Ciencia para todos T05E15: La ciencia y la tecnología de los Reyes Magos

Por Francisco R. Villatoro, el 6 enero, 2023. Categoría(s): Ciencia • Física • Physics • Podcast Ciencia para Todos (SER) • Recomendación • Science

Te recomiendo escuchar el episodio T05E15, «La ciencia y la tecnología de los Reyes Magos», 05 ene 2022 [14:13 min.], del programa de radio “Ciencia para todos”, en el que participo junto a Enrique Viguera (Universidad de Málaga), coordinador de Encuentros con la Ciencia. Esta sección semanal del programa “Hoy por Hoy Málaga” presentado por Isabel Ladrón de Guevara (sustituyendo a la habitual Esther Luque Doblas), que se emite todos los jueves (hoy de forma excepcional se emitió un miércoles) en la Cadena SER Málaga (102.4 FM) sobre las 13:30. Enrique y yo hemos intervenido desde nuestras propias casas.

El guión de este episodio está basado en la pieza de Ethan Siegel, «These 5 Accomplishments Prove That Santa Claus Is The World’s Greatest Scientist,» Starts with a Bang, 31 Dec 2019. He adaptado sus cálculos para Santa Claus repartiendo regalos en todo el mundo a nuestros Reyes Magos repartiendo regalos en España. También menciono el cálculo de la energía gastada realizado por Sadri Hassani, «Santa Claus and the conservation of energy,» Physics Education 40: 579-581, doi: https://doi.org/10.1088/0031-9120/40/6/013. También he consultado pero no he usado de forma directa a Paul Lloyd, «How fast does Santa Claus travel? A festive approach to teaching average speed,» SSR 94: 21-25 (Sep 2012) [PDF]; Ethan Siegel, «The Physics Of Santa Claus», Starts With A Bang, 20 Dec 2015; J. M. Sadurní, «El origen de la tradición de los reyes magos y los regalos», Historia, Nacional Geographic, 05 ene 2022; «Los Reyes Magos y la Inteligencia Artificial», Noticias de Gipuzkoa, 02 ene 2023; Rachel Becker, «Can Santa Claus bend the space-time continuum?» The Verge, 25 Dec 2016.

Escucha «La ciencia y la tecnología de los Reyes Magos», 05 ene 2022 [14:13 min.] en Play SER.

Fuente: https://www.lasexta.com/tecnologia-tecnoxplora/apps/como-ver-reyes-magos-realidad-aumentada-salon-casa_202101055ff468e7bc50ef000166ff36.html.

Isabel: Hoy, 5 de enero, llegan los Tres Reyes Magos desde Oriente cargados de regalos para todas las niñas y todos los niños, y para muchas personas que ya no lo somos. Mañana jugarán con sus nuevos juguetes disfrutando de toda su curiosidad y de toda su ilusión. Y como la curiosidad es fundamental en ciencia habrá quien se pregunte si es científicamente posible que los Tres Reyes Magos repartan todos los regalos en una sola noche. Francis, ¿la magia navideña tiene explicación científica? ¿Crees que es científicamente posible que los Reyes Magos y sus pajes repartan todos los regalos en una sola noche en todas las casas españolas?

Francis: Para entender qué tecnología usan los Reyes Magos para repartir todos los regalos tenemos que saber qué es lo que tienen que lograr. En España hay unas 47 millones de personas que viven en unos 19 millones de hogares. Como España tiene medio millón de kilómetros cuadrados, la distancia media entre dos hogares es la raíz cuadrada de medio millón entre 19 millones que es 0.162 kilómetros, es decir, 162 metros.

Un gran número de visitas en una distancia muy grande a realizar en muy poco tiempo. Si empiezan a las 12:00 de la noche y acaba a las 08:00 de la mañana, los reyes  y sus pajes disponen de 8 horas para viajar unos 162 metros de una casa otra, bajarse de su camello, entrar en la casa con sigilo sin ser observados, entregar todos los regalos, picar lo que le ofrezcan en la casa, sea bebida o comida, y luego salir de la casa sin ser detectado, subir al camello y dirigirse a la siguiente casa.

Isabel: Tienen que visitar 19 millones de casas en solo 8 horas, ¡qué barbaridad! Parece una tarea casi imposible en tan poco tiempo… ¿tendrán que viajar más rápido que la velocidad de la luz para lograrlo?

Francis: Los Reyes y sus pajes tienen que ser muy rápidos para llegar a 19 millones de casas, saltando de una a otra y dejando los regalos en tan solo 8 horas luego necesitan dedicar muy poco tiempo, 28 800 segundos divididos entre 19 millones que son 1.5 milisegundos por cada hogar. Parece físicamente imposible hacer tantas cosas en tan poco tiempo, pero los Reyes Magos son Sabios de Oriente que conocen las tecnologías más avanzadas del mundo.

