la frase del mes

"La física es como el sexo. Seguro que tiene una utilidad práctica, pero no es por eso que lo hacemos" Richard Feynman

De por qué los meteorólogos no dan una. El efecto mariposa

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El tiempo mañana quizá. Y pasadomañana, tal vez. Pero al tercero empezamos a desconfiar del parte meteorológico y nada nos asegura la infalibilidad de las predicciones. No es que los meteorólogos necesiten un repaso de los conocimientos supuestamente adquiridos, no tengan ni idea o no se esmeren lo suficiente con sus modelos; sencillamente, la predicción meteorológica es imposible por naturaleza propia. Y no penséis que el motivo radica en la cantidad de parámetros a tener en cuenta -dificultad nada desdeñable-: las ecuaciones que describen la dinámica atmosférica os sorprenderían por su simplicidad y no imaginaríais, al primer vistazo, que debajo de su aspecto manejable e inocente se esconde el segundo varapalo que el siglo XX ha propinado a la filosofía de la ciencia desde que ésta es ciencia.

El determinismo asesinado por el aleteo de una mariposa


La física se ha arrogado hasta el siglo pasado la pretenciosa capacidad de predecir con total exactitud cuanto fenómeno estudiara. Su mentalidad se habría resumido en algo así como:

"Mídame usted las condiciones iniciales del sistema, que con mis ecuaciones le predigo qué le sucederá dentro de un segundo o mil años si hace falta; y no dude que si cometo algún error es sólo porque usted no ha medido con total exactitud"*

La Física Cuántica reduce a términos de probabilidades el poder predictor de la física imponiendo restricciones sobre la precisión de medida de las magnitudes necesarias para predecir. Es decir, las ecuaciones cuánticas nos informan de qué es probable que suceda y en qué medida. Pero no aseguran nada con total determinación. PRIMER VARAPALO.

¡ Cracka !


Claro que la cuántica nace como física de las átomos, las partículas... lo muy pequeño. A nuestro tamaño, sus efectos se enmascaran y la probabilidad se convierte en seguridad. Parece que podemos seguir escribiendo fórmulas perfectas que predigan sin titubeos cuanto suceda a nuestro alrededor: la fórmula para el movimiento de un coche, la fórmula para el movimiento de un péndulo, la fórmula para esto, la fórmula para lo otro... pero resulta que algunas de ellas, no necesariamente difíciles, presentan un problema insalvable: caoticidad. SEGUNDO VARAPALO.


¡ Craka ! ¡ Craka !


Por caótico entendemos desordenado e impredecible. Matemáticamente, una de las características fundamentales del caos es la sensibilidad a condiciones iniciales. Seguro que alguna vez habéis jugado al billar y comprobado que hasta la tirada más sencilla, como darle directamente con la blanca a cualquier otra bola, puede terminar en una situación completamente distinta a la que deseabais a poco que os equivoquéis al darle. Cuando se os presente la ocasión, probad una tirada, cualquiera, la más simple e intentad repetirla exactamente: la mínima diferencia en la fuerza de tiro, el ángulo, el lugar en el que golpea el taco la bola, la posición que ocupa en reposo antes de que la golpee -es decir, lo que en el argot llamamos las condiciones iniciales-, producirá, si bien no en los primeros instantes, con el tiempo una considerable divergencia de la nueva trayectoria de la bola con respecto a la que intentéis reproducir, es decir, que la segunda tirada acabará por no parecerse en nada a lo que os hubiese hecho ganar la apuesta.

Algo así explica Jeff Goldblum en Jurassic Park del tito Spielberg, sólo que él recurre a la trayectoria de dos gotas de agua deslizándose sobre la mano de Laura Dern mientras intenta seducirla, método que no puedo emplear con mis compañeras de carrera porque seguramente sepan tanto o más que yo de caos, lo cual es fácil.

"Dios crea a los dinosaurios, dios destruye a los dinosaurios, dios crea al hombre,

el hombre destruye a dios, el hombre crea a los dinosaurios" Ian Malcolm


Edward Lorenz, físico meteorólogo, modelizó el clima mediante tres ecuaciones diferenciales no lineales que, al margen de detalles técnicos, encierran la esencia del caos, por lo que nuestro modelo del clima no nos permite predecir a tiempos largos. Imagínese que para predecir qué tiempo hará mañana necesitamos conocer la temperatura, la presión, la humedad, esto, lo otro... es decir, el conjunto de condiciones iniciales, y las introducimos en nuestras fórmulas, que generan una trayectoria, lo que significa que nos dirán el tiempo de mañana, de pasado, del otro... tenemos una predicción. Ahora bien, la medición jamás es exacta, se halla sometida a errores, fluctuaciones: los aparatos de medida son imperfectos y miden condiciones iniciales despreciablemente diferentes a las verdaderas. Pero ese despreciablemente es más que suficiente para un sistema caótico. Introducimos nuestras medidas en las expresiones y generan una nueva trayectoria, lo que significa que también nos dirán el tiempo de mañana, de pasado y del otro... sin embargo, dada la caoticidad del sistema, el tiempo predicho para cada día será diferente al real, porque el clima ha evolucionado a partir de unas condiciones iniciales diferentes a las que hemos medido, por muy bien que las hayamos medido.



