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Ciencia y Tecnologia: Diagramas que cambiaron el mundo
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From: elho  (Original message) Sent: 29/11/2010 11:01

 Diagramas que cambiaron el mundo

Hombre de Vitruvio, Leonardo Da Vinci

 

Una imagen, dice el adagio, vale más que 1.000 palabras. Y en el mundo de la ciencia, un diagrama puede describir conceptos que trascienden a la palabra escrita. Una simple imagen puede revelar el patrón que se esconde tras las palabras o las ecuaciones, dice Marcus du Sautoy.

Haz el dibujo adecuado y puedes transformar, literalmente, la forma en que vemos el mundo. Porque un diagrama es mucho más que una representación física de lo que vemos con nuestros ojos.

El poder del diagrama es cristalizar una nueva visión del mundo.

A menudo requiere dejar a un lado información, para poder concentrarse en lo que es de verdad esencial. Otras veces transforma una idea científica en un lenguaje visual ofreciendo un nuevo mapa donde las matemáticas o la geometría despegan y nos ayuda a navegar por la ciencia a nuestro antojo.

Copernico ciertamente comprendió el poder de una buena imagen.

En su gran obra De Revolutionibus Orbium Coelestium publicada poco después de su muerte en 1543, Copernico llenó 405 páginas de palabras, números y ecuaciones para explicar su teoría heliocéntrica.

Ideas revolucionarias

Pero es el diagrama que dibuja al comienzo del libro el que captura en una simple imagen su idea revolucionaria: es el Sol, y no la Tierra, el que se encuentra en el centro del Sistema Solar.

Diagrama Sistema Solar, Copérnico

Copérnico entendió como pocos el poder de los diagramas.

Su imagen encapsula algunos de los elementos esenciales de los mejores diagramas, los círculos concéntricos no tienen la función de describir la órbita precisa de los planetas.

Copérnico sabía que no eran círculos. Las distancias uniforme entre los círculos no quieren transmitir la idea de cuán lejos están los planetas del Sol. Mucho más que eso, la imagen encapsula el simple pero sorprendente mensaje de que no estamos en el centro de las cosas.

Su diagrama transformó nuestra visión del lugar que ocupamos en el Universo.

Luz como líneas

Diagrama óptico de Newton

Newton fue el primero en ver la luz como líneas.

Algunos diagramas van mucho más allá que cristalizar la estructura esencial subyacente en un sistema complejo. Un diagrama tienen el poder intrínseco de crear un nuevo lenguaje visual que permite navegar una idea científica.

Los diagramas ópticos de Newton, por ejemplo, transforman la luz en geometría.

Al utilizar la luz como líneas, Newton es capaz de usar las matemáticas y la geometría para predecir el comportamiento de luz. Era una idea revolucionaria.

Mira a la luz que ilumina el mundo a tu alrededor. No hay líneas.

El diagrama de Newton traduce la resbaladiza ciencia de la óptica al mundo concreto de la geometría, donde las matemáticas se convierten en los ojos que ven lo que ocurre con la luz.

Dar vida a un número

A veces un diagrama es un elemento crucial para hacer que la gente crea en lo imposible.

Diagrama de Argand

El diagrama de Argand ayudó a probar la existencia de los números negativos.

Los matemáticos han estado mucho tiempo luchando con la idea de la raíz cuadrada de menos uno. No parecía que existieran números en la línea de números cuya raíz cuadrada fuera negativa. Sin embargo los expertos sabían que si ese número existiera transformaría completamente su materia de estudio.

Pero ¿dónde estaba ese número?

Fue un dibujo realizado de forma independiente por tres matemáticos a comienzos de siglo XIX lo que otorgó vida a la existencia del número.

Crearon un mapa biodimensional de números donde los números que habíamos conocido desde los tiempos de los antiguos griegos se escribían de izquierda a derecha a lo largo de un eje horizontal, mientras que los nuevos números imaginarios, como la raíz cuadrada de menos uno, se extendía de forma vertical de arriba a abajo.

Denominado el diagrama de Argand, en honor a uno de sus creadores, la imagen ayudó a los matemáticos a creer en estos nuevos números.

No sólo eso, el diagrama fue una potente herramienta a la hora de manipular los números ya que la geometría del diagrama reflejaba el algebra subyacente que los números representaban.

