La Teoría de la Relatividad y el Big Bang

En trabajos independientes a principios del siglo XX Albert Einstein propuso su Teoría de la Relatividad General en la que se deduce que el universo no debe ser estático sino que se encuentra en expansión, sin embargo, esto no coincidía con lo que se creía era realmente un universo estático, de esta manera Einstein introdujo en su formula la constante cosmológica para adecuarla a las teorías vigentes.

Albert Einstein

Vesto Slipher, miembro del observatorio Lowell bajo las ordenes del celebre Percival Lowell, fue encargado de estudiar el movimiento circular de las nubes de gas durante la formación de estrellas, teoría que era defendida por su jefe. Encontró aparte de la rotación de dichas nebulosas un corrimiento al rojo persistente en sus espectros, este hallazgo se debió a que el efecto Doppler indica que las longitudes de onda emitidas por un objeto que se aleja del observador, se alargan corriéndose hacia el rojo en el espectro estudiado. Sin embargo Slipher no encontró la explicación a su hallazgo.

Fue nuevamente Hubble quien al medir las distancias de 25 galaxias encontró una correlación directa entre su distancia y el grado de corrimiento o en otras palabras la velocidad en que se alejan. Acababa de descubrir la expansión del Universo.

Big Bang
Posteriormente cuando su artículo se promulgo entre la comunidad científica se comenzó a pensar que si el universo se encuentra en expansión alguna vez todo debió estar unido en un punto de luz al cual llamó singularidad o "átomo primordial" y su expansión "Gran Ruido". Mas tarde el astrónomo Fred Hoyle, quien era opuesto a esta propuesta, la llamo despectivamente "Big Bang". Así es como se conoce a la teoría mas aceptada actualmente como origen del universo.

Big Bang

En la segunda mitad del siglo XX los progresos en física proporcionaron nuevos tipos de instrumentos astronómicos, algunos de los cuales se han emplazado en los satélites que se utilizan como observatorios en la órbita de la Tierra. Estos instrumentos son sensibles a una amplia variedad de longitudes de onda de radiación, incluidos los rayos gamma, los rayos X, los ultravioletas, los infrarrojos y las regiones de radio del espectro electromagnético.

Los astrónomos no sólo estudian planetas, estrellas y galaxias, sino también plasmas (gases ionizados calientes) que rodean a las estrellas dobles, regiones interestelares que son los lugares de nacimiento de nuevas estrellas, granos de polvo frío invisibles en las regiones ópticas, núcleos energéticos que pueden contener agujeros negros y radiación de fondo de microondas, que puede aportar información sobre las fases iniciales de la historia del Universo.

Descubrimiento de la estructura del ADN

Son muy pocos quienes conocen al verdadero descubridor del ADN. Johan Friedrich Miescher (1844 - 1895), un biólogo suizo, fue  quien aisló la molécula de la vida 75 años antes de que Watson y Crick revelaran su estructura.

En 1869 Johann Friedrich Miescher, utilizo primero alcohol caliente y luego una pepsina enzimática  que separa la membrana celular y el citoplasma de la célula, el científico quería aislar el núcleo celular, concreta mente en los núcleos de las células del pus obtenidas de los vendajes quirúrgicos desechados y en la esperma del salmón, sometió a este material a una fuerza centrifuga para aislar a los núcleos del resto y luego sometió solo a los núcleos a un análisis químico.

De esta manera Miescher identifico a un nuevo grupo de substancias celulares a las que denomino "nucleicos", debido a que se encontraba en el núcleo celular.

Friedrich Miescher

James Watson y Francis Crick dedujeron un modelo estructural tridimensional para el ADN que explicaba un patrón de difracción de rayos X y fue también la fuente de conocimientos notables de las propiedades funcionales de los ácidos nucleicos.
Las características del modelo de ADN de Watson y Crick son:

1. Hay dos cadenas helicoidales de polinucleótidos enrolladas a lo largo de un eje común. Las cadenas transcurren en direcciones opuestas.

2. Los ejes de azúcar fosfato se sitúan en el exterior y, por tanto, las bases de púricas y pirimídicas están en el interior de la hélice.

