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miércoles, 31 de marzo de 2010
Día internacional de Ada Lovelace
Gravedad e información Cuantica
Según algunos estudios teóricos la gravedad emergería de la información cuántica. Esto de que la información cuántica juegue un nuevo papel en la gravedad quizás ayude a encontrar un camino hacia la unificación de diversas ideas en Física.
Hace unos meses Erik Verlinde, de la Universidad de Amsterdam, propuso que la gravedad puede que aparezca como propiedad emergente de la interacción de elementos más simples. Verlinde sugería que la gravedad es meramente una manifestación de la entropía del Universo. Su idea se basa en la segunda ley de la Termodinámica, que dice que la entropía siempre crece en un sistema cerrado. Según su sugerencia, las diferencias de entropía entre distintas partes del Universo generan una fuerza que redistribuye la materia de una manera que maximiza la entropía y que esta fuerza es a la que llamamos gravedad.
Quizás lo más interesante de esta aproximación es que simplifica dramáticamente el andamiaje teórico que soporta la Física Moderna. A pesar de que tenía limitaciones, pues, por ejemplo, sólo predice la gravedad Newtoniana, también tenía ventajas, como la capacidad de dar cuenta de la magnitud de la energía oscura, valor con el que las teorías convencionales han estado luchando todo este tiempo.
Pero probablemente lo más importante del trabajo de este físico sea la idea poderosa de que la gravedad es esencialmente un fenómeno de información.
Ahora, Jae-Weon Lee, de la Universidad de Jungwon (Korea del Sur), y sus colaboradores han conseguido relacionar la teoría de la gravedad einsteniana a partir de la idea de información cuántica y lo han hecho tomando un camino ligeramente distinto al de Verlinde.
En el corazón de esta idea está la difícil cuestión sobre qué pasa con la información cuando entra en un agujero negro, algo que ha estado intrigando a los físicos desde que Hawking se fijó en el problema. Después de varias décadas, y alguna que otra apuesta, no hay un consenso sobre si la información desaparece o está en algún sitio.
Una cosa es segura, y es lo que se afirma en el principio de Landauer: el borrado de un bit de información siempre aumenta la entropía del Universo en una cierta cantidad y requiere una específica cantidad de energía mínima.
Jae-Weon y colaboradores asumieron que este proceso de borrado puede ocurrir en el horizonte de sucesos de un agujero negro. Si es así, el espacio-tiempo tiene que organizarse a sí mismo de una manera que maximice la entropía en el horizonte. Es decir, se genera una fuerza al estilo de la gravedad.
Esto es interesante por varias razones. Estos físicos asumen la existencia de espacio-tiempo y su geometría y simplemente preguntan sobre de qué forma debe empezarse a borrar la información. Además relacionan gravedad e información cuántica por primera vez. En los últimos años muchos resultados en Mecánica Cuántica han apuntado a un aumento de la importancia del papel que la información parece jugar en el Universo.
Algunos físicos están convencidos de que las propiedades de la información no provienen del comportamiento de los portadores de información como los fotones o electrones, sino que la información en sí misma es el cimiento fantasmal sobre el cual en Universo es construido.
Hasta ahora la gravedad rondaba alrededor de esta idea, pero sin haber encontrar una relación teórica. Ahora al saberse que la información puede jugar también un papel fundamental en la gravedad puede que se allane el camino hacia algún tipo de unificación entre Mecánica Cuántica y Relatividad General, algo con lo que se ha estado soñando desde hace muchas décadas sin conseguirlo.
Un paso más hacia la fotosíntesis artificial
Un nuevo catalizador nos acerca un poco más hacia la meta de producir
hidrógeno de manera barata a partir de la luz del sol sin la mediación caras
células fotovoltaicas. *
Desde hace décadas se experimenta con catalizadores que permitan obtener
hidrógeno a partir del agua y la luz del sol. El sistema sería muy sencillo,
en presencia de luz solar el agua activada por un catalizador se dividiría,
produciendo burbujas de hidrógeno y oxígeno que podrían ser utilizados como
combustible o para producir electricidad. Por desgracia, pese a que algunos
funcionan, no parece que sean muy eficientes o económicos. Sin embargo, con
los actuales problemas de crisis energética y cambio climático, este tipo de
tecnología ha recibido un nuevo impulso y empiezan a aparecer resultados
nuevos y prometedores.