¿A qué velocidad tienen que viajar? Si tuvieran que viajar demasiado rápido, a una velocidad superior a la velocidad de la luz en el vacío, que son 300 000 km/s (como un millón de km/hora), entonces sería imposible la hazaña de los Reyes Magos. Sin embargo, como todas las niñas y todos los niños saben por experiencia propia, la velocidad de los Reyes tiene que ser mucho menor. Si suponemos que viajan durante la mitad del tiempo, es decir, 0.5 milisegundos y realizan las demás tareas en el milisegundo restante, para recorrer los 162 metros de distancia promedio entre casas tienen que alcanzar una velocidad de 324 km/s [0.162/0.0005], que es físicamente posible, pues es algo menos de una milésima de la velocidad de la luz en el vacío.

Aún siendo físicamente posible, 324 km/s es una velocidad muy grande, poco más de un millón de km/h [1 166 400 km/h]. Los Reyes Magos son tan sabios que han dotados a sus camellos de una tecnología tan avanzada que los permite volar por los aires a una velocidad de un millón de km/h. Por desgracia para nosotros, los científicos de la actualidad, los secretos de dicha tecnología son desconocidos, de ahí que llamemos a los Reyes Magos, pues como decía Arthur C. Clarke «cualquier tecnología suficientemente avanzada es indistinguible de la magia». Como ninguna ley física impide que los reyes y sus camellos puedan viajar de casa en casa en un tiempo récord, dicha tecnología tiene que ser muy avanzada.

Isabel: La velocidad no parece un problema, pero los camellos tienen que acelerar y frenar en menos de un milisegundo. Parecen aceleraciones de vértigo. Enrique, ¿cómo se protegen de estas enormes aceleraciones los reyes y sus camellos?

Enrique: La verdad, Esther, no lo sabemos. Acelerar de 0 a 100 km/h en una décima de segundo requiere 28 g donde 1 g es la aceleración de la gravedad en la superficie de la Tierra, 9.8 m/s². Los astronautas se preparan en la centrifugadora para soportar hasta 8 g, aunque en el despegue de un cohete tripulado nunca se superan los 3.5 g (que son una 5 veces la aceleración máxima de un fórmula 1). Esto siempre de forma sostenida durante varios segundos; porque en tiempos muy cortos un humano puede soportar aceleraciones mucho mayores.

El récord de resistencia humana en tiempos cortos lo logró el piloto de pruebas John Paul Stapp que en 1954 en un trineo propulsado por un cohete sobre raíles de tren aceleró hasta unos 1000 km/h y desaceleró hasta parar en solo 1.4 segundos; en su proeza alcanzó 43 g. Se quedó ciego durante 45 minutos, le sangraban los ojos, se rompió un par de costillas, tenía marcas de quemaduras en las partes de la piel expuestas al aire debido a la fricción, pero se bajó de su trineo-cohete por sus propios medios. Stapp se había entrenado concienzudamente y estoy seguro de que una persona normal habría sufrido un desmayo. Hasta ahora nadie ha superado dicha hazaña tan peligrosa.

Alcanzar 324 km/s en un cuarto de milisegundo supone una aceleración de más de 132 000 g y luego hay que frenar en otro cuarto de milisegundo. Una tarea imposible para una persona, para un camello y para cualquier ser vivo. Para soportar estas aceleraciones y desaceleraciones se requiere una tecnología ultraavanzada que los científicos desconocemos en la actualidad. Dicha tecnología tiene que preservar todas las funciones biológicas vitales, por lo que tiene que estar implantada en el interior de su cuerpo y del cuerpo de los camellos. Así se explica que no veamos esta tecnología durante la cabalgata de Reyes.

Esta tecnología ultraavanzada asegura que los Reyes, sus pajes y sus camellos puedan completar con éxito su tarea para asegurar la felicidad de todas las niñas y todos los niños de España. ¡Ojalá supiéramos cómo es esta tecnología tan avanzada!

Isabel: Pero los Reyes Magos entran en nuestras casas de una forma sigilosa, silenciosa y sin dejar huellas. ¿Cómo puede explicar la física que no dejen ningún tipo de huella?

Francis: La física clásica no permite explicar la magia de los Reyes Magos. Pero estoy seguro de que sus majestades recurren a la física cuántica para lograrlo. En la física cuántica hay un fenómeno llamada efecto túnel cuántico: siempre existe una probabilidad finita de que si estás en un lado de una pared que intentas cruzar puedas atravesarla (aunque dicha probabilidad es infinitamente pequeña). Este efecto ha sido demostrado para partículas como los electrones y los fotones en los átomos, y para los protones y neutrones en los núcleos. No sabemos cómo los Reyes Magos logran aprovechar el efecto túnel cuántico a escala macroscópica, pero como la física cuántica se aplica a todos los objetos del universo, no hay ninguna ley que lo prohíba.

