Selecció natural

Entonces aquellos miembros de la población con características menos adaptadas (según lo determine su medio ambiente) morirán con mayor probabilidad. Entonces aquellos miembros con características mejor adaptadas sobrevivirán más probablemente. Darwin, L’origen de les espècies.

Los hombres con menor nivel educativo fuman más y suponen el 78% de los enfermos de cáncer de pulmón, según un estudio.

Limitacions tècniques i naturals (velocitat de la llum i principi d’incertesa de Heisenberg)

NOTA: He fet algunes simplificacions que em fan esgarrifar a mi i tot, si saps del tema el millor és que no llegeixis res d’aquí perquè podries arribar a arrencar-te els ulls.

Tot sovint sento alguns comentaris que confonen les limitacions tècniques amb les intrínseques de la natura, he explicat el tema en resposta a algun comentari, però penso que dóna prou de sí com per a fer-ne una entrada.

En primer lloc, una limitació tècnica és aquella que podríem superar si tinguéssim la tecnologia suficient, una limitació de la natura és aquella contra la qual no hi podem fer res.

Per exemple, una limitació tècnica és que un cotxe no superi els 180 km/h, se’l pot millorar o se’l pot canviar per un de millor i superar els 180 km/h. Una limitació de la natura és que és impossible que el cotxe superi la velocitat de la llum en el buit (300.000 km/s).

La impossibilitat de superar la velocitat de la llum

Einstein.

El fet que un objecte tingui massa fa que sigui impossible que arribi a la velocitat de la llum o la superi, els motius pels qual no es pot superar la velocitat de la llum són essencialment dos:

• Com diu la Teoria Especial de la Relativitat d’Einstein, quan un cos augmenta la seva velocitat augmenta la seva massa. El problema és que a velocitats properes a la de la llum la massa del cos seria infinita, de manera que faria falta una energia infinita per acabar-lo de fer arribar a la velocitat de la llum. Impossible.

• El segon motiu, més abstracte, es basa en que si superéssim la velocitat de la llum trencaríem la causalitat de l’univers. Les interaccions físiques de la natura es transmeten a la velocitat de la llum gràcies a unes partícules sense massa anomenades bossons, si aconseguíssim anar a una velocitat superior a la de la llum els efectes de les causes passarien abans que les pròpies causes, perquè la velocitat de la causa hauria superat la velocitat de l’efecte. Això provocaria bucles en el temps i demès, deixe-m’ho en què la liariem parda.

És per aquests dos motius que no es pot superar la velocitat de la llum, és completament impossible, no és que puguem fer motors millors i superar-la, és que una “limitació” de l’univers és aquesta.

El principi d’incertesa de Heisenberg

Heisenberg.

Però hi ha més limitacions a la naturalesa! Segons el Principi d’incertesa de Heisenberg, no es pot determinar simultàniament i amb una precisió arbitrària, la posició i la velocitat d’un objecte determinat. A escala macroscòpica tenim pocs problemes al moure’s tot molt lentament, per exemple, si determinem la posició d’una bola de billar de 200g amb un error de +- 0,0000005 m la incertesa generada respecte a la seva velocitat serà de 0,0000000000000000000000000018 km/h, em preocupa ben poc. En canvi, si determinem la posició d’un electró amb la mateixa precisió, la incertesa generada respecte a la seva velocitat serà de 417,492 km/h, és a dir, no tindrem ni idea de a quina velocitat va.

Quan Heisenberg va publicar aquests resultats molts físics van creure que aquests errors disminuirien a mesura que milloressin els instruments de mesura, estaven equivocats i Heisenberg els ho va fer intentar fer veure mitjançant un experiment mental que a mi em sembla molt curiós:

En primer lloc, per a veure alguna cosa fa falta una radiació d’una longitud d’ona menor que l’objecte, perquè ens entenguem, no podríem veure un llapis amb longituds d’ona d’un kilòmetre perquè ni tant sols el detectarien i no ens podrien tornar reflectades.

De més a menys longitud d'ona.