Uno de los resultados más recientes al respecto viene de una colaboración
entre la Universidad Emory y el Instituto de Química Molecular de París. Han
logrado desarrollar un nuevo catalizador de este tipo (o WOC en sus siglas
en inglés) que permite la producción de oxígeno, y que sería más económico y
rápido que otros desarrollados con anterioridad. El logro fue publicado en
Science el pasado 11 de marzo. Algunos sistemas que se desarrollaron en el
pasado permitían solamente la producción de hidrógeno, mientras que el
oxígeno se combinaba con el catalizador destruyéndolo en el proceso, por lo
que al cabo de un tiempo la producción de hidrógeno se detenía. Encima
algunos de estos catalizadores estaban basados en elementos caros como el
platino.
Para que un catalizar WOC sea viable necesita ser selectivo, estable y
rápido. Además la homogeneidad también es deseable, ya que aumenta la
eficacia y hace que el catalizador sea más fácil de estudiar y optimizar. El
nuevo catalizador tiene todas estas cualidades y está basado en un elemento
como el cobalto que no es muy escaso en la corteza terrestre. Potencialmente
podría ayudar al desarrollo de la energía solar.
La idea de este tipo de catalizadores es imitar la fotosíntesis, que se
produce de manera natural en las plantas, para producir combustibles de una
manera limpia.
El próximo paso de este grupo de investigadores consistirá en la
incorporación de este tipo de catalizador en un sistema de fotólisis de agua
alimentado por energía solar. A largo plazo la meta es producir oxígeno e
hidrógeno a partir del agua y cuya combinación en una célula de combustible
produciría electricidad. El hidrógeno también podría ser utilizado como
combustible en una máquina térmica o para la producción de otros
combustibles. En el balance final no habría emisión de gases de efecto
invernadero, obteniéndose otra vez agua como producto final.
Los desafíos técnicos principales para lograr un sistema de producción de
energía de este tipo son el desarrollo de un colector de luz solar, un
catalizador para producir oxígeno tipo WOC (como el recientemente
conseguido) y un catalizador para producir hidrógeno. Los tres componentes
necesitan ser mejorados, pero el catalizador tipo WOC es el más difícil de
conseguir. El objetivo de estos investigadores era conseguir un catalizador
WOC libre de estructura orgánica, debido a que los componentes orgánicos se
combinan con el oxígeno y se autodestruyen en el proceso.
Las enzimas son catalizadores naturales, pero las enzimas naturales que
forman parte del sistema fotosintético de las plantas son las menos estables
de la Naturaleza y unas de las de más corta vida debido a que realizan la
función más dura de todas.
Craig Hill, de la Universidad de Emory y participante en el proyecto, dice
que han logrado duplicar este proceso natural mediante el copiado de las
características esenciales de la fotosíntesis y usándolas en un sistema
sintético libre de carbono. El WOC que han conseguido es mucho más estable
que su correspondiente enzima natural.
Hasta ahora se han desarrollado unos 40 catalizadores de tipo WOC, pero
todos ellos tenían serias limitaciones, como el contener componentes
orgánicos que se oxidaban durante el proceso.
Hace dos años este mismo grupo de investigadores desarrollaron un
catalizador homogéneo, rápido y libre de carbono pero que estaba basado en
rutenio, que es un elemento escaso y caro. A partir de entonces han
experimentos con cobalto, que es mucho más abundante (no tanto como creen
los investigadores) y barato que el rutenio. Este nuevo catalizador ha
demostrado incluso ser más rápido que el basado en rutenio.
Salu2 a tod@s y Feliz cumpleaños a Marcelo Barrios
Mr. Moon
La vida es un 10% como viene y un 90% como la tomamos.