energía nos llevarán al umbral de la mecánica cuántica, que implica tener algunos cambios radicales en nuestras ideas sobre la naturaleza de la radiación electromagnética y de la materia misma.

“La mecánica cuántica marcó una ruptura entre la física clásica y la moderna”, explicó a BBC Mundo la física colombiana Nelly Yolanda Céspedes Guevara. “Fue toda una revolución”, agregó la también doctora en educación y docente de la Fundación Universitaria del Área Andina, de Colombia.

Para Einstein fue un placer romper con ideas preestablecidas: “No podemos solucionar nuestros problemas con las mismas líneas de pensamiento que usamos cuando los creamos”, dijo el físico alguna vez.

¿Partícula u onda?

En la física, las ondas y las partículas son tan distintas que cada una obedece a sus propias reglas matemáticas. “La partícula es todo aquello que tú puedes cuantificar y que en teoría puedes agarrar o tocar”, dice Céspedes.

Según la ley del efecto fotoeléctrico de Einstein, la luz podría generar electricidad solo si, bajo determinadas circunstancias, se comportaba como una suerte de partícula. En otras palabras, planteó que “la luz no podía ser solo una onda“, explica Céspedes.

Para llegar a esa conclusión, agrega, Einstein se basó en ideas previas de físicos como el alemán Max Planck.

El “revolucionario renuente”

En el año 1900, Planck ya había descubierto que había un problema con la luz como onda. Lejos de ser un flujo constante, afirmó, la luz viajaba en “paquetes” de una gran “cuantía” de energía, concepto de donde luego derivaría el nombre de física cuántica.

Max Planck

“El concepto de Planck de cuantos energéticos”, explica la Enciclopedia Británica, “entraba en conflicto con toda la esencia de la física teórica pasada”.

Y si bien sus investigaciones no le dejaban otra opción más que derribar el conocimiento previo establecido y hasta ganó un Nobel por “descubrir la energía cuanta”, Planck fue un “revolucionario renuente”, afirma la enciclopedia. Tal es así que distintos historiadores de la ciencia como el famoso Thomas Kuhn se han negado a darle el título de padre de la física cuántica.

Según argumentan, a partir de sus trabajos, Planck podría haber inferido que la luz se comportaba como una partícula, sin embargo, no lo vio o no se atrevió a afirmarlo y provocar un cambio de paradigma. Para eso tendría que llegar Einstein.

Ni una cosa ni la otra

En 1905, Einstein había argumentado que, a veces, la luz parecía consistir en “cuantos” (lo que hoy son los fotones) y, cuatro años más tarde, introdujo la dualidad onda-partícula en la física.

Es decir que la luz no era una onda o una partícula: era ambas cosas. Einstein estaba pensando lo impensable. “La hipótesis de Einstein de los cuantos de luz no fue tomada en serio por los físicos adeptos a las matemáticas durante poco más de 15 años”, escribió el historiador de la ciencia Bruce R. Wheaton.

“Incluso (el físico estadounidense) R. A. Millikan, quien en 1914-16 proporcionó la primera evidencia inequívoca de la sorprendente ley de emisión fotoeléctrica de Einstein, siguió también inequívocamente desdeñando la hipótesis de la partícula de luz de la cual se había derivado esa ley”, agregó.

Es más: Millikan, quien fue discípulo de Planck, terminaría ganando un Nobel “por su trabajo en la carga elemental de la electricidad y en el efecto fotoeléctrico”. Para desdén de muchos de estos físicos, la dualidad onda-partícula no se quedó en la luz, sino que se amplió a la materia a escala atómica.

Hoy comprendemos que todos esos fenómenos se deben a la naturaleza cuántica de la radiación. La radiación electromagnética, junto con su naturaleza ondulatoria, tiene propiedades que se asemejan a las de las partículas. En especial, la energía de una onda electromagnética siempre
se emite y se absorbe en forma de paquetes llamados fotones o cuantos, cuya energía es proporcional a la frecuencia de la radiación.

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Ciencia

“Aves Argentinas” apoya la iniciativa de un Parque Nacional en San Juan

Los pobladores del lugar rechazan dicha iniciativa.

Imagen: Diario de San Juan

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La asociación ornitológica “Aves Argentinas” impulsa la creación de un nuevo Parque Nacional en la actual estancia Manantiales, al sudoeste de la provincia de San Juan. El Gobierno de la Provincia y pobladores de la misma se oponen

El sitio se encuentra a unos 260 kilómetros de la Ciudad de San Juan en el Departamento de Calingasta, y a unos 50 de la localidad de Barreal, su principal portal turístico.

A través de un comunicado, la asociación sostuvo que “en el sudoeste de la Provincia de San Juan se encuentra la actual estancia Manantiales, un bellísimo e invaluable paisaje cordillerano que se encuentra amenazado y con escasa representación en el sistema nacional de áreas protegidas, y que por sus infinitos valores demandan la máxima categoría de conservación, como lo es la de un Parque Nacional. De esa manera, dichos valores se verían resguardados a perpetuidad, y los pobladores locales beneficiados por el motor económico que generaría la iniciativa”.