3. Las bases son casi perpendiculares al eje de la hélice y las bases adyacentes están separadas 3.4 Aº. La estructura helicoidal se repite cada 3.4 Aº, de modo que hay 10 bases igual a 3.4 Aº por vuelta/3.4 Aº por base por cada vuelta de hélice; asimismo, hay una rotación de 36 grados por base (360° por vuelta completa/10 bases por vuelta).

4. El diámetro de la hélice es de 20 Aº.

Estructura del ADN

Descubrimiento de la penicilina e invención de los antibióticos

Las penicilinas son antibióticos del grupo de los betalactámicos empleados profusamente en el tratamiento de infecciones provocadas por bacterias sensibles. La mayoría de las penicilinas son derivados del ácido 6-aminopenicilánico, difiriendo entre sí según la sustitución en la cadena lateral de su grupo amino. La penicilina G o bencipenicilina fue el primer antibiótico empleado ampliamente en medicina; su descubrimiento ha sido atribuido a Alexander Fleming en 1928, que obtuvo el Premio Nobel en Fisiología o Medicina en 1945 junto con los científicos Ernst Boris Chain y Howard Walter Florey, creadores de un método para producir el fármaco en masa.

El descubrimiento de la penicilina ha sido presentado como un ejemplo «icónico» de cómo procede el método científico a través de la observación, y de la habilidad singular de Alexander Fleming interpretando un fenómeno casual. El propio Fleming abona esta versión en su conferencia de recepción del premio Nobel.

El descubrimiento de la penicilina según Fleming ocurrió en la mañana del viernes 28 de septiembre de 1928, cuando estaba estudiando cultivos bacterianos de Staphylococcus aureus en el sótano del laboratorio del Hospital St. Mary en Londres. Tras regresar de un mes de vacaciones, observó que muchos cultivos estaban contaminados y los tiró a una bandeja de lysol. Afortunadamente, recibió una visita de un antiguo compañero y, al enseñarle lo que estaba haciendo con alguna de las placas que aún no habían sido lavadas, se dio cuenta de que en una de ellas, alrededor del hongo contaminante, se había creado un halo de transparencia, lo que indicaba destrucción celular. La observación inmediata es que se trataba de una sustancia difusible procedente del contaminante. Posteriormente aisló y cultivó el hongo en una placa en la que disponía radialmente varios microorganismos comprobando cuáles eran sensibles. La identificación del espécimen como Penicillium notatum la realizó Charles Tom.

Fleming en su laboratorio

A partir de las investigaciones de Florey en 1939 y de Heatley en 1941, la producción industrial de la penicilina en Europa se vio en apuros económicos debido al comienzo de la Segunda Guerra Mundial. Los científicos británicos buscaron ayuda en los Estados Unidos, específicamente en los laboratorios de Peoria, Illinois donde sus científicos estaban trabajando en métodos de fermentación para acelerar el crecimiento de cultivos de hongos. El 9 de julio de 1941 Florey y Heatley partieron de la Universidad de Oxford con una pequeña cantidad de penicilina hacia los Estados Unidos. Bombearon aire dentro de enormes cubas llenas de maíz fermentado con otros ingredientes y aditivos claves lo que demostró poder hacer crecer rápidamente grandes cantidades de penicilina en comparación con los antiguos métodos de crecimiento sobre superficies planas.

El 26 de noviembre de 1941, Heatley y Andrew J. Moyer, el experto del laboratorio en Peoria, lograron mejorar 10 veces la producción de penicilina. Con el aumento de la cantidad de penicilina también bajó el costo de una dosis. Desde el precio incalculable en 1940, el precio de la penicilina bajó a 20 $ por dosis en julio de 1943 y más aún a 0,55$ por dosis en 1946. Como consecuencia, los laboratorios en Gran Bretaña en 1999 y en Peoria en 2001 fueron designados como Monumento Químico Histórico Internacional (International Historic Chemical Landmark).

Farmacología

Dado que la mayoría de las penicilinas son destruidas por el jugo gástrico, la absorción por vía oral no es buena y por ello deben ser administradas parenteralmente. La penicilina se absorbe rápidamente tanto con la administración intramuscular como subcutánea. 

