James Kakalios LA FÍSICA DE LOS SUPERHÉROES Título original: The Physics of Superheroe James Kakalios, 2005 Traducción: Pedro Crespo Prólogo: Lawrence M. Krauss 2 En este libro el reconocido profesor universitario James Kakalios demuestra, con tan sólo recurrir a las nociones más elementales del álgebra, que con más frecuencia de lo que creemos, los héroes y los villanos de los cómics se comportan de acuerdo con las leyes de la física. Acudiendo a conocidas proezas de las aventuras de los superhéroes, el autor proporciona una diáfana a la vez que entretenida introducción a todo el panorama de la física, sin desdeñar aspectos de vanguardia de la misma, como son la física cuántica y la física del estado sólido. ¿Sabía que partiendo de la altura que era capaz de saltar Superman en sus primeros tiempos se puede deducir la intensidad de la gravedad en su planeta de origen, Krypton? ¿Y que, a la vez que apredemos nociones de física estelar y planetaria, es posible estimar la estructura de dicho mítico planeta, lo que de paso proporciona una explicación de la causa que provoca su cataclismo final? Éste es el libro que necesita leer si alguna vez se ha preguntado cómo la Mujer Invisible de los Cuatro Fantásticos puede ver cuando se vuelve transparente, si Atom podría viajar sobre un electrón a través de la línea telefónica o si la teoría electromagnética puede explicar por qué el Profesor X es capaz de leer la mente. Divertido y provocativo, La física de los superhéroes hará que tanto los físicos como los aficionados a los cómics exclamen: ¡genial! 3 CONTENIDO La física de los superhéroes Prólogo Prefacio Introducción: Los orígenes secretos: Cómo la ciencia rescató los cómics Sección I. Mecánica 1. ¡Arriba, arriba y fuera!: Fuerzas y movimiento 2. Analizando Krypton: Ley de Newton de la gravitación 3. El día en que murió Gwen Stacy: Impulso y momento 4. ¿Puede nuestro héroe columpiarse de una hebra?: Aceleración centrípeta 5. Hazañas de Flash: Rozamiento, arrastre y sonido 6. Como un relámpago: Relatividad especial 7. Si ésta fuera mi densidad…: Propiedades de la materia 8. ¿Puede escapan Ant-Man de una bolsa de papel?: Momento de torsión y rotación 9. ¿Es Ant-Man sordo, mudo y ciego?: Momento armónico simple 10. ¿El tamaño importa?: La ley del cubo-cuadrado Sección II. Energía calor y luz 11. El plan dietético de Central City: Conservación de la energía 12. El caso del trabajo pendido: Las tres leyes de la termodinámica 13. Meteorología mutante: Conducción y convección 14. Cómo la monstruosa amenaza del misterioso Melter prepara una comida en un instante: Transiciones de fase 4 15. Las adherencias de Electro: Electrostática 16. Superman enseña a Spiderman: Corrientes eléctricas 17. Cómo Electro se convierte en Magneto cuando corre: La ley de Ampère 18. Cómo Magneto se convierte en Electro cuando corre: El magnetismo y la ley de Faraday 19. Electro y Magneto ondulan: Electromagnetismo y luz Sección III. Física moderna 20. Viaje al microuniverso: Física atómica 21. ¡No es un sueño, no es una broma, no es un cuento imaginario!: Mecánica cuántica 22. Atravesando una pared sin esfuerzo: Fenómenos de efecto túnel 23. Golpeando a Shellhead: Física del estado sólido Sección IV. ¿Qué hemos aprendido? 24. ¡Bizarro y yo!: Las meteduras de pata de los superhéroes Epílogo: ¡Lo, tendrá que haber un final! Pregunta al Dr. K Lecturas recomendadas Ecuaciones clave Agradecimientos Notas 5 PRÓLOGO Aunque Wile E. Coyote no puede considerarse un superhéroe ni aun haciendo un esfuerzo de imaginación, tengo que admitir que fue este infeliz villano —que escapaba a una muerte casi cierta episodio tras episodio mientras continuaba un día sí y otro también su infructuosa caza del Correcaminos con una vehemencia digna de Sísifo— el que por vez primera me hizo pensar en la física de los personajes ilustrados. A pesar de ser un muchacho relativamente joven enganchado a la televisión, imaginaba que había algo sospechoso siempre que veía a Wile correr más allá de un precipicio y sobrevolarlo indefinidamente hasta el instante en que se daba cuenta de que no había suelo sólido bajo sus pies. De algún modo me parecía ya entonces que la gravedad debiera de seguir con su trabajo tanto si uno era o no consciente de ella. He traído este ejemplo a colación, a despecho del detalle de que no tiene que ver con los superhéroes y de que, de hecho, está relacionado con una serie de dibujos animados en lugar de con un personaje de cómic, porque ilustra un punto que se ha convertido en un referente para lo que pienso acerca de la enseñanza de la física: pocas cosas son más dignas de recuerdo que el resultado de confrontar nuestras propias interpretaciones erróneas. En efecto, algunos de los que nos ocupamos profesionalmente de la enseñanza de la física sugerimos que sólo cabe esperar que los estudiantes interioricen realmente lo que se les enseña si se les alienta para que se enfrenten a sus