Categoría: Ciencia

Artículos de divulgación científica.

La física del sonido orquestal

Publicado por Iñaki a las 9:00 Sábado 19 de julio de 2014
Dublin Philharmonic Orchestra. Autor: Derek Gleeson. Fuente: Wikimedia Commons.

Dublin Philharmonic Orchestra. Autor: Derek Gleeson. Fuente: Wikimedia Commons.

La disposición de una orquesta sobre el escenario se entiende históricamente por adición paulatina. A partir del cuarteto de cuerda, multipliquemos las voces para obtener una orquesta de cuerda. Oboes y trompas dan color; quizás un par de timbales al fondo para reforzar ciertas partes. Las trompas se hacen a un lado para dejar sitio a más viento madera: flautas, fagotes y clarinetes; detrás, las trompetas. Los trombones son excelentes para determinados efectos, hasta que se convierten en miembros de pleno derecho gracias a Schubert. Tuba, más y más percusión —en general, más de todas las voces—, y finalmente obtenemos la gran orquesta romántica que seguimos manteniendo hoy en día.

Las variaciones dentro de este marco responden a diferentes criterios. Hay criterios más objetivables, principalmente acústicos, como el de agrupar los graves en la misma zona derecha (desde la perspectiva del director y el público) donde se sitúan tradicionalmente cellos y contrabajos. Otros son más subjetivos y pueden venir de parte del director o el compositor. En cualquier caso, no se decide a la ligera: se deben tener muy en cuenta las interrelaciones, a todos los niveles, existentes entre todos los instrumentos, puesto que una mala disposición, como veremos en el caso de las trompas, puede tener consecuencias catastróficas.

Continúa leyendo mi última aportación al Cuaderno de Cultura Científica.

Es bien conocido que, habitualmente, los trompistas que se quejan amargamente al ser colocados delante de los timbales. ¿Hay alguna razón de ser en esto? Las trompas tienen una peculiaridad importante. Así como el resto de instrumentos de viento, por construcción, se tocan con la campana orientada hacia adelante (trompeta, clarinete, etcétera) o hacia arriba (fagot, tuba), un trompista sostiene su instrumento de esa forma tan característica, con la campana hacia el lado derecho y ligeramente hacia atrás, con la mano en su interior. Esto las hace un blanco perfecto en el que las ondas sonoras procedentes de sus compañeros de atrás —percusionistas todos— impactan con dureza. Pero, ¿realmente esto puede perjudicar de alguna manera al intérprete? Tenemos una causa probable; ahora necesitamos un mecanismo físico que nos dé una explicación del posible fenómeno.

horn-375368_600

Los tubos de los instrumentos, en la dirección boquilla-campana, tienen dos propósitos fundamentalmente. El cuerpo actúa como un resonador para producir las diferentes notas. La campana, por su parte, suaviza el paso del aire del cuerpo al exterior y mejora la radiación del sonido; la proyección, diría un músico. Este elemento, en apariencia insignificante, es muy importante sin embargo. Las paredes del instrumento imponen unas restricciones obvias al paso del aire, mientras que, al salir del instrumento, estas desaparecen. La campana no hace otra cosa que hacer esta desaparición más progresiva, a esto nos referimos con suavizar. De esta forma, se evitan en la medida de lo posible efectos turbulentos indeseados en la circulación del aire. Un instrumento de viento sin campana es percibido por el ejecutante como más duro, con mayor resistencia a la emisión.

Como nota al margen, ¿por qué una flauta travesera no tiene —no necesita— campana entonces? Muy sencillo: el aire no fluye —principalmente— por el cuerpo, sino que la mayor parte rebota en la boquilla y sale por el mismo bisel por el que se introduce. Es ahí donde hay que tratar de suavizar la salida.

Volviendo a la trompa, ¿cómo actúa el cuerpo de un instrumento en la dirección opuesta a aquella para la que está pensado? Pues fundamentalmente igual: la campana recoge, adapta, suaviza —esta vez, del espacio libre hacia el interior, como una oreja o una trompetilla para sordos—, y el cuerpo transmite las vibraciones hacia la boquilla. Serían estas perturbaciones en la propia boquilla las causantes del malestar de los intérpretes. Podemos encontrar numerosos testimonios —como el del afamado Gunther Schuller, trompista y autor de un tratado de referencia para este instrumento— que reportan que el golpeo de un timbal produce cortes y carraspeos en las notas emitidas por el trompista, se siente «como un puñetazo en la boca» y puede afectar a la resistencia del propio músico.