Visualizar datos

Uno de los usos más poderosos de los diagramas ha sido la visualización de datos. Dado que vivimos en una época que genera enormes cantidades de información numérica, buscar maneras de encontrar sentido a estos números es esencial.

Una de los primeras en utilizar el mundo visual para navegar entre los números fue Florence Nightingale.

Muertes en Crimea, de Florence Nightingale

Nightingale creó el famoso gráfico de tarta tan utilizado hoy en día.

Aunque más conocida por sus contribuciones al mundo de la enfermería, sus grandes logros fueron matemáticos. Ella fue la primera en usar la idea de un gráfico circular para representar datos.

Nightingale descubrió que la mayoría de las muertes de Crimea eran resultado de las pésimas condiciones sanitarias más que a los caídos en batalla. Ella quería convencer al gobierno de la necesidad de una mejor higiene en hospitales.

Pero se dio cuenta de que presentando simplemente los números era poco probable que impresionara a los ministros. En cambio, si esos números fueran traducidos a una imagen, su diagrama de las Causas de Mortalidad en el Ejército en el Este no podría ser ignorado.

Un buen diagrama, Nightingale descubrió, vale ciertamente mucho más que mil números.

Una de las fortalezas de esos diagramas es que trascienden el lenguaje. Pueden ser leídos y entendidos por personas en todo el planeta.

Esa es la razón por la que cuando lanzamos la primera nave espacial al Sistema Solar en 1972, los científicos concluyeron que el diagrama era probablemente nuestra mejor apuesta para comunicarnos con la vida inteligente que hubiera en el espacio.

Frank Drake y Carl Sagan crearon el que quizás sea el diagrama por excelencia, un grabado que fue adherido a la sonda espacial Pioneer que comunicaría en lenguaje visual quiénes somos y de dónde venimos.

Es improbable que alguien o alguna cosa haya recidibo nuestro primer mensaje en el espacio exterior, pero cuando lo hagan, el diagrama será sin duda la mejor forma de decir "¡Hola!".

El diagrama para el más allá

 

1. La imagen de una mujer y un hombre desnudos podría carecer de significado para un tipo de forma de vida muy diferente a la nuestra.

2. Simulando la imagen de Copérnico del Sistema Solar, Sagan y Drake dibujaron una imagen de otros planetas que incluye a Plutón.

3. Una imagen de la sonda espacial Pioneer al final de una línea que proviene del tercer planeta del Sistema Solar le indicará a los extraterrestes de dónde viene el mensaje.

4. Los números en la placa Pioneer son binarios, una línea vertical para 1 y una horizontal para O. Los números en los planetas indican la distancia desde el Sol.

5. Hay más números binarios. Nosotros escribímos los números en decimal porque tenemos diez dedos. Pero suponemos que los aliens tienen una anatomía distinta, por lo que se usaron otros números.

6. La estrella en el mapa localiza el Sol. Las líneas radiales localizan los púlsares, estrellas que emiten radiaciones electromagnéticas regulares. El número binario muestra su frecuencia.

7. Esto es una unidad de medida de tiempo y distancia. El círculo representa un átomo de hidrógeno. Cuando el electrón cambia de estado corresponde a una onda con una frecuencia de 1,420 megaherzios y una longitud de onda de 21 centímetros. Éstas no son las unidades de medida del diagrama.

8. La imagen del transbordador espacial Pioneer da a los extraterrestes una idea de la altura de los humanos en relación a la nave.

9. La altura de la mujer es binaria: 1.000 unidades de longitud. La unidad de longitud es 21 centímetros ya que corresponde a la longitud de onda del átomo de hidrógeno cuando cambia de estado. Como 1.000 es 8 en binario, la altura de la mujer es 8x21cm=168cm.



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From: radiohornero Sent: 12/03/2017 14:41
Tienda de relojesEl reloj es una de las cosas que ayudaron a moldear la Economía moderna.

En 1845, le añadieron un detalle curioso al reloj de la iglesia de St John en Exeter, Inglaterra occidental: otra manecilla que se movía con 14 minutos de atraso con relación a la original.

La razón, como explicó el semanario local, era "una cuestión de gran conveniencia pública", pues le permitía al reloj mostrar "el horario de los trenes así como la hora correcta en Exeter".

El reloj de la Tierra, la Luna y el Sol de la Catedral de ExeterDerechos de autor de la imagenGETTY IMAGESImage captionEl reloj de la Tierra, la Luna y el Sol de la Catedral de Exeter data del siglo XV.