Es como la mesa de billar. Intentad repetir una primera tirada, la que sea por simple que sea; quizá al principio se parezca mucho a la original, pero al primer, segundo o tercer rebote comenzará a ser totalemente diferente. Todo depende de cuánto difiera con respecto a la primera tirada la forma en que habéis golpeado la bola con el taco la segunda vez, cuanto más diferente, más temprano se hará patente que la trayectoria de la bola no es igual a la que siguió en la primera tirada. Es incontrolable por definición.


Igual sucede con el clima. Cuanto menores sean los errores en la medición de las condiciones iniciales, más se retrasa el caos en actuar, en separar la predicción de la realidad. Es por ello que las predicciones de los meteorólogos son tanto más fiables cuanto más inmediatas. El tiempo predicho para esta tarde, para mañana... se parecerán mucho al que finalmente tengamos; pero no les pidáis a los meteorólogos que nos aseguren sol para dentro de una semana porque es imposible. Es incontrolable por definición.


Las ecuaciones de Lorenz, no sólo aplicadas al clima, sino a cualquier sistema caótico, como por ejemplo láseres, dibujan el llamado Atractor de Lorenz. No me detendré aquí a explicar terminología de mecánica teórica y caos, pero os lo muestro porque posiblemente sea el origen del nombre popular dado al Efecto Mariposa. Que una mariposa bata las alas en Nueva York y en las antípodas se cree un huracán magnifica de forma amarillista la principal característica del caos, la sensibilidad a las condiciones iniciales: la evolución de un sistema -el clima, las bolas de billar o las gotas de agua recorriendo la piel de Laura Dern- se vuelve magníficamente impredecible y diferente por ínfimas que sean las modificaciones efectuadas sobre sus parámetros de inicio.

Además de la sensibilidad a condiciones iniciales, el caos se caracteriza por su aperiodicidad absoluta, lo que imposibilita la predicción incluso dentro de una misma trayectoria. Ningún conjunto de condiciones tienen que ver con las anteriores, ni con las siguientes. Otra forma de caracterizarlo es mediante la fractalidad en el espacio de fases -en el que se dibuja la mariposa de Lorenz. Pero el resgo de la sensibilidad a condiciones iniciales es más que suficiente para disculpar al hombre del tiempo.

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*Ejemplo: con la posición y la velocidad de un coche en un instante dado, podemos afirmar con total seguridad dónde estará dentro del tiempo que queramos.

¿Por qué se me pega el arroz?

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Uno de los resultados probables a la hora de preparar por ejemplo, una paella, es que se te acabe quemando el arroz. Como siempre, la experiencia es un factor a tener en cuenta pero si eres novato agradecerás cualquier explicación que te ayude a asegurar el éxito.

Veamos, lo que nosotros realizamos es una cocción del arroz por lo que llevamos el agua a su punto de ebullición y una vez ahí la temperatura se mantiene constante.

Como en cualquier cambio de estado (sólido-liquido-gas) la temperatura no variará hasta que consigamos que todas las moléculas se pasen de bando y esto es un proceso costoso. Calentar agua es algo que requiere un tiempo pero conseguir que el cazo se evapore ya es otro cantar. En realidad nos aprovechamos de este factor para poder cocinar los alimentos ya que mientras tenga agua el alimento las temperaturas no subirán mucho mas de 120ºC * y evitaremos que la temperatura se nos dispare con un trágico resultado.


Que mejor manera de ver esto, que en un video que os hemos preparado (niños, no hagáis esto en casa):




Por tanto, al preparar la paella el agua se empieza a evaporar y el arroz a cocerse, en este punto debemos regular la potencia o cantidad de gas ya que mientras se mantenga la ebullición
no conseguiremos aumentar la temperatura total** aunque trabajáramos con sopletes, lo único que lograríamos sería que se evaporara más rápido.

Según el tipo de arroz utilizado el tiempo variará junto con la proporción de arroz/agua, pero para evitar que se nos carbonice la parte inferior habrá que estar atentos a que siempre quede algo de agua en el fondo. Lo ideal es cortar el aporte de calor poco antes de que se avapore toda el agua ya que siempre hay una inercia térmica motivo por el cual se oye la frase de dejar al arroz reposar.

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*Las temperaturas son aproximadas, además no es lo mismo hervir con agua pura que con sal u otras sustancias ya que el punto de ebullición aumenta. Esto se relaciona con el antiguo post de Super-refrigeracion casera pero lo ampliaremos con más detalle en un futuro.

**Si aportamos mucho calor y las condiciones dificultan el movimiento natural de convección disipar ese calor será imposible y lo que este en contacto con el metal (sin agua de por medio) acabara qumándose. Por eso las lentejas también se pegan.

El termómetro que utilizamos en el video mide la temperatura gracias al sensor de infrarojos, cualquier cuerpo por estar a una temperatura emite una radiación de mayor o menor energía, es por ello que metales se ponen alrojo vivo ya que al aumentar mucho la energia su radiación entra dentro del espectro visible.

Si en vez de cocer estamos friendo, el cocinado es mas rápido ya que la Tª de ebullición del aceite suele estar en torno a los 200ºC.