La penicilina es eliminada por los riñones, de modo que una disminución o inhibición de la secreción tubular renal puede aumentar la concentración y el efecto terapéutico de la penicilina. Las dosis deben ser reconsideradas en pacientes con insuficiencia renal o que estén tomando otros fármacos como el probenecid, usado en pacientes que requieran concentraciones particularmente elevadas de penicilina.

Antibióticos

Invención de las aeronaves

Durante la década de 1890, los hermanos Wilbur y Orville Wright empezaron a interesarse por el mundo de la aviación, especialmente con la idea de fabricar y hacer volar una aeronave más pesada que el aire, que pudiese despegar por medios propios. En esa época, ambos administraban una fábrica de bicicletas en Dayton (Ohio, Estados Unidos), y comenzaron a leer y estudiar con gran interés, libros y documentos relacionados con la aviación.


Después de la realización de varias pruebas y vuelos con planeadores, los Wright decidieron en 1902 ponerse a fabricar un avión más pesado que el aire. Se convirtieron en el primer equipo de diseñadores que realizaron pruebas serias para intentar solucionar problemas aerodinámicos, de control y de potencia, que afectaban a todos los aviones fabricados en esa época. Para la realización de un vuelo con éxito, la potencia del motor y el control del aparato serían esenciales, y al mismo tiempo el aparato precisaba ser bien controlado.

El avión que fabricaron los hermanos Wright era un biplano al que denominaron Flyer (Volador). El piloto permanecía echado sobre el ala inferior del avión, mientras que el motor se situaba a la derecha de este, y hacía girar dos hélices localizadas entre las alas. La técnica del alabeo consistía en cuerdas atadas a las puntas de las alas, de las que el piloto podía tirar o soltar, permitiendo al avión girar a través del eje longitudinal y vertical, lo que permitía que el piloto tuviera el control del avión. El Flyer fue el primer avión registrado en la historia de la aviación, dotado de maniobrabilidad longitudinal y vertical, excluyendo a los planeadores de Lilienthal, donde el control era realizado a través de la fuerza del propio tripulante.

Flyer de los hermanos Wright

El brasileño Alberto Santos Dumont estaba fascinado por las máquinas. En 1891 se mudó con su padre a París, donde quedó maravillado por el mundo de la aviación. Realizó sus primeros vuelos como pasajero en globo y posteriormente creó su propio globo, el Brésil (Brasil en francés). 

El 13 de septiembre de 1906, Santos Dumont realizó un vuelo público en París, en su famoso avión, el 14-bis. Este aparato usaba el mismo sistema de alabeo empleado en las aeronaves de los hermanos Wright y logró recorrer una distancia de 221 metros. El 14-bis, al contrario que el Flyer de los Wright, no necesitaba raíles, catapultas o viento para alzar el vuelo y, como tuvo mucha repercusión mediática en aquel momento.

Al mismo tiempo que se desarrollaban los aviones de ala fija, los dirigibles se volvían cada vez más avanzados. Durante las primeras décadas del siglo XX, los dirigibles eran capaces de transportar mucha más carga y pasajeros que los aviones.

La construcción del primer dirigible Zeppelin comenzó en 1899 en Alemania. El prototipo inicial, denominado LZ1 (siglas en alemán de Luftschiff Zeppelin 1), tenía 128 metros de longitud y era propulsado por dos motores Daimler de 14'2 CV cada uno. El primer vuelo del LZ1 ocurrió el 2 de julio de 1900, durando apenas 18 minutos, debido a que se vio obligado a descender debido a que el mecanismo de control había sufrido un fallo mecánico. Después de repararlo, el Zeppelin pudo mostrar todo su potencial en los siguientes vuelos, sobrepasando el récord de 6 m/s.

Vuelo del primer dirigible Zeppelin, el LZ1

En 1902, el ingeniero español Leonardo Torres Quevedo desarrolló un nuevo tipo de dirigible que solucionaba el grave problema de suspensión de la barquilla al incluir un armazón interior de cables flexibles que dotaban de rigidez al dirigible por efecto de la presión interior, combinando las propiedades de los dirigibles rígidos y flexibles. Tres años después, junto a Alfredo Kindelán, Torres Quevedo construye el primer dirigible español, denominado España, que se caracterizaba por disponer de un globo separado en tres compartimentos (trilobulado), lo que aumentaba la seguridad.