El sentido humano del tiempo siempre ha sido definido por el movimiento planetario.

Empezamos a hablar de "días" y "años" desde mucho antes de que supiéramos que la Tierra rota sobre su eje y que orbita el Sol; de la Luna creciente y menguante concebimos la idea del mes. El tránsito del Sol por el cielo nos dio palabras como "mediodía".

Sin embargo, el momento exacto en el que nuestra estrella alcanza su cenit depende, por supuesto, del lugar desde el que lo estemos mirando. Si estás en Exeter, lo verás unos 14 minutos después que alguien que esté en Londres.

Cuando los relojes se volvieron comunes, la gente, naturalmente, los ajustó de acuerdo a sus observaciones celestiales locales.

Eso no era problema si necesitabas coordinar citas con tus vecinos: si estás en Exeter y acuerdas reunirte con alguien que está ahí a las 7 p. m., no importa si en Londres -a 300 kilómetros de distancia- piensan que son las 7:14 p. m.

Pero apenas un tren conectó a Exeter con Londres -deteniéndose en otras múltiples ciudades, todas con su propia idea de qué hora era-, se toparon con una pesadilla logística.

Reloj en la estación de Waterloo.Derechos de autor de la imagenGETTY IMAGESImage captionLos relojes en las estaciones mostraban la "hora correcta" en el lugar en el que se encontraban.

Las primeras tablas con los horarios de los trenes valientemente le informaban a los viajeros que "la hora de Londres es unos 4 minutos más temprano que en Reading, 7 y medio minutos anterior a la de Cirencester...". Y claro,muchos quedaban completamente confundidos.

Lo peor, no eran sólo los pasajeros sino también los conductores y encargados de la señalización los que no entendían, aumentando el riesgo de accidentes.

Es por eso que los ferrocarriles adoptaron el "horario del tren": lo basaron en el Greenwich Mean Time -GMT-, dictado por el famoso observatorio en el barrio londinense de Greenwich.

Algunas autoridades municipales rápidamente notaron cuán útil era estandarizar el tiempo en todo el país, y ajustaron sus relojes.

Otras resintieron esa imposición de la metrópolis, y se aferraron a la idea de que su tiempo era -como decía el semanario de Exeter, no sin cierto encanto- "el tiempo correcto".

Por varios años, el deán de Exeter rehusó cambiar la hora del reloj de la catedral de la ciudad.

Ilustración de la catedral de Exeter que llevaba un tren del siglo XIXDerechos de autor de la imagenGETTY IMAGESImage captionIlustración de la catedral de Exeter que llevaba un tren del siglo XIX, cuando aún la hora del tren y la de la catedral no era la misma.

La hora precisa

De hecho, no existe "la hora correcta".

Como el valor del dinero, se trata de una convención cuya utilidad se deriva de la aceptación generalizada de los otros.

Lo que sí existe es la hora precisa o exacta.

Esa data de 1656, y se lo debemos a un holandés llamado Christiaan Huygens.

Había relojes antes de Huygens, por supuesto. Los antiguos egipcios y los persas del Medioevo tenían relojes de agua; otros marcaban el paso del tiempo con marcas en velas.

No obstante, hasta los artilugios más precisos se desfasaban hasta en 15 minutos al día.

Eso no importa mucho si eres un monje que quiere saber cuándo empezar a rezar. Pero la incapacidad de medir el tiempo con precisión tenía una importancia económica enorme cuando se trataba de la navegación.

Gráficos con cálculosDerechos de autor de la imagenGETTY IMAGESImage captionSaber dónde estabas era cuestión de vida o muerte, y para los que habían invertido en tu viaje, de pérdidas y ganancias.

Observando el ángulo del Sol, los marinos podían calcular su latitud: el lugar en el que estaban entre el norte y el sur.

Pero la longitud -entre este y oriente- era algo que tenían que adivinar. Y cuando adivinaban mal, atracaban en lugares a cientos de kilómetros de donde debían estar, en el mejor de los casos. En el peor, chocaban y naufragaban.

¿Cómo ayudaba saber la hora precisa?

¿Te acuerdas por qué la hora de los relojes de Exeter difería 14 minutos de la de Londres, a 300 kilómetros?

Si sabes que son las 12:00 GMT, puedes observar el Sol en donde estés, calcular la diferencia del tiempo y deducir la distancia.