¿Hasta qué punto esto es así? ¿Son los trompistas unos quejicas? Nada de eso: hay datos científicos que lo confirman. Se trata del trabajo The effect of nearby timpani strokes on horn playing, publicado este mismo año en el Journal of the Acoustical Society of America. Dicho trabajo está centrado en dos propósitos: hallar la función de transferencia a la inversa —dirección campana-boquilla— de una trompa (enseguida pasamos a explicar qué diablos es esto) y estudiar el efecto del golpeo de un timbal en diferentes parámetros del sonido del instrumentista, como la amplitud, estabilidad y afinación.

La función de transferencia es un concepto muy potente y útil para físicos e ingenieros. Sin entrar en muchos detalles, se trata de la descripción matemática de cómo un sistema, visto como una caja negra de la que no nos importa qué hay dentro y qué hace, afecta al paso de algo a través del mismo. Más concretamente, es lo que sale de un sistema cuando a la entrada hemos puesto un pulso instantáneo de amplitud infinita (que además tiene nombre: Delta de Dirac). Esto es así porque, si analizamos matemáticamente dicho pulso, vemos que tiene el mismo nivel de energía a todas las frecuencias posibles, por lo que poseemos la información completa y perfecta de nuestro sistema: qué le hace a cualquier frecuencia que se le introduzca.

Pero un momento, un momento… ¿he dicho «pulso instantáneo de amplitud infinita»? ¿Cómo es posible eso? Evidentemente, no lo es: es una descripción matemática, no física. Lo mejor que tenemos en la realidad es un golpe muy corto y muy fuerte. En el caso que nos ocupa, el sistema, la caja negra, es la trompa. La entrada es la campana y la salida es la boquilla. Por tanto, para medir su función de transferencia, basta con producir un sonido —un ruido, un golpe, mejor dicho— fuerte y breve, y grabar y analizar qué llega a la boquilla. ¿Os suena a algo? ¿A golpe de timbal, quizás?

Los resultados del estudio muestran sin lugar a dudas que la trompa recoge y comprime las ondas de presión sonoras (recordemos que el tubo es cónico) hasta llegar a la boquilla, donde se da una ganancia de hasta 26 dB. Esto es, las vibraciones se van intensificando considerablemente al viajar hacia la boquilla. No es que estemos fabricando energía de la nada, al contrario; de hecho, hay pérdidas. Lo que ocurre es que partimos de una superficie muy grande, la campana, que recoge energía y la transmite hasta una superficie muy pequeña, la boquilla. Y, por supuesto, los autores han comprobado que los efectos en el trompista pueden ser muy perjudiciales: irregularidades en la amplitud del sonido que persisten durante segundos, desafinaciones y notas que llegan a cortarse si el matiz es piano, consecuencias que se ven acentuadas cuando la nota del timbal es próxima a la que produce la trompa —cosa que sucede habitualmente—.

Y he aquí lo prometido. Se hace evidente que conseguir un buen sonido orquestal tiene más ciencia detrás de lo que pudiera parecer en un principio, y eso que lo descrito aquí es tan solo una pincelada de todos los problemas que surgen al tratar de coordinar y combinar decenas de instrumentos tan diferentes entre sí. Espero que, la próxima vez que asistáis a un concierto de música clásica —y, en general, de cualquier tipo—, estos detalles sean un añadido a vuestra experiencia a la hora de valorar y disfrutar de la música.

La investigación científica: un símil

Publicado por Iñaki a las 12:20 Viernes 18 de julio de 2014

(Esta anotación se publica simultáneamente en Naukas)

El saber humano es como una casa con multitud de habitaciones. Unas son más grandes, otras más pequeñas, pero todas tienen su encanto. La mayor parte de las personas se pasean con desinterés, otras con displicencia, por un pequeño conjunto de salas. Otras van de aquí para allá, como abejitas, contando a todo aquel con el que se cruzan lo que sucede en las otras habitaciones. Los más raritos, incluso, le cogen cariño a una en concreto y hacen de ella su sala de estar.

