Las preguntas de Iria (episodio 2) ¿Por qué la gente de Australia no se cae?

- "Papá, si la Tierra es redonda… ¿la gente en Australia o en Sudamérica vive boca abajo? ¿Y no se caen?", preguntó Iria mientras giraba el globo terráqueo e imaginaba a los habitantes del Hemisferio Sur “colgando” boca abajo o directamente cayendo al espacio infinito. 

¿Sabías que esta pregunta la hacen muchas personas, grandes y pequeñas? Tiene todo el sentido: si imaginamos la Tierra como una bola flotando en el espacio, y dado que nosotros estamos en el Hemisferio Norte (que es, desde luego, la parte de "arriba"), parecería que la gente que está “abajo” debería vivir boca abajo... o caer al vacío. Pero, ¿qué pasa realmente? Vamos a descubrirlo.

¿Qué es ‘abajo’?

Lo primero que debemos entender es que “abajo” no es una dirección universal que apunta siempre al mismo lugar en el espacio. Para cada persona sobre nuestro planeta, “abajo” es la dirección hacia el centro de la Tierra, porque es hacia donde actúa la fuerza(*) de la gravedad. Igual que para cada persona "arriba" significa la dirección que apunta a lo que está encima de su cabeza.

La gravedad es una fuerza atractiva que la Tierra ejerce sobre todos los objetos, dirigiéndolos hacia su centro de masas. Por eso, sin importar en qué punto del planeta estemos, “abajo” será siempre hacia ese centro.

Simple pero eficaz gráfico de lo que significa "Arriba" y "Abajo"
el ‘abajo’ es según tu ‘debajo’ y el suelo se encarga del resto.

Ni nosotros ni los habitantes del Hemisferio Sur sentimos que estamos “boca abajo” porque nuestro cuerpo siempre sabe dónde está el “abajo” real: hacia el centro de la Tierra. Desde que nacemos, la gravedad tira de nosotros hacia el suelo, así que nos “pegamos” a la superficie, sin importar en qué parte del planeta estemos.

No estamos en el borde de algo que se termina; estamos sobre la superficie de una esfera enorme. En realidad, estamos “cayendo” hacia el centro de la Tierra todo el tiempo, pero el suelo nos detiene y nos sostiene para que no nos hundamos.

Un detalle curioso es que la gravedad actúa con una fuerza ligeramente distinta en nuestros pies y en nuestra cabeza, porque están a diferentes distancias del centro de la Tierra. Esa diferencia, aunque pequeña, se siente como una tensión que produce cansancio muscular. Por eso, cuando nos tumbamos, reducimos esa diferencia y le damos un descanso al cuerpo.

Un posible origen de la confusión

Cuando representamos la Tierra en una esfera no podemos evitar confundir los conceptos "Hemisferio Norte" con "arriba" y "Hemisferio Sur" con "abajo"; pero esto es totalmente incorrecto. Como hemos dicho, el concepto físico, es decir real, de “abajo” no depende de dónde esté el norte o el sur en el mapa, sino de dónde estamos nosotros con respecto al centro del planeta. Por eso, para alguien en Australia, su “abajo” es justo hacia adentro, al centro, igual que para nosotros aquí.

Map Mundi en proyección Gall-Peters.
Una representación más proporcional de las áreas, con el Sur arriba.

¿Y ya puestos, qué significan Norte y Sur?

Ya hemos aclarado que decir que un Hemisferio de la Tierra, o de cualquier planeta, está "arriba" es sencillamente absurdo. Aun así llamamos a cada hemisferio de un planeta, separados por su ecuador, "Norte" y "Sur". ¿Cómo elegimos cuál es cuál? 

Cuando hablamos del polo norte y el polo sur de un planeta, nos referimos a los dos puntos donde su eje de rotación (esa línea invisible alrededor de la cual gira sobre sí mismo) atraviesa la superficie. El polo norte es, por convención, el extremo desde el que el planeta parece girar en sentido contrario a las agujas del reloj, y el polo sur, el extremo opuesto. Es una definición práctica, no una verdad del Universo, que funciona aunque el planeta esté al revés, como Venus... pero eso ya lo contaremos otro día.

Para pensar y reír un poco (Gracias Quino, por todo)

¿Conoces a Mafalda? En una famosa tira se da cuenta de que los argentinos viven "del revés", con todos los problemas que eso supone. 

Tras varias tiras, en las que todos los maravillosos personajes de Quino se la pasan boca abajo discutiendo sobre  el tema, Mafalda encuentra la solución perfecta dándole la vuelta al globo.

Y es que, en realidad, todos tenemos nuestro propio “arriba” y “abajo” según dónde estemos. Así que, la próxima vez que veas a Australia o Argentina “del revés” en un globo terráqueo, recuerda: ¡ellos también te ven a ti igual de patas arriba!

(*) Nota para puristas

Sí, ya sabemos que la gravedad posiblemente no sea una fuerza, sino una manifestación de la curvatura del espacio-tiempo causada por la concentración de energía. Reconocido queda para los tikismikis.

Las preguntas de Iria: ¿Puedo comprar un láser rosa?