En 1877 el italiano Enrico Forlanini desarrolló un prototipo no tripulado de helicóptero, de unos 13 metros de altura y alimentado con un motor a vapor. Fue el primero de su tipo. Logró un despegue vertical y permaneció en el aire unos 20 segundos, aunque el primer vuelo realizado con éxito y registrado de un helicóptero ocurrió en 1907.

Energía nuclear

La energía nuclear o energía atómica es la energía que se libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares. Sin embargo, este término engloba otro significado, el aprovechamiento de dicha energía para otros fines, tales como la obtención de energía eléctrica, energía térmica y energía mecánica a partir de reacciones atómicas.

En 1896 Henri Becquerel descubrió que algunos elementos químicos emitían radiaciones. Tanto él como Marie Curie y otros estudiaron sus propiedades, descubriendo que estas radiaciones eran diferentes de los ya conocidos rayos X y que poseían propiedades distintas, denominando a los tres tipos que consiguieron descubrir alfa, beta y gamma.

En 1932 James Chadwick descubrió la existencia del neutrón que Pauli había predicho en 1930.

Durante los años 1930, Enrico Fermi y sus colaboradores bombardearon con neutrones más de 60 elementos, entre ellos 235U, produciendo las primeras fisiones nucleares artificiales. En 1938, en Alemania, Lise Meitner, Otto Hahn y Fritz Strassmann verificaron los experimentos de Fermi y en 1939 demostraron que parte de los productos que aparecían al llevar a cabo estos experimentos con uranio eran núcleos de bario. Muy pronto llegaron a la conclusión de que eran resultado de la división de los núcleos del uranio. Se había llevado a cabo el descubrimiento de la fisión.

Fisión nuclear
La fisión ocurre cuando un núcleo pesado se divide en dos o más núcleos pequeños, además de algunos subproductos como neutrones libres, fotones (generalmente rayos gamma) y otros fragmentos del núcleo como partículas alfa (núcleos de helio) y beta (electrones y positrones de alta energía).

Fisión nuclear

Fusión nuclear
La fusión nuclear es el proceso por el cual varios núcleos atómicos de carga similar se unen y forman un núcleo más pesado. Simultáneamente se libera o absorbe una cantidad enorme de energía, que permite a la materia entrar en un estado plasmático.

Probablemente, la aplicación práctica más conocida de la energía nuclear es la generación de energía eléctrica para su uso civil, en particular mediante la fisión de uranio enriquecido. Para ello se utilizan reactores en los que se hace fisionar o fusionar un combustible. El funcionamiento básico de este tipo de instalaciones industriales es similar a cualquier otra central térmica, sin embargo poseen características especiales con respecto a las que usan combustibles fósiles:

1.- Se necesitan medidas de seguridad y control mucho más estrictas. En el caso de los reactores de cuarta generación estas medidas podrían ser menores, mientras que en la fusión se espera que no sean necesarias.

2.- La cantidad de combustible necesario anualmente en estas instalaciones es varios órdenes de magnitud inferior al que precisan las térmicas convencionales.

3.- Las emisiones directas de CO2 y NOx en la generación de electricidad, principales gases de efecto invernadero de origen antrópico, son nulas; aunque indirectamente, en procesos secundarios como la obtención de mineral y construcción de instalaciones, sí se producen emisiones.

       

                                    Central nuclear                          Símbolo de la energía nuclear

Invención de los cohetes y exploración espacial

Un cohete espacial es una máquina que, utilizando un motor de combustión, produce la energía cinética necesaria para la expansión de los gases, que son lanzados a través de un tubo propulsor (llamada propulsión a reacción). Por extensión, el vehículo, generalmente espacial, que presenta motor de propulsión de este tipo es denominado cohete o misil.

A finales del siglo XIX principios del siglo XX, aparecieron los primeros científicos que convirtieron al cohete en un sistema para impulsar vehículos aeroespaciales tripulados. Entre ellos destacan, el peruano Pedro Paulet, el ruso Konstantín Tsiolkovski, el alemán Hermann Oberth y el estadounidense Robert Hutchings Goddard, y