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La nanotecnología, como su nombre mismo dice nace de la unión del prefijo nano y el sustantivo tecnología. Por tanto, va de la tecnología de lo muy pequeño, al menos esa será una primera aproximación.

El tamaño es básico en la nanotecnología, pues la unidad básica de esta ciencia es el nanómetro (nn) que equivale a la mil millonesima parte de un milímetro, es decir 0′000000001 mm. Más o menos una longitud 80000 veces más pequeña que el diámetro de un cabello humano.

Por tanto, sepamos que el prefijo nano delante de una palabra nos indica que se estudia desde sus componentes más pequeños. Ejemplos: nanotubos, nanopartículas, nanoelectrónica, nanomedicina, .. Parece que está de moda esta palabra de origen griego.

Podríamos pensar que la química ya trabaja con componentes pequeños, entonces ¿a qué viene ahora con esta palabreja?

Los químicos sí que han trabajado con átomos desde que en 1808 Dalton postulase su existencia, pero lo han hecho desde el punto de vista macroscópico y global, es decir siguiendo de lejos las reacciones de los componentes del interior de un tubo de ensayo. La nanociencia seguiría estos procesos pero a una escala atómica de manera individual, entendiendo, manipulando y actuando sobre un átomo en particular. La diferencia es abismal. Se pasa a tratar no ya con el conjunto de los reactivos sino con sus componentes indivuales.

Tema interesante donde los haya éste de la nanotecnología. Si queréis profundizar y no os asusta el inglés, aquí tenéis un enlace al CRN (Center for Responsible Nanotechnology).
 

ciencia nanotecnología

Siempre he considerado la Física como algo digno de ser estudiado. De hecho, mi pequeña biblioteca debe tener algo más de 100 volúmenes de divulgación científica en los que se tratan temas tan dispares como la primera medición del radio y ecuador terrestre, la teoría de la relatividad y sus consecuencias, las biografías de los principales científicos y matemáticos de la Humanidad, … y así, un sinfín de conocimientos interesantísimos para mí -of course!-, que en su día me entretuvieron enormemente y que, de manera indirecta, ampliaron mi horizonte de de intereses por otras áreas del conocimiento que desembocó, entre otras, en mi fascinación por los fractales y la teoría del Caos.

Soy profesor y disfruto explicando aquellos conocimientos que tan buenos recuerdos me traen a la memoria. De hecho, su temática poco o nada tiene que ver con las asignaturas que imparto, pero cada uno tiene sus predilecciones a la hora de entretenerse y culturizarse. Está claro que mi interés por la Física y la ciencia es más bien tardío, si no hubiera encaminado mi culturización profesional por esos derroteros.

Me gusta explicar y crear contenidos, pero cuando encuentro buenos contenidos en la Red y además de calidad, considero que conviene compartirlos con mis lectores y promocionar esos autores, en este caso profesionales del tema.

Si ya está hecho, no tiene sentido crear mi propio contenido. Es más decente que os descarguéis el pdf en cuestión, realizado por especialistas en la materia sobre la persona de Einstein y su obra, titulado Selección del Omnia Especial Einstein, de Mensa España de abril de 2005, un documento de 30 hojas interesantísimo sobre los principales logros de tan genial científico.

Moraleja: aparte de en la librería, también el la Red hay documentación digna de ser leída

ciencia física

Generaciones

La existencia de generaciones de ordenadores se debe al avance tecnológico que conlleva la investigación y a la constante que se repite una y otra vez en la fabricación de componentes electrónicos:

fabricar más pequeño, que funcione más rápido y coste menor

Primera Generación

Es evidente que los cálculos realizados por los ordenadores consisten en una secuencia de operaciones lógicas y los investigadores de esta época intentaron la construcción de un interruptor electrónico que solucionara el problema.

Esto dió lugar al relé, instrumento de conexión que fue utilizado al comienzo de esta generación pero que no obtuvo el interés que en un principio se esperaba ya que su funcionamiento no era totalmente eléctrico con lo cual los errores aparecían con mucha frecuencia.

El problema se solventó con la aprición de la válvula, cuyo funcionamiento era totalmente electrónico y más rápido. Parecía que ya no había problemas, sin embargo, la válvula consumía grandes cantidades de energía, era de coste muy elevado y la enorme cantidad de calor que generaban junto con gran tamaño causaban gran cantidad de problemas técnicos.

Esta primera generación de ordenadores dura hasta 1955, fecha en la cual se revoluciona el mundo de la Informática con el uso masivo del transistor.

Segunda generación

Ya he mencionado anteriormente que el invento del transistor se debió a William Shockey que en 1948 lo anunció en el New York Times y 8 años más tarde consiguió junto con su equipo de investigación formado por John Bardeen y Walter Brittain el Premio Nobel.

La invención del transistor anunció otra nueva generación de ordenadores caracterizada como no por:

1. reducción del coste de fabricación
2. tamaño reducido con lo que se ahorraba espacio
3. rendimiento superior a su predecesor

Todo esto influyó de manera decisiva a la difusión de la Informática en todo el mundo, pudiéndose instalar en lugares donde la investigación y desarrollo del ordenador podía ser fundamental, tales como Universidades, centros militares y el ámbito bancario-comercial.