El comunicado considera que “existen en la zona algunas figuras conservacionistas de poco calibre y alcance, como por ejemplo en El Paso de los Patos (o de las Llaretas) por donde pasó el legendario Ejército de los Andes, que fue declarado “Sitio Histórico Provincial” (Ley Nº 411) y “Lugar Histórico Nacional” (Ley Nº 27.112)”.

Agregó que “por otro lado, el Ministerio de Defensa impulsó recientemente la preservación del área a través de la figura de Reserva Natural de la Defensa. Sin embargo, por un conflicto con el gobierno provincial de San Juan, la figura no obtuvo el rigor de ley nacional, y por lo tanto, el área continúa gravemente amenazada”, añade “Aves Argentinas”.

Hernán Casañas, director ejecutivo de Aves Argentinas, la organización ambientalista más antigua de Latinoamérica, quien impulsa el proyecto, destaca: “Es realmente única la posibilidad de contar con significativos fondos comprometidos por un donante para potenciar la infraestructura allí presente”.

Oposición provincial

Frente a la decisión del Gobierno nacional de declarar por ley a la llamada Estancia Manantiales, en Calingasta, dentro de las reservas naturales de la defensa, que impediría el libre acceso a la zona y el desarrollo de actividades turísticas, desde el Gobierno municipal y los operadores turísticos del departamento expresaron su rechazo a la iniciativa.

También se oponen en el Gobierno provincial e incluso así se lo hizo conocer el secretario de Ambiente y Desarrollo Sustentable y al ministro de Ambiente y Desarrollo Sostenible de la Nación.

También el intendente calingastino, Jorge Castañeda, expresó su rechazo a la iniciativa. “Tenemos un compromiso con la gente de Calingasta de defender las distintas actividades que se realizan en esta zona, como son la ganadería, agricultura, el turismo y la minería”, sostuvo el jefe comunal. Y agregó que “vamos a seguir trabajando para que no se apruebe la ley y se pueda seguir aprovechando el recurso agrícola, ganadero y turístico para todos los pobladores de Calingasta”. Manifestaron a Diario Cuyo

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Ciencia

Realizan por primera vez un reemplazo total de rodilla con tecnología robótica

Robot y equipo médico de Hospital Italiano (foto: Ansa)

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El Hospital Italiano de Buenos Aires produjo la primera cirugía de reemplazo total de rodilla con tecnología robótica realizada en el país, un procedimiento que “llegó para quedarse” porque permite intervenciones “más eficaces y una más rápida recuperación de los pacientes”. Créditos: TÉLAM

“Hemos realizado la primer cirugía traumatológica con tecnología robótica del país, con resultados satisfactorios iniciales, ya que se hizo en una hora y media, el paciente requirió solo un día internación y se fue caminando con andador”, dijo a Télam el jefe de la sección de Artroscopía y Prótesis de Rodilla del Hospital e integrante del equipo que realizó la intervención, Matías Costa Paz.

La novedad radica en la utilización del asistente quirúrgico robótico (Robotic Surgical Assistant; ROSA, por sus siglas en inglés), que constituye “una evolución en el campo de la cirugía de rodilla”.

“La robótica en cirugía ortopédica es una tecnología de avanzada que en el mundo se está viendo en los últimos seis o siete años. En Sudamérica sólo tienen este asistente robótico Chile y Brasil, y desde hace pocos días también Argentina, con la su llegada al Hospital Italiano”, agregó.

El paciente tiene 75 años, fue intervenido el 25 de agosto y ese mismo día caminó con andador, explicaron. Desde entonces se recupera favorablemente.

La tecnología recientemente incorporada asiste al cirujano en la realización de la artroplastía total de rodilla (procedimiento para reemplazar la articulación), con funciones útiles para las resecciones de hueso y evaluar el estado de los tejidos blandos, a fin de facilitar la colocación del implante durante la intervención.

Además, utiliza un sistema de datos que gestiona la creación y el seguimiento del procedimiento quirúrgico.

En el momento de la cirugía, el sistema principalmente ayuda al cirujano a determinar los ejes de alineación de referencia respecto a puntos anatómicos; planificar la ubicación de los implantes ortopédicos según estos ejes de alineación y la geometría del implante ortopédico; facilitar el equilibrio articular y colocar de forma precisa la guía de corte en relación con la ubicación prevista del implante ortopédico mediante el uso de un brazo robótico.

El equipo está compuesto por dos torres: en una de ellas se encuentra el brazo robótico que guía a los cirujanos durante los cortes, y en la otra se ubica una cámara que monitorea los sensores que se colocan en los ejes de la pierna del paciente, antes de realizar los cortes.

El equipo reconoce los dispositivos y muestra en los monitores la imagen anatómica, resaltando las áreas donde se debe hacer la intervención.