propios errores conceptuales. No sé si esto es o no cierto, pero sé que si usted quiere llegar a comprender los malentendidos comunes, entonces una buena forma de empezar es sacar partido del origen de nuestras perspectivas culturales. Y si esto significa obtenerlos de Superman o de Star Trek , estoy de acuerdo con ello. Tampoco quisiera que usted piense que pongo a los cómics y los errores comunes en el mismo saco porque deseo denigrar a los primeros. Lejos de ello. Más bien ocurre que los cómics están a veces en lo cierto y, tal como James Kakalios describe en su introducción a este viaje de largo alcance desde la gravedad de Krypton hasta la mecánica cuántica de la Patrulla X (X-Men), al parecer los estudiantes protestan con frecuencia acerca de cómo los ejemplos estándar de sus clases de física preliminar no tienen nada que ver con el mundo real que encontrarán después de graduarse y, sin embargo, cuando se les introduce en lugar de ello en la física de los superhéroes, nunca surge esta queja. Uno podría preguntarse inicialmente si Superman parecería más real a los estudiantes que las poleas, las cuerdas y los planos inclinados. Pero la razón real por la que los estudiantes no se quejan es indudablemente porque los ejemplos de los cómics son divertidos , mientras que los planos inclinados no lo son. Y ésa es quizás una de las razones más útiles para pensar en la física de los superhéroes. No solamente puede usted imaginar y se le pueden presentar muchas nociones de física interesantes, desde fenómenos de la vida diaria hasta temas esotéricos modernos, sino que es realmente entretenido pensar en ellas. Es más, aunque temas como la mecánica cuántica pudieran parecer intimidatorios, ¿a quién le intimida la encantadora Kitty Pride? 6 Algunos de los que recuerdan los cómics que los embelesaron cuando eran jóvenes podrían también experimentar un sentimiento de melancolía al reflexionar acerca de que nuestro propio mundo podría alguna vez captar el entusiasmo y el dramatismo de los mundos de los cómics de superhéroes. A decir verdad, sin embargo, el nuestro es mucho más interesante y emocionante; basta sólo con que abramos nuestras mentes a las maravillas ocultas de la naturaleza que la ciencia nos ha revelado a lo largo de los últimos cuatrocientos años. La realidad es bastante más extraordinaria que la ficción, incluso que la ficción de los comic books . Y descubrir por qué es parte de la diversión. LAWRENCE M. KRAUSS Cleveland, Ohio, abril de 2005 7 PREFACIO De muchacho era un aficionado de los cómics pero, como muchos de los que me precedieron y de los que vinieron después, abandoné el pasatiempo cuando descubrí a las chicas en el instituto. Mi madre, siguiendo el guión estándar, aprovechó esta oportunidad para tirar mi colección. Años más tarde renové mi hábito de lector de cómics en la universidad, como medio de aliviar la fatiga de trabajar en mi tesis. Ahora, ya adulto, he reconstruido gran parte de mi colección de cómics (o, como mi esposa los llama, «la amenaza de incendio») pero por motivos de seguridad mi madre tiene prohibido acercarse a ellos. En 1998 la Universidad de Minnesota, en la que soy profesor de física, puso en práctica un nuevo tipo de curso llamado «seminarios para principiantes». Se trata de clases pequeñas de tipo seminario ofrecidas a los estudiantes que comienzan, y aunque sirven para obtener créditos de la carrera, no están ligadas a ningún currículum específico. A los profesores se les anima a desarrollar clases sobre temas no convencionales, y los seminarios para principiantes sobre Bioética y el genoma humano, El color rojo (una clase de química) o El comercio y la economía global y los sistemas complejos: desde Sandpiles a Wall Street están entre las muchas clases ofertadas. En el año 2001 introduje una clase titulada inicialmente Todo lo que sé acerca de la ciencia lo aprendí leyendo cómics . Se trataba de una clase de física real que trata de la mayoría de los temas tradicionalmente cubiertos, pero en lugar de emplear ilustraciones de masas sobre resortes o bloques que se deslizan por planos inclinados, todos los ejemplos provenían de las aventuras en cuatricomía de superhéroes disfrazados, y estaban enfocados en particular a aquellas situaciones en las que los cómics interpretan correctamente la física. El presente libro, aunque inspirado por este curso, no es en sí mismo un libro de texto. Está escrito para el no especialista interesado en un modo, relativamente libre de esfuerzo, de aprender los conceptos básicos de la física que subyacen en nuestro moderno estilo de vida tecnológico. Se tratan temas tales como las fuerzas y el movimiento, la conservación de la energía, la termodinámica, la electricidad y el magnetismo, la mecánica cuántica y la física del estado sólido, así como se explican también aplicaciones a la vida real tales como los airbags del automóvil, los transistores y los hornos microondas.