La rapidez y la seguridad en los cálculos era algo fundamental y se consiguió con el transistor hasta mediados de la década de los 60, momento en que apareció otro tipo de interruptor electrónico conocido por todos nosotros.

Tercera generación

En esta generación que comienza en 1965 se reducen el tamaño de los transistores de forma considerable reuniéndolos en un chip de silicio cuyas dimensiones no son mayores del tamaño de una uña y con capacidad para 250.000 transistores.

Estos transistores siguen proporcionando su función de interruptores. Con la posibilidad de miniaturiazar los transistores e introducirlos en un chip se consiguió que un microordenador actual pueda realizar una función, miles de veces más rápida que un ordenador de la primera generación.

Sin entrar en el tema de tamaños y de superreducción de costes ya se podía presagiar las enormes ventajas que el chip iba a proporcionar.

Cuarta generación

Es a mitad de la década de los 70 cuando aparecen los LSI o circuitos de alto nivel de integración, consiguiéndose mayor potencia, disminución de tamaños y costes y la posibilidad de que los ordenadores estén al alcance de todo el mundo.

Quinta generación

Es la etapa actual y a pesar de no haber ningún interruptor nuevo, la constante

fabricar más pequeño, que funcione más rápido y coste menor sigue repitiéndose hasta la saciedad

El traspaso de la cuarta a la quinta fue un paso lento, irregular, nada seguro; pues cuando estábamos en la cuarta decíamos que en la quinta los ordenadores se programarían solos, aprenderían de sus errores, tendrían la capacidad de decidir por ellos mismos y todas esas cosas que vemos en las películas de ciencia ficción y es que estamos todavía muy lejos de conseguir nada por el estilo, a pesar que los avances realizados respecto a la anterior generación son incontables y sorprendentes; pero seguimos con el chip y los LSI, haciéndolos cada vez más pequeños y más rápidos.

¿Hasta cuándo? Según los científicos nos quedan entre 10 y 20 años a lo sumo para llegar al techo de la miniaturización, ya que llegado ese tope nos encontraremos con dificultades insalvables debido a la proximidad de los componentes en el interior de los chips, y nuestra tecnología no podrá superar esos problemas impuestos por la Física, con lo cual sólo nos quedará otra vía que es la conexión paralela de microprocesadores para así crear ordenadores con una capacidad de cálculo cada vez mayor, cerebros cibernéticos formados por multitud de CPU’s conectadas entre sí; vamos, que llegado el caso, es posible que la totalidad de los ordenadores del mundo conectados entre sí gracias al cable puedan realizar sus tareas con la ayuda de los recursos disponibles de las CPU’s que trabajan a medio gas en esa araña que es la Red.

¡Me parece que me he pasado con la visión! ¿O no?

En fin, cada 10 años ha habido una invención que ha marcado un punto y aparte en la Informática. Pero viendo acabada la década de los 80 y como transcurría la de los 90 nos pudimos dar cuenta que la fantasía de los escritores de ciencia ficción va muy por delante de la tecnología y no 10 ni 20 años sino años luz. El salto de pasar de los LSI a que los ordenadores piensen es un salto de kilómetros para una hormiga y así se sintieron los científicos cuando se dieron cuenta que la quinta generación no se crearía por la invención del interruptor mágico que todo lo soluciona sino por la tecnología informática nacida a raíz del uso, consumo y flexibilidad del chip para con los humanos y sus inmediatas aplicaciones:

Internet, la integración de Internet en la sociedad y de la sociedad con Internet, los portátiles, los PDA’s, los emuladores, los monitores de cuarzo, el ahorro de energía, el hard inalámbrico, los CD-RW , el DVD, el estudio del caos, el poder de la comunicación, la tv por cable, las telecomunicaciones, las parabólicas, la domótica, las pantallas táctiles, la telefonía móvil, etc.

Debido a todo esto y a mucho más, podemos decir que estamos en esta quinta generación y que como si del barco de Chanquete se tratase:

¡no nos moverán!

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Introducción

La tarea fundamental de algunos de los físicos actuales consiste en la teoría de la unificación; unificación de las cuatro fuerzas de la naturaleza en una sóla teoría que las comprenda a todas.

Se han unificado 3 de las originarias 5 fuerzas, si contamos la electricidad y el magnetismo por separado, y se cree que en el principio del Universo, cuando toda la masa y energía estaba concentrada en un punto inperceptible (Big Bang), nada más hubo una fuerza que se dividió en varias manifestaciones al disminuir la energía de las partículas una vez producido el estallido.

Las 4 fuerzas de la naturaleza son:

La fuerza gravitatoria

Descubierta por Isaac Newton en el s. XVII y conocida por todos como "atracción gravitatoria" o simplemente "gravedad".