Conscient d’això, Heisenberg imagina el microscopi més potent imaginable, un microscopi que pogués fer-nos veure un electró. Aquest microscopi funcionaria amb rajos gamma, una radiació electromagnètica d’una longitud d’ona 5000 vegades més petita que la longitud d’ona més petita de la llum visible, i això que aquesta és de 0,0038 cm!

Fins aquí no sembla haver-hi cap problema, si volem mirar una cosa tan petita com és un electró utilitzem radiacions d’una longitud d’ona molt petita, com els raigs gamma. El problema és que una radiació electromagnètica és més energètica com menys longitud d’ona té, i en el cas dels raigs gamma tenen tant poca longitud d’ona que la seva energia és prou alta com per enviar el nostre electró a prendre vent. Us podríeu pensar que n’hi hauria prou en agafar molt poca llum, suficient per a veure l’electró però no per desviar-lo, el problema és que la llum està quantitzada, la mínima quantitat de llum que podem agafar és un fotó, i un sol fotó de radiació gamma té prou energia com per alterar la velocitat del nostre electró.

Si, en canvi, volguéssim saber la velocitat de l’electró podríem llençar-li una ona d’una longitud d’ona molt llarga, de manera que sigui poc energètica i no l’alteri. Però al usar una longitud d’ona tant llarga es generaria molta incertesa respecte a la ubicació de l’electró.

És a dir, com més sabem on està menys sabem a quina velocitat va, i viceversa.

Així doncs, no hi ha remei, és absolutament impossible que una partícula amb massa vagi o superi la velocitat de la llum i és igualment impossible de determinar la posició i la velocitat d’un electró amb una precisió arbitrària; i no és que no tinguem motors o microscopis prou bons, simplement són limitacions de la naturalesa, mai les podrem superar.

Com saber la hibridació d’una molècula

NOTA: Aquesta entrada no és una entrada comuna, si no heu arribat aquí buscant justament el què diu el títol segurament no us semblarà gens interessant. El cert és que faig aquesta entrada per a qui estigui en la mateixa situació que jo ahir: intentant entendre la geometria de les mol·lècules i la seva hibridació segons la Teoria de l’Enllaç de València.

La manera de fer-ho és molt més fàcil del què s’acostuma a ensenyar (fer configuracions electròniques, mirar si caben o no caben els electrons, si queda la molècula d’acord amb el fet experimental, etc.), la manera ràpida de mirar-ho es basa en l’anomenat nombre estèric.

El nombre estèric d’un àtom es defineix com a la suma dels àtoms amb que està enllaçat més el nombre de parells d’electrons lliures, tenint en compte que un electró desaparellat també compta com a 1.

Per exemple, el nombre estèric del N en l’amoníac és 4: 3 àtoms als quals està enllaçat més un parell d’electrons lliures.

El nombre estèric de l’oxigen a la mol·lècula d’aigua és 4: 2 àtoms als quals està enllaçat més dos parells d’electrons lliures.

Un cop es té el nombre estèric per saber la hibridació i per tant la geometria només cal conèixer la següent taula:

Seguim amb l’amoníac, si hem quedat que té nombre estèric 4 llavors la seva hibridació és sp3, fantàstic! L’amoníac presenta una forma tetrahèdrica. També funciona amb l’aigua, hem quedat que l’oxígen de l’aigua tenia nombre estèric 3, per tant fa hibridació sp2, fantàstic!

Per a que vegeu que això funciona sempre anem a fer una mol·lècula més divertida, la tetraciclina, un tipus d’antibiòtic:

Anem a mirar la hibridació del carboni 1. Té tres àtoms enllaçats i cap parell d’electrons lliures, per tant té nombre estèric 3, si mirem la taula veiem que té una hibridació sp2. (Pels 4 primers nombres estèrics va bé restar-ne un i ja es té el tipus d’hibridació).

Mirem el oxígen 2, té un àtom enllaçat i dos parells d’electrons lliures, té, per tant, nombre estèric 3. És a dir, fa hibridació sp2.

També podem mirar el nitrogen 1, té tres àtoms enllaçats (dos hidrògens i un carboni) i, a més, té un parell d’electrons lliures. Per tant té nombre estèric 4 i hibrida sp3.

Com veieu és un algorisme de molt fàcil execució, espero que us sigui útil!