Esta casa, nuestra casa, tiene unas cuantas peculiaridades. Por ejemplo, las habitaciones no tienen dueño ni puertas, y son todas exteriores. Aunque, realmente, esto da igual, porque tampoco hay ventanas. Tan solo está el muro exterior, compuesto de multitud de materiales: algunas zonas son de cartón, otras de madera, ladrillo e incluso de acero… pero es imposible distinguirlas, puesto que todo él está pintado de un solo color.

Pues bien, la investigación científica consiste en entrar en una habitación, acomodarte en ella, escoger un rinconcito del muro exterior y darle cabezazos hasta hacer un agujero. Con la convicción de que, por supuesto, detrás habrá más muro del mismo color aburrido.

Y, a pesar de todo, la casa, nuestra casa, ha pasado a ser un poquito más grande, y ese momento es impagable.

Sobre Podemos, ciencia y democracia

Publicado por Iñaki a las 9:00 Lunes 2 de junio de 2014

La historia va más o menos así. Materia publica una entrevista a Pablo Echenique-Robba (@pnique de aquí en adelante, que es más corto), científico y flamante europarlamentario de Podemos, titulada «En la izquierda a veces la gente se vuelve anticientífica». En ella, @pnique expresa su opinión sobre algún tema en concreto —en particular, transgénicos—, pero mantiene la razonable postura de que en último término, en democracia, es la gente la que decide. Seguidamente, se publica una colaboración en Naukas sobre dicha entrevista que genera un encendido debate y un aluvión de comentarios. Seguidamente y a raíz de esto, @pnique publica un artículo de opinión en Materia titulado «La ciencia y la política, esa extraña pareja».

Mientras tanto —al mismo tiempo que todo lo anterior, quiero decir—, las discusiones se enzarzan en Twitter, Facebook… y el tema sigue. Y en un momento dado, la estupefacción provoca que un servidor de ustedes suelte una ristra de tweets que quizás no se entiendan muy bien tan sinténticamente y por separado. Por ello, los reúno aquí y los comento.

Naukas es una gran familia a la que me siento muy honrado de pertenecer. Formamos un conglomerado de personas de muy diversos ámbitos del conocimiento, pero a la vez con un interés común en defender los valores del escepticismo y la divulgación del conocimiento científico. Esto forma un caldo de cultivo muy enriquecedor, puesto que nos alimentamos unos a otros con una gran cantidad de conocimientos transversales, fuera de nuestra pequeña parcela de conocimiento, que nos serían más difícilmente alcanzables por separado incluso buscándolos activamente.

Pero ojo, entre nosotros y círculos afines, creo que estamos empezando a asociar científico a transversalidad de conocimientos. Parece que damos por hecho que el científico medio es un ser debidamente informado del estado de la ciencia en su conjunto, y no: hay que darse cuenta de que esto no es lo habitual. Por el contrario, lo habitual en ciencia hoy en día es el gran especialista en un campo muy reducido, pero totalmente ignorante de otras disciplinas —y añado: sin ningún interés en otras disciplinas—. Por tanto, no está ni mucho menos a salvo del pensamiento irracional sobre otras ramas del saber. Nadie lo está, ni siquiera en su propia rama, y los casos se cuentan por docenas.

Dicho esto, no me parece que @pnique se haya mostrado irracional y magufo en las opiniones vertidas en los diversos foros. Desde el principio me ha parecido cauto y, aun dejando entrever posturas propias, apela siempre al electorado. Pero señores, es lo que le toca: es un representante político y se debe al programa electoral de su partido por encima de opiniones personales particulares —democracia, lo llaman—. Bien es cierto que ha tenido algunos comentarios desafortunados, pero es algo inevitable: lo están bombardeando por todos los frentes y él comete el error de contestar a todo. Nadie sin experiencia aguanta a flote tal paliza dialéctica sin meter la pata un par de veces.

Otra cosa que quizás olvidamos. Llega un partido nuevo que, tanto a los que le han votado como a los que no, nos ilusiona porque parece que ha empezado a romper una tendencia parasitaria en el sistema democrático español. Y leemos en la lista: P. Echenique, científico. Y nos emocionamos; un poquito. ¿Ciencia por fin en un partido? No —mejor dicho, no tiene por qué—: @pnique no está ahí para aportar una base científica a Podemos; @pnique está ahí porque simpatiza con la causa. Y la causa principal de este movimiento es el bipartidismo anquilosado, no lo olvidemos.

