Cap a la invisibilitat

Ahir dimecres 15 d’abril vam començar la setena primavera de Cafès Científics a la Casa Orlandai sota el títol paraigües: Algunes idees que canviaran el món. Volem dedicar el trimestre a obtenir pistes que ens mostrin cap a on ens conduirà el futur amb els indicis que tenim ara. Ahir va venir Àlvar Sánchez, del Grup de Superconductivitat, al Departament de Física UAB, investigador que ha estat guardonat amb la menció Icrea Acadèmic, que permet que la recerca es mantingui en uns nivells de reconeixement internacional.

Àlvar va venir al cafè per parlar-nos dels nous avenços científics, ens permetran de ser invisibles? Quin és aquest camí cap a la invisibilitat? Per què els objectes són visibles als nostre ulls? És possible fer capes d’invisibilitat que envoltin un objecte i el facin desaparèixer? Estan els científics a prop d’aconseguir-ho? Canviarà la nostra societat si podem fer invisibles les coses?

Abans de respondre, Àlvar es presenta. Ens explica que tot i ser catedràtic de Física aplicada ell és teòric. És un dels físics que busquen models per a descriure l’univers que ens envolta i poder predir els fenòmens que hi succeeixen. Per això els físics es fan preguntes generals, de què estan fetes les coses? Però, quines coses? La Física es una ciència que estudia des de les partícules subatòmiques, fins als grans cúmuls de galàxies, com hem vist també als cafès científics. Avui, anem a veure com podríem tornar-nos invisibles.

Què vol dir fer-nos invisibles

Fins fa deu o quinze anys, fer-nos invisibles semblava de ciència ficció; ara, aquesta idea podem incloure-la en la ciència pura. No parlem d’invisibilitat quedant-nos a les fosques, sinó de deixar de veure amb llum. Però per parlar d’invisibilitat, caldria parlar primer sobre què és la visibilitat. Per què ens veiem?

Ens veiem perquè reflectim llum; i el color que reflectim és el color que no absorbim. Si absorbíssim tota la llum, potser no se’ns veuria, però deixaríem una ombra. El que volem aconseguir fent-nos invisibles és no deixar ni ombra, ser transparents a la vista, que es vegin els objectes que hi ha rere nostre, no com en un vidre, sinó desapareixent de la vista. Per arribar a aquesta veritable invisibilitat, ens n’adonem que la clau és en la llum, llum que té una doble naturalesa: és alhora una ona electromagnètica i una partícula sense massa.

Com fer-nos invisibles?

Segons la ciència ficció hi ha dues formes de fer-se’n. La primera és la que descriu H.G. Welles a L’home invisible: un home es pren una pastilla que el fa invisible; no la seva roba, sinó els seus propis teixits. La llum el travessa i no deixa ombra. Però, aquesta possibilitat no és la que busca la ciència ara ja que no sembla viable; tenim teixits massa diferents, per la qual cosa seria molt difícil d’interferir amb la llum: si se’ns fes transparent la pell, caldria fer transparents
els músculs, les venes, els ossos…, no podem anar a buscar la pastilla
d’invisibilitat.

L’altre mètode de la ciència ficció és la capa per a fer-se invisible, com a Harry Potter o a Las princesas bailadoras, dels germans Grimm. És per aquesta via per on va la recerca. Buscar la forma de trobar índexos de refracció d’un sol material, el de la capa. I per a mostrar-nos de què parla, ens explica un experiment per a fer invisible un got: si introduïm un pot de pyrex en un recipient ple d’oli de gira-sol, aconseguirem que no es vegi el pot, atès que tots dos, el vidre de pyrex i l’oli de gira-sol, tenen el mateix índex de refracció.

La teoria de la capa invisible

Per a explicar-nos la teoria, Àlvar ens fa un dibuix: imaginem un espai que delimitem amb línies de referència. Prenem un punt de l’espai i l’engrandim fins a fer un cercle; aleshores, les línies de referència s’eixamplarien i dins del cercle que abans era un punt, hi podria encabir el que fos que es podria fer invisible.

Un efecte similar succeeix amb les grans masses de l’espai (galàxies, cúmuls), que fan de lent gravitatòria; produeixen una curvatura del temps i de l’espai. Una estrella massiva també fa de lent, desvia la llum.

La teoria per aconseguir una pantalla invisible es deu a la recerca de Sir John Pendry, de l’Imperial College a Londres. Però, com podem a la pràctica crear una pantalla que amagui i faci invisibles els objectes?, de quin material ha de ser?

La capa invisible

Per a trobar aquesta capa per a fer-se invisible, el grup d’Àlvar van enfocar-se en treballar no amb ones de llum, sinó magnètiques, una part de la naturalesa de la llum, que està formada per ones electromagnètiques. Treballar amb el component és molt més fàcil. En aplicar la teoria del camp magnètic i treballar amb imants, que generen una ona molt llarga que atrau o repèl segons el signe, van emborilar un imant fins a fer-lo invisible i indetectable al camp magnètic d’un altre imant. Van publicar el seu experiment a la revista Science.