Los láseres están en todas partes: en los lectores de discos, en las cirugías de precisión y hasta en espectáculos de luces impresionantes, aunque ya sabéis que nuestros láseres favoritos son los astronómicos que usamos para apuntar a las estrellas. Pero cuando Iria me preguntó un día si podíamos comprar un láser rosa para no tener que usar siempre nuestro viejo puntero verde, se encontró con una desagradable sorpresa: no, no se puede fabricar un láser rosa. ¿Por qué?

¿Qué es un láser y cómo funciona?

La palabra "laser" es un acrónimo del inglés Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation, que significa "amplificación de luz por emisión estimulada de radiación". En términos sencillos, un láser es un haz de luz extremadamente ordenado: si pensamos en la naturaleza ondulatoria de la luz observamos que las ondas de un láser tienen todas la misma frecuencia (o igual longitud de onda) es decir que tienen el mismo color -monocromático-; oscilan en sincronía -coherente- y se propagan en una sola dirección sin dispersarse -colimado-.

Esquema básico de un Láser
1 Medio con inversión de población    2 Alimentación energética del láser
3 Espejo de reflectancia 100%  4 Espejo de reflectancia 99%  5 Emisión de luz láser

Para generar un láser se necesita un material activo (1), como un gas, un cristal o un semiconductor, que pueda ser excitado (2) para emitir luz en una frecuencia específica (5), este efecto está basado en un concepto cuántico llamado inversión de población. En cuanto al color de la luz emitida, los láseres de helio-neón emiten luz roja (632.8 nm), los de argón pueden emitir en azul o verde, y los de diodo se usan en múltiples aplicaciones con colores ajustables.

La clave: frecuencia, fase y polarización

El color de un láser, que no es más que la interpretación de nuestro cerebro a un estímulo externo, está determinado por la frecuencia de la luz que emite. Cada color que percibimos corresponde a una frecuencia (o longitud de onda) específica en el espectro electromagnético visible. El rojo, por ejemplo, tiene longitudes de onda más largas (alrededor de 700 nm), mientras que el azul tiene longitudes de onda más cortas (cercanas a 450 nm). Un láser, al ser monocromático, solo emite en una de estas longitudes de onda. 

Seguramente sea útil recordar que la frecuencia y la longitud de las ondas electromagnéticas están relacionadas por c = ν λ donde c es la velocidad de la luz, ν es la frecuencia y λ la longitud de onda, por lo que podemos hablar indistintamente de una o de la otra.

Además de la frecuencia, la fase y la polarización son propiedades fundamentales de la luz láser. La fase describe en qué punto de su ciclo de oscilación se encuentra una onda en un momento dado. En un láser, todas las ondas están sincronizadas en fase, lo que contribuye a su coherencia y permite interferencias constructivas que refuerzan la intensidad del haz. En la luz de una bombilla tenemos diversas frecuencias y fases, lo que interpretamos como luz blanca; en un led todas las ondas tienen la misma longitud de onda pero no están en fase, lo que interpretamos como luz de un determinado color; solo en el láser las ondas tienen todas igual frecuencia y están sincronizadas en fase.

La polarización, por su parte, se refiere a la orientación de la oscilación del campo eléctrico de la luz. En la luz ordinaria, las ondas vibran en todas direcciones, pero en un láser, la polarización puede controlarse para que las ondas oscilen en un solo plano o en una combinación específica de planos, lo que resulta útil en aplicaciones científicas y tecnológicas avanzadas.

En una onda electromagnética las oscilaciones del campo eléctrico E y del campo magnético B son perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación de la onda v. En el caso del láser todas las ondas tienen la misma dirección de propagación (colimado) y las oscilaciones eléctrica y magnética de cada onda están exactamente en los mismos planos (polarizado).

¿Por qué no hay láser rosa?

El problema con el color rosa es que no tiene una longitud de onda correspondiente. En realidad, el rosa no existe en el espectro visible como un color puro, sino que es una combinación de luz roja y azul o violeta. Nuestro cerebro interpreta esta mezcla como "rosa" o "magenta", pero no hay una frecuencia única de luz que corresponda a ese tono. Lo sentimos mucho pero el rosa NO es un color. 

No hay Rosa aquí :-(

Como los láseres solo pueden emitir en una única frecuencia, no pueden producir el rosa directamente. Para obtener luz rosa, se necesitaría mezclar luz de diferentes frecuencias, algo que ocurre en pantallas o mediante fuentes de luz convencionales, pero no con un solo láser.

Iria y su láser rosa :-)

Así que, aunque no podamos fabricar un láser rosa puro, podemos seguir explorando los límites de la luz y la física para crear combinaciones sorprendentes. Por cierto, os vamos a retar con esta pregunta: Si la luz láser es como os hemos contado, solo deberíamos ser capaces de ver su reflejo, un punto en el que rebote; pero cuando apuntamos el láser astronómico a las estrellas vemos todo el rayo, ¿cómo es esto posible? Habrá premio para los acertantes :-)

Y una última cosita: recordad que los láseres astronómicos solo se deben utilizar para apuntar a las estrellas, nunca a las personas, aviones ni cualquier otro objeto o ser vivo. Los punteros láser astronómicos pueden causar daños irreversibles en la vista. Seamos simplemente razonables. Gracias.