“Una cirugía convencional de prótesis primaria puede tardar entre una hora y cuarto o dos horas como mínimo, un tiempo que este robot, como toda tecnología nueva, permitirá ir disminuyendo a medida que transcurra la curva de aprendizaje y que aumente el nivel de entrenamiento”, dijo.

“Pero lo más importante es que el robot genera mayor precisión en cortes óseos para realizar una cirugía de prótesis de rodilla, permitiendo un mayor control que en la cirugía convencional de las angulaciones y la cantidad de hueso a sacar”, agregó.

Es que, en la medida en que la intervención gana en precisión “el paciente pierde menos sangre, no se trabaja el canal endomedular y no se genera tanto daño a las partes blandas”, lo que permite “mejor rehabilitación y mejor post operatorio”.

Vale decir que las principales ventajas para la recuperación de los pacientes son: internación de corta estancia, menor pérdida de sangre, períodos de recuperación breves y la posibilidad de reanudar las actividades habituales en forma precoz; al tiempo que preserva mayor cantidad de hueso y disminuye el daño de los tejidos.

Fabricado en EEUU, Costa Paz explicó que la primera generación de este tipo de asistente robótico se diseñó inicialmente “para neurocirugías”.

Posteriormente, se creó una nueva versión para operaciones de columna vertebral, a lo que ahora se suma “este software para cirugía de rodilla y mientras están desarrollando otro para operar de cadera” con la misma tecnología.

En el caso del Hospital Italiano, el robot ROSA está ubicado en un quirófano especialmente equipado con flujo laminar, un sistema de filtrado del aire que disminuye la probabilidad de infección y se utiliza en los procedimientos más complejos que se realizan en el servicio.

“No necesariamente tiene que tener flujo laminar el quirófano, que es un plus, pero tiene que ser amplio y contar con planta quirúrgica bien entrenada, incluyendo la planta circulante y las instrumentadoras”, contó.

Por otro lado, si bien descree que en un futuro los quirófanos sean sólo territorio de robots guiados remotamente por seres humanos, Costa Paz asegura que estos asistentes “llegaron para quedarse”.

“Me da la impresión de que como este robot está dando muy buenos resultados iniciales, la tecnología será cada vez mayor y también la eficacia de las cirugías, principalmente en beneficio de nuestros pacientes”, dijo.

“No obstante, considero que la parte humana no podrá estar ausente porque el robot da las posiciones del corte, pero la sensibilidad y los conocimientos anatómicos los aporta el ser humano, que es muy difícil de remplazar en su totalidad”, concluyó.

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Ciencia

Llaman a acelerar la adaptación a los efectos del cambio climático

Imagen: COP26

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El Centro Mundial para la Adaptación (GCA) llamó hoy a la comunidad mundial, desde Países Bajos, a acelerar la preparación ante las consecuencias del cambio climático, y recordó que sus efectos más intensos ya están presentes.

Esos efectos “pondrán a las personas, las comunidades y la economía mundial en peligro como nunca antes, y traerán nuevas y mayores amenazas a la biodiversidad y la salud”, advirtió en un comunicado el GCA, informó la agencia de noticias AFP.

El GCA es una organización internacional fundada en 2018 para acelerar la adaptación del mundo a los efectos del cambio climático, y la preside el diplomático coreano Ban Ki-Moon, exsecretario general de la ONU.

“La adaptación, que incluye sistemas avanzados de alerta, preparación de infraestructuras y mejoras agrícolas, no ha recibido la misma atención, recursos o nivel de acción en el terreno que la reducción de emisiones de gases causantes del calentamiento global”, según la GCA.

Unos 50 responsables políticos y especialistas climáticos y de desarrollo se congregaron hoy para un diálogo junto a Ban y la directora general del FMI, Kristalina Georgieva, con motivo de la inauguración de la sede del GCA en Rotterdam, Países Bajos.

Los participantes, entre ellos ministros, alcaldes, jefes de organizaciones internacionales y de bancos de desarrollo, reseñaron en el comunicado las medidas que, a su juicio, deben surgir de la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (COP 26) que se realizará en Glasgow, Escocia, del 31 de octubre al 12 de noviembre próximos.

Además, citaron la revisión de planes de adaptación para los cuales la ONU se comprometió a destinar 100.000 millones de dólares anuales, agregó AFP.

“Los países están listos para una nueva ambición en materia de adaptación, y están igualmente listos para un financiamiento a gran escala para la adaptación”, declaró Ban Ki-Moon.

Un informe reciente del Grupo de Expertos Intergubernamentales sobre la Evolución del Clima (GIEC) advirtió que un agravamiento de los impactos climáticos ocurrirá una década antes de lo previsto.

El mundo ya enfrentó este año eventos climáticos extremos, como quemas espectaculares en Grecia y Turquía, incendios forestales en Siberia y California, hambruna en Madagascar, inundaciones en China y Alemania y una de ola de calor histórica en Canadá, entre otros.

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