El mismo fenómeno que le permitió a una princesa demostrar el alcance de su amor, posibilitó descubrir que vivimos en un Universo en expansión; nos puede dar un dolor de cabeza si no respetamos los límites de velocidad y, quizás, salvarnos la vida.
Había una vez una princesa y un príncipe, recién casados, muy enamorados y que debían separarse por un tiempo, ya que él tenía que viajar a un extremo del reino para ordenar algunos asuntos. A fin de hacer la espera menos dolorosa, el príncipe prometió enviarle una carta cada mañana. Conforme las mismas llegaban, a la princesa le sorprendió que no arribaran con la frecuencia prometida. Sin embargo, al cabo de un par de semanas éstas comenzaron a llegar todos los días. Como la princesa era perspicaz se dio cuenta de que esto debía ocurrir porque el príncipe había llegado a destino. Y también se dio cuenta de que, así como el intervalo entre cartas se había alargado mientras el príncipe se alejaba, éste debería acortarse al acercarse. Luego, como era un tanto pícara, le envió una nota en la que le pedía que continuara escribiéndole todos los días, pero que no le avisara del inicio de su regreso, que su corazón enamorado se lo diría y que, como prueba de ello, le guardaría la carta escrita al inicio de su viaje de retorno. Lo que realizó sin ninguna dificultad.
Ficción aparte, redactada sólo para introducir el tema, el efecto que utilizó esta dama fue explicado, en 1842, por el matemático y físico austríaco Christian Doppler (1803/1853), y es el que apreciamos parados en una calle presenciando el paso de una ambulancia con la sirena encendida. Observamos que el sonido es más agudo cuando el vehículo se acerca que cuando se aleja. Para entenderlo mejor, imaginemos un experimento simple: sentamos a alguien en una camioneta con un tambor, y le pedimos que lo golpee cada segundo. De esta forma generamos una onda que se propaga con la velocidad del sonido, que posee un período de un segundo. Sin embargo, si la camioneta comienza a alejarse con una velocidad constante cada percusión recorrerá una distancia diferente y creciente. Así, al tiempo entre dos percusiones sucesivas (1 segundo) habrá que agregarle el tiempo que tarda el sonido en recorrer el espacio que la camioneta se alejó en ese tiempo. Ese espacio será igual a la velocidad del citado vehículo por el tiempo entre percusiones. Y el tiempo extra será el espacio recorrido dividido por la velocidad del sonido. Es interesante notar que, como conocemos la velocidad del sonido, si conociéramos el período en reposo de nuestra onda, determinando la frecuencia con la que escuchamos el sonido, podríamos saber no sólo si el vehículo se acerca o se aleja, sino también establecer su velocidad.>
El valor práctico, del sonido a la luz
¿Sirve el efecto Doppler para algo práctico, además de satisfacer nuestra necesidad de conocer por qué suceden las cosas? Como vimos, serviría para determinar la velocidad de algún vehículo que emitiera una onda cuyo período conociéramos, un auto policial, por ejemplo. Debido a que este efecto es válido para cualquier tipo de onda, por ejemplo las ondas de luz, nos serviría para medir la velocidad de las estrellas... si éstas se movieran. Esto puede parecer hoy algo tonto, pero hasta 1920 todo el mundo, incluido Albert Einstein, consideraba que el universo era estático. Sin embargo, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble (1889/1953) encontró que la luz emitida por las estrellas mostraba un corrimiento hacia menores frecuencias, es decir, mayores períodos. El descubrimiento fue espectacular: todas las estrellas emiten luz con menor frecuencia a la que correspondería si estuvieran en reposo. No sólo todas se mueven sino que, además, se alejan de nosotros. Pero Hubble, por la magnitud del corrimiento, pudo determinar también la velocidad de las estrellas, y descubrió que las que estaban más lejos eran las que más rápido se movían; tenían un mayor corrimiento al rojo. Esto es similar a lo que ocurre en una explosión: los fragmentos que, al principio, se mueven más rápido son los que más se alejan. Así, pues, tenemos la teoría del Big Bang para explicar el origen de nuestro universo.
íAlerta! ¿Aviones o patos?
Cuando la batalla de Inglaterra estaba por perderse, durante la Segunda Guerra Mundial, la tecnología les dio a los aliados un apoyo importante a través del radar. Su principio de funcionamiento es bastante sencillo: si emitimos una onda y somos capaces de escuchar su eco, el tiempo medido nos dará la distancia al cuerpo que produjo el rebote, ya que conocemos la velocidad de las ondas que utilizamos. Este método permite determinar la velocidad de un móvil, pero se necesitan mediciones de ecos sucesivos, y para bajas velocidades es muy impreciso. Como en esa época todo lo que volaba muy probablemente tenía malas intenciones, con sólo establecer su existencia bastaba para mandar alguna escuadrilla a interceptarlo... y más de una vez se trató de una bandada de patos. A pesar de esto, la ventaja fue tan grande que permitió dar vuelta una situación bélica por demás complicada. El siguiente paso en el desarrollo del radar debería parecernos, a esta altura, evidente. Si además de medir el tiempo que tarda la onda en ir y volver, podemos establecer el período de la onda "rebote", podremos conocer la velocidad del móvil instantáneamente ya que sabemos el período de la onda que estamos utilizando. Con esto dejamos de necesitar que el móvil emita la señal ya que la proporcionamos nosotros. Hoy, los aviones comerciales emiten sus propias señales identificatorias, pero los radares militares y de seguridad, que actúan sobre móviles potencialmente hostiles, siguen utilizando el "efecto Doppler". Así como algunas municipalidades, cuando controlan las velocidades de los vehículos, mientras discutimos si los fines son preventivos o recaudatorios.
Utilidad en Medicina
Para finalizar, una aplicación médica: en nuestro cuerpo, la sangre se mueve en forma pulsada debido a que el corazón es una bomba que funciona con sistema de válvulas. Mientras comprime, abre las válvulas de expulsión y cierra las de admisión, y al revés, cuando aspira. Esto significa que si estudiamos el flujo sanguíneo a partir del corazón tendremos una distribución positiva de velocidades, es decir, varios valores pero siempre positivos -en el sentido de circulación. Si utilizamos alguna modificación del radar Doppler apuntando en el sentido contrario al flujo de la sangre, en un sistema sano, los glóbulos rojos irán siempre hacia el detector. Es decir que, con respecto al efecto, se comportarán como los coches o aviones que se acercan a nosotros, con una disminución del período o aumento de la frecuencia. Por el contrario, si existe, por ejemplo, una válvula dañada que permite el retroceso de la sangre, entonces tendremos que, en algún momento, los glóbulos rojos retrocederán, lo cual se detectará en el radar al aparecer "coches" que circulan en sentido contrario produciendo un eco de ondas con mayores períodos, o en otras palabras, con menores frecuencias. Tendremos así dos distribuciones de velocidad: una positiva, con el pulso correcto, y una negativa, generada por el mal cierre de la válvula. De esta forma, con una técnica no invasiva, indolora y rápida, aunque probablemente de elevado costo económico, estaremos en condiciones de detectar una afección importante... gracias a Doppler.
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