Ahora bien, @pnique no deja de ser un científico, un científico que creo que se muestra racional y abierto al diálogo. Habrá cosas en las que esté equivocado, pero es que ni sabe de todo ni tiene por qué saber de todo. Por tanto, en vez de destruir, vamos a intentar construir. Vamos a ayudar, a aportarle conocimientos que pueda emplear desde su tribuna para educar al electorado y luchar contra posturas anticientíficas. Sí, ya sé que tú lo harías mejor, igual que confeccionar la alineación de tu equipo favorito para ganarlo todo, pero démosle una oportunidad antes de crucificarlo por esta o aquella opinión aislada que pueda mantener en estos momentos.

Sería maravilloso poder votar a un partido de izquierdas sin maguferías en su programa, lo sé. Y ver sangre nueva con un científico entre sus filas ilusiona, ciertamente. Pero tampoco hay que olvidar que Podemos no es de @pnique, sino que @pnique es de Podemos. Me ha dado la sensación esta tarde de que aquí no se va nadie de Twitter hasta que @pnique se convenza de esto y aquello y arreglemos el programa electoral de Podemos en materia científica. Lamentablemente, esto no funciona así.

Esa es otra: aunque @pnique fuese un megacientífico con un estado del arte perfectamente claro y actualizado de todas las ramas del saber, no podría —no debería, más bien— votar como tal. Como decía más arriba, un representante se debe a su electorado y a su programa, y debe proceder en consecuencia, porque estamos en DE-MO-CRA-CIA. Lo otro, con lo que muchos hemos fantaseado alguna vez, se denomina tecnocracia y es harina de otro costal, camisa de once varas.

Y a pesar de ser un representante político en una democracia, su formación de científico y su actitud abierta le da una ventaja. A saber, tiene la capacidad y las herramientas para informarse de todo hecho científico susceptible de cambiar nuestras vidas a través de cierta política, y tiene la visibilidad necesaria para llegar a un gran número de personas, educar y convencer. Todo esto para que, en último término, su programa y sus electores le demanden que actúe con base científica. No al revés, o al menos no en democracia.

Edito a posteriori: se me había pasado incluir el siguiente fragmento del propio @pnique, que resume la esencia de lo que quiero transmitir con todo lo anterior.

Ciencia rigurosa y de calidad.
Divulgación y pedagogía para que llegue a la mayor cantidad de gente de un modo inteligible.
Democracia informada por los puntos anteriores.

Termodinámica de la estupidez

Publicado por Iñaki a las 13:23 Domingo 1 de junio de 2014

Las gilipolleces ni se refutan ni se destruyen, solamente se crean y se transforman.

José María Mateos, PhD (AKA @Rinze, PhD)

en esa cosa que utiliza como excusa para no arreglar su blog, y que no nombraré ni enlazaré.

La opinión de la gente sobre un hecho es irrelevante

Publicado por Almudena a las 13:06 Sábado 31 de mayo de 2014

Iba a twittearlo… pero este vídeo me ha parecido tan bueno que quiero guardármelo permanentemente como una entrada del blog. Efectivamente: no existe debate sobre el cambio climático porque el cambio climático es un hecho. Da igual lo que la gente opine, o desee: la Tierra se está calentando, según todas las evidencias científicas, a causa de la actividad humana, punto —la muy desconsiderada, ganando temperatura a loco, sin escuchar lo que dicen en el bar de al lado—.

Las opiniones que ponen en cuestión este hecho son, o bien extremadamente minoritarias (menos de un 3% de la comunidad científica que, por lo que sé, no pone en duda el cambio climático sino que, más bien, se muestra conservadora respecto a su origen antropogénico), o bien están desinformadas y son irrelevantes. El día en que esta irrelevancia salga de los medios, el día en que el primo de Rajoy, sencillamente, no tenga un micrófono del que aprovecharse, estaremos ante una información imparcial, de calidad y objetiva. Ese día, por fin, podremos empezar a debatir sobre lo único debatible en el cambio climático: qué hacer al respecto.