I, per a què pot servir una capa invisible al camp magnètic? Doncs pot servir per a protegir el marcapassos cardíac o una còclea artificial de persones que s’han de fer una Ressonància Magnètica Nuclear i que ara no poden fer-se-la. I pot obrir moltes altres possibilitats en altres camps. Hi ha hagut molts interessats en el seu experiment: des d’escolars d’Arkanses fins a altres professionals menys innocents.

Un participant, Javier, va fer un comentari preciós: “La ciencia hace visible lo invisible, como el arte; pensemos en los Rayos X. Ahora se intenta hacer invisible lo visible.” Es una idea inquietante.

Del públic pregunten: què intercanvien els imants? què circula pels cables elèctrics?

La resposta que ens dóna en Àlvar és: fotons. No tothom s’ho creu: no són electrons? No.

Una de les aplicacions més importants de l’electromagnetisme, va ser la de Faraday, que va trobar la inducció electromagnètica, que permet la producció i distribució de grans quantitats d’energia elèctrica. De fet, el 99% de l’electricitat que tenim és per inducció. Tant la hidràulica, originàriament potencial; com la cinètica dels molins de vent, o la nuclear que escalfa aigua en una turbina, tenen un origen en la inducció de Faraday. I, en tots els casos, el que circula pels cables elèctrics, tampoc no són electrons, sinó fotons.

La velocitat dels electrons en un sòlid és d’entorn uns 100 metres per segon. Pensem en un cable telefònic. Si la transmissió del so fos per electrons, en telefonar de Barcelona a Los Angeles, per exemple, que es troba a més de 9.000Km de distància, la resposta trigaria uns deu dies en arribar-nos.

La persona que va parlar de la naturalesa dels fotons, com a ones i alhora partícules sense massa, va ser Max Planck. Planck va ser un dels millors físics teòrics del segle XX. Quan ell havia dit a la família que volia ser físic, van voler dissuadir-lo, perquè semblava que la física havia arribat a ser del tot coneguda. Recordem que a principis del segle XX ja es coneixien les lleis de Newton, les equacions de Maxwell sobre electricitat i magnetisme; la teoria atòmica, la termodinàmica… Però, malgrat les profecies, va obrir un nou camp descrivint la teoria quàntica, en que proposava la naturalesa particular de la llum, perquè no li sortien unes equacions, i rere ell va venir Albert Einstein amb la teoria especial de la relativitat i la teoria general de la gravetat.

També van sortir altres preguntes entre el públic, en fem un recull.

Tipus d’ones electromagnètiques

Ultraviolades: ones de l’espectre solar, de freqüència més petita que l’espectre visible; poden provocar mutacions en les cèl·lules.

Infraroges: ones de l’espectre solar, de freqüència més gran que l’espectre visible, que s’empren per als comandaments a distància de la televisió o dels pàrquings.

Microones: ones electromagnètiques de freqüència encara superior.

Ones de ràdio: freqüència encara superior que les microones.

Les radiacions X i les radiacions gamma són de freqüència menor que les ultraviolades, per això encara poden ser més lesives.

Per què el forn microones té una part frontal per evitar que surtin les radiacions i per contra té forats per ventilar? Les microones són ones molt llargues, mesuren centímetres, per això no s’escapen pels forats.

Per què els microones giren? Per què si no ho fessin, com la freqüència és de centímetres, hi hauria parts que restarien fredes i altres calentes; així es distribueix la temperatura.

El GPS és un sistema de navegació molt precís. Un emissor llança ones que capten tres o quatre satèl·lits d’una constel·lació que estan en òrbita al voltant de la Terra. En rebre la informació de tornada, el GPS situa la posició on som o a la que volem arribar. També ens parla dels avions furtius que pretenen ser invisibles als radars són una virgueria tecnològica. No són detectats per radars de microones, però si per radars que detectin ombres.

Àlvar, quan se’t va fer visible que volies ser físic?

Per a ser científic cal ser curiós, als científics ens agrada entendre l’univers que ens envolta. El meu pare era enginyer tècnic i a casa s’observava l’entorn amb curiositat. Tinc un germà químic i un altre enginyer de comunicacions. Jo em vaig fer físic. He tingut la sort de tenir bons mestres i ara de tenir un equip excel·lent.

Àlvar ens recomana que mirem al nostre entorn i a les nostres butxaques, i ens meravellem de la tècnica que hem assolit. I que pensem amb respecte en els investigadors que han fet possible la seva existència. A fi de comptes, es tracta de persones que han sabut distingir el què és fonamental d’allò que és accessori.

Més informacióExperimental realization of a magnetic cloak. F Gömöry, M Solovyov, J Šouc, C Navau, J Prat-Camps, A Sanchez.Science 335 (6075), 1466-1468

Hemos conseguido que los imanes se vuelvan invisibles (La Vanguardia, 25/02/2013)

De Pitàgores als Beatles

Més a Cosir i repuntejar

Robots exploradores. Jordi Torra (14/04/2014)

Mirar amunt a la nit, Pere Closas, Aster (21/01/2010)

Comprendre l’Univers. Ignasi Ribas (19/02/2010)

L’estructura íntima del cosmos. Matteo Cavalli-Sforza (19/03/2010)

Cafè científic: Universo extremo Ma. Teresa Soto-Sanfiel i José Ignacio Latorre (20/12/2010)

Imatges: Wikimedia Commons