El efecto túnel cuántico macroscópico permite a los reyes y sus pajes entrar y salir de nuestras casas, sin dejar ningún rastro. Para ello es fundamental que nadie pueda verles, pues las leyes de la física nos dicen que las propiedades cuánticas de los objetos se pierden cuando son observados. Por ello es muy importante que las niñas y los niños estén dormidos durante toda la noche, para que no puedan ver a los reyes magos y ellos puedan usar la magia del efecto túnel cuántico para dejar sus regalos en todas nuestras casas de forma sigilosa.

Isabel: Pero, Francis, ¿el efecto túnel cuántico solo se ha observado en objetos microscópicos? ¿Cómo es posible que los reyes usen una versión macroscópica de dicho efecto?

Francis: En su gran sabiduría los Reyes Magos saben cómo usar el efecto túnel cuántico con objetos macroscópicos, algo que los físicos todavía no hemos descubierto. Los ganadores del Premio Nobel de Física de este año, el francés Alain Aspect, el estadounidense John F. Clauser y el austriaco Anton Zeilinger realizaron una serie de experimentos que demostraron que la Naturaleza sigue las leyes de la física cuántica. Sus resultados apuntan a que los objetos macroscópicos también están regidos por dichas leyes. Sin embargo, hasta ahora solo sabemos realizar dichos experimentos usando objetos microscópicos, como partículas, luz, átomos y pequeñas moléculas. Quizás alguna niña o niño que nos escucha ahora, si acaba estudiando la carrera física, descubra con sus investigaciones cuál es el secreto de los Reyes Magos para aprovechar las propiedades cuánticas de los objetos macroscópicos para visitar todos los hogares y repartir sus regalos.

Isabel: La noche del 5 de enero, antes de irse a la cama, las niñas y los niños les dejan a los Reyes Magos un poco de comida y bebida para que ellos puedan reponer fuerzas durante su viaje, y también algo de paja o hierba para sus camellos, que también lo necesitan. Si son mágicos, ¿para qué necesitan alimentarse en cada casa?

Enrique: La clave es el principio de conservación de la energía, que cumplen todos los sistemas físicos, incluso los Reyes Magos. Llevar todos los regalos a unos 19 millones de hogares requiere una enorme cantidad de energía. Suponiendo que el peso promedio de los regalos entregados en cada casa es de 2 kilogramos de regalos para entregar en cada casa, se tiene que transportar unos 38 millones de kilogramos, unas 38 mil toneladas métricas de regalos al inicio de la noche (pues conforme repartan regalos a lo largo de la noche el peso irá disminuyendo). Esto es aproximadamente 300 veces la capacidad de carga útil del avión más grande que la humanidad ha construido, el Antonov An-255, que se fabricó en Ucrania y que se utilizaba para transportar el Burán, el transbordador espacial soviético.

Se necesita mucha energía, unas ocho veces la que consume la humanidad en un año. Los Reyes en su sabiduría tienen que haber desarrollado una tecnología de otros de muy alta eficiencia energética. Como el mecanismo más eficiente conocido para la propulsión de un motor es la conversión de masa en energía gracias a la famosa fórmula de Einstein E=mc²; la idea sería combinar materia con antimateria para generar directamente energía. Estoy seguro de que la tecnología mágica de propulsión de los reyes se basa en motores de antimateria. Bastarían unos pocos gramos de materia y de antimateria para tener energía más que de sobra para realizar el reparto de todos los juguetes. Quizás los Reyes Magos no disponen de un motor tan energético y por ello necesitan encontrarse con comida y bebida en cada casa. Así que es importante que las niñas y los niños malagueños les dejen una pequeña contribución en cada casa para que puedan ejecutar su viaje con éxito.

Isabel: «Y los Reyes Magos nos van a dejar un regalo que ya conocemos por adelantado, ¿no es así Enrique?»

Enrique: «Sí, Isabel, nos traen la edición número 19 del ciclo Encuentros con la Ciencia, que se extiende desde el viernes que viene, 13 de enero al 24 de marzo. Tendrá lugar en Ámbito Cultural de El Corte Inglés a las 19:30 h. Con charlas sobre Evolución humana el viernes 13, Cambio climático, Biorritmos, Cáncer, Experimentos de Física para peques y para padres y madres y una última charla sobre el recién creado Parque Nacional de Sierra de las Nieves. Comentar que tenemos la suerte de contar con la investigadora del CNIO Sara García, recién seleccionada por la ESA como futura astronauta».

Despedida y cierre.



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