Fue la primera en ser descubierta y sufrimos sus efectos diariamente: al levantarnos de la cama, al caminar, cuando se nos caen las cosas de las manos, cuando llueve, … Su campo de trabajo es amplísimo, pues no se salva nada de cuanto existe. Los siguientes ejemplos están firmados por esta fuerza:

Los primeros experimentos los realizó Galileo en la famosa Torre de Pisa. Todo, absolutamente todo se ve afectado por la atracción gravitatoria, incluso la luz se curva por efecto de la gravedad; hecho que fue comprobado en un eclipse total de sol al medir la desviación sufrida por alguna de las estrellas cuya luz vemos pegada a la corona solar, pero situada realmente detrás del astro rey. Vale decir que todos los objetos por el hecho de tener masa ejercen fuerza gravitatorias sobre todos los que tienen a su alrededor.

La fuerza electromagnética

Produce atracción entre partículas, como la "atracción gravitatoria", pero también repulsión debido a la existencia de cargas eléctricas positivas y negativas.

Hasta la 1ª mitad del s.XIX se consideraban 2 fuerzas distintas e independientes: la eléctrica y la magnética. Tras los estudios y trabajos de científicos como Oersted, Faraday, Maxwell y muchos otros, se consiguió la unificación.

No afecta a todos los cuerpos como la gravedad, pues los hay con carga neutra.

La fuerza nuclear débil

Actúa en distancias realmente ínfimas, las distancias subatómicas. Descubierta en el s.XX, se diferencia de la gravitatoria y la electromagnética en que su alcance no es infinito sino muy reducido, pero comparativamente posee una intensidad muy superior a ellas.

Hace su aparición en la desintegración Beta (ß) de algunos compuestos radioactivos. En las últimas décadas del pasado milenio se demostró, en el marco de la mecánica cuántica, que la fuerzas electromagnética y nuclear débil son dos manifestaciones de una sóla fuerza: la fuerza electrodébil, con lo que realmente podríamos afirmar que no hay 4 sino de momento 3 fuerzas fundamentales.

Para entender este concepto es preciso recordar que los núcleos atómicos están constituidos de protones y neutrones. De paso añadiremos que los protones y los neutrones están constituidos por 3 quarks.

¿Qué es un quark"

Los quarks son partículas elementales, que no solamente forman al protón, sino a toda una serie de familias de otras partículas. Combinaciones de tres quarks forman los bariones (como el protón) y combinaciones de un quark y un anti-quark forman la famila de los mesones. Los quarks sienten la fuerza nuclear fuerte, pero no se encuentran libres en la naturaleza. Siempre están en estados ligados con otros quarks ya sea en un barión o en un mesón. La teoría de los Quarks fue elaborada en 1963 por los físicos Murray Gell-Mann y Yuval Ne’eman. Fue Gell-Mann quien dió el nombre de ‘quarks’ a estas partículas. La palabra no tiene significado alguno y salió de una frase de un libro del escritor James Joyce. Poco tiempo después de lanzada la hipótesis de los quarks, experimentos realizados en los laboratorios de Fermilab (en EEUU) y CERN (en Ginebra) comenzaron a dar evidencia experimental sobre su existencia.

Un protón está hecho de 2 quarks de tipo U y 1 quark de tipo D y un neutrón está hecho de 1 quark de tipo U y 2 quarks de tipo D. ¿Cuál es la diferencia entre el protón y el neutrón? Pues simple, con un quark tipo U a uno tipo D, convertiremos un protón en un neutrón.Pues justamente esto es lo que ocurre en la naturaleza cuando entra en acción la fuerza nuclear débil. Un quark tipo U cambia a uno tipo D por medio de la interacción débil. Las otras dos partículas que salen son un anti-electrón y un neutrino.

La fuerza nuclear fuerte

Actúa sobre los componentes de los núcleos atómicos atrayéndolos para que éste no pueda descompensarse por la intensa fuerza electromagnética de repulsión a la que se ven sometidos los protones (cargas positivas). Recordar que los protones se repelen como consecuencia de la fuerza electromagnética. Como consecuencia de ello, la fuerza con más intensidad de las 4 es la nuclear fuerte, siendo su alcance también del orden subatómico.

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La constante de gravitación universal, denominada G, tiene un valor de 6.67*10^-11 (N*m²)/kg² y su valor fue establecido por primera vez por el físico inglés Henry Cavendish en 1798.

Newton ya se refirió a ella en su famosa Ley de la Gravitación Universal, pero no fue hasta 100 años más tarde cuando Cavendish pudo cuantificarla.

F->fuerza de atracción de 2 cuerpos

Cavendish, colgó de un hilo, una varilla en cuyos extremos puso unas bolitas de masa conocida. Suspendió el hilo al techo y puso al lado de cada bolita una gran bola, también de masa conocida. Pretendía medir la fuerza de atracción gravitatoria entre la bola pequeña y la grande … y al final lo consiguió.

Con este dato, los de las masas de las bolas y la distancia que las separaba, pudo calcular G de forma primitiva.

Su valor actual lo estableció el físico americano Paul R. Heyl en 1928 y es de

6.67*10^-11 (N*m²⁾/kg²

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