El reloj de péndulo de Huygens era 60 veces más preciso que cualquiera de los anteriores.

Reloj de HuygensDerechos de autor de la imagenMUSEUM OF SCIENCE AND INDUSTRY,Image captionUn gran avance, pero con sus problemas.

Aunque no lo suficiente. Además, los péndulos no se balancean muy bien en la cubierta de un barco.

Los reyes de las naciones marítimas estaban muy conscientes del problema con la longitud y ofrecían premios por resolverlo, algo que finalmente logró un inglés llamado John Harrison, con un aparato que perdía sólo dos segundos al día.

Para qué tanta exactitud

Desde la época de la intransigencia del deán de Exeter, el mundo entero acordó adoptar una "hora correcta", el tiempo universal coordinado, o UTC, mediado por varios husos horarios.

Usualmente, las zonas correspondientes a los husos mantienen la convención de que el mediodía es vagamente cercano al cenit del Sol.

Pero no siempre: desde que Mao Zedong declaró que toda China tendría la misma hora que Pekín, los residentes del occidental Tíbet y Sinkiang han escuchado las campanadas de sus relojes anunciando que son las 12:00 poco después del amanecer.

reloj en casaDerechos de autor de la imagenGETTY IMAGESImage captionNos fueron quitando la excusa de que "mi reloj está atrasado".

Entretanto, desde Huygens y Harrison, los relojes se han vuelto mucho más precisos. El UTC lo dan relojes atómicos, que miden oscilaciones de los niveles de energía de electrones. Su desfase es de menos de un segundo cada cien millones de años.

¿Para qué se necesita tanta exactitud? No planeamos nuestros días en milisegundos. La verdad es que los relojes de pulsera muy exactos siempre han sido artículos que denotan prestigio no practicidad.

Pero hoy en día hay lugares en los que los milisegundos importan.

El tiempo es dinero

Uno de ellos es el mercado bursátil: se pueden ganar fortunas explotando una oportunidad de arbitraje un instante antes que los competidores.

Es tan importante para los que juegan a la bolsa que unos financieros calcularon recientemente que valía la pena gastar US$300 millonesperforando montañas entre Chicago y Nueva York para colocar cables de fibra óptica en una línea ligeramente más recta. Eso aceleró la comunicación para los intercambios entre las dos ciudades en tres milisegundos.

Ante eso, es razonable cuestionar si esa es la infraestructura más socialmente útil que tal cantidad de dinero podría haber comprado, pero la obra ya está hecha.

Chica llevándose el relojDerechos de autor de la imagenGETTY IMAGESImage captionVámonos con nuestro tiempo a otra parte.

El mantenimiento preciso del tiempo universalmente aceptado también es importante para las redes de computación y comunicaciones.

Pero quizás el impacto más significativo del reloj atómico -como lo fue primero con los barcos y luego con los trenes- ha sido en los viajes.

Para ir por el camino correcto

Hoy en día, nadie necesita navegar guiado por el ángulo del Sol: tenemos GPS.

El más básico de los teléfonos inteligentes puede localizarte recogiendo señales de una red de satélites: debido a que sabemos donde debe estar cada uno de esos satélites en el cielo en un momento dado, triangulando sus señales te dice dónde estás en la Tierra.

Es una tecnología que ha revolucionado todo, desde la navegación hasta la aviación, la topografía y el senderismo. Pero sólo funciona si la hora en todos esos satélites es la misma.

Sombrero con cara de reloj si se ve por arribaDerechos de autor de la imagenGETTY IMAGESImage caption¿Un sombrero para mostrarle a los satélites qué hora es?

Los satélites GPS suelen llevar cuatro relojes atómicos, hechos de cesio o rubidio.

Huygens y Harrison no podrían haber ni imaginado algo tan preciso y sin embargo aún no es suficiente: pueden identificar mal tu posición por un par de metros.

Es por eso que los automóviles de conducción automática necesitan sensores, además de GPS: en la carretera, un par de metros es la diferencia entre mantenerse en el carril y una colisión frontal.

Mientras tanto, los relojes continúan avanzando: los científicos han desarrollado recientemente uno basado en un elemento llamado iterbio, queno habrá perdido más de un centésimo de segundo cuando el Sol muera y se trague la Tierra, en unos 5.000 millones de años.

¿Cómo podría esta precisión extra transformar la economía de ahora en adelante?

Sólo el tiempo lo dirá.


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