(Vi el vídeo gracias a Txema Campillo)

Inflación cósmica: quizás el próximo Nobel de Física

Publicado por Iñaki a las 18:33 Lunes 17 de marzo de 2014

Hace unos minutos, desde el Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, se anunciaba un importante descubrimiento en materia de cosmología: a falta de que el telescopio espacial Planck confirme el resultado en unos meses, el experimento BICEP2 ha obtenido la primera prueba directa de la inflación cósmica y las primeras imágenes que obtenemos de los efectos de las ondas gravitacionales. Los padres de tal concepto están de enhorabuena, puesto que probablemente dentro de no mucho sean galardonados con el Nobel.

Esto significa que Algunas de las hipótesis cosmológicas más atrevidas sostienen que el universo observable es tan solo una pequeña mota de polvo en un multiverso —como lo llaman algunos— o un heteroverso —como acuñan otros quizás más apropiadamente— mucho mayor, con montones de universos no conectados con el nuestro, cada uno con su propio Big Bang y sus propias constantes físicas.

Si pudiéramos imaginar el heteroverso, tendría más o menos esta pinta, y nuestro universo sería una púa de la estructura.

Si pudiéramos imaginar el heteroverso, tendría más o menos esta pinta, y nuestro universo no sería más que una púa de la estructura.

[Añadido del 19 de marzo. Gracias a Mario Herrero por sus explicaciones] Sin embargo, las teorías cosmológicas más aceptadas hoy en día establecen que el Universo es una especie sopa de falso vacío en el que se produjo un Big Bang seguido de un periodo de inflación. Dicha inflación se detuvo por zonas inconexas (con las mismas leyes físicas y sin que nada, en teoría, evite que en algún momento entren en contacto), siendo nuestro universo observable una de ellas. Por tanto, estaríamos dentro de una burbuja dentro de un Universo enorme y lleno de burbujas.

La inmensidad de lo que vemos es tan solo una pequeña burbuja dentro de una gran sopa.

La inmensidad de lo que vemos es tan solo una pequeña burbuja dentro de una gran sopa.

En cualquier caso, como dice César Tomé,

Los humanos aprendimos dolorosamente que la Tierra no era el centro del Universo, ni tampoco lo era el Sistema Solar; nuestra galaxia es solo una más. Este descubrimiento, de confirmarse, implicaría que el universo que vemos con sus cientos de miles de millones de galaxias, sería sólo un trozo infinitesimal de un universo mucho mayor cuya extensión, estructura y evolución es incognoscible; no solo eso, más allá de este universo podría haber infinitud de otros universos surgiendo continuamente. Es la cura de humildad definitiva.

El porqué de Giordano Bruno en COSMOS

Publicado por Iñaki a las 15:23 Miércoles 12 de marzo de 2014

Perdonad que resulte repetitivo hoy, pero leo con interés el debate que ha suscitado la inclusión de la historia de Giordano Bruno, más o menos maquillada para la ocasión, en el primer capítulo de Cosmos: A Spacetime Odyssey. Lo cuenta Francis en Qué pinta Giordano Bruno en el nuevo “Cosmos”.

En primer lugar, no estoy de acuerdo con Francis en que se mienta. Creo que queda meridianamente claro que

  1. Giordano Bruno no era un científico ni hacía ciencia, sino un religioso, y acertó de chiripa.
  2. sus ideas del espacio infinito no son originales, sino que tenían muchos siglos. Se cuenta precisamente cómo surgieron a partir de un libro de Lucrecio.
  3. fue quemado por sus ideas —religiosas— fuera de los cánones establecidos, por osar dudar de la interpretación de las escrituras de las autoridades eclesiásticas.

Y en segundo lugar, mucho más importante —y aquí viene el porqué de Giordano Bruno—, no se presenta un debate entre ciencia y religión. Si hiciesen eso, en un país como EEUU, la ciencia tendría todas las de perder. Mucho mejor que eso: se presenta un debate entre religión y religión que acaba en tragedia, y la ciencia viene después, en su blanco corcel, a deshacer tanto desatino, a proporcionarnos conocimiento real sobre el mundo. Desde este punto de vista, para mí lo bordan con Bruno y demuestran mucha mano derecha. Es un WIN-WIN en toda regla: las religiones acaban mal paradas por sí mismas y la ciencia aparece como solución con elegancia, sin entablar enfrentamiento directo.

Por supuesto, esto es especulación, ya que no puedo saber el verdadero motivo de los creadores. Sea como fuere, este es el poso que a mí me ha dejado y, por ello, creo que no podrían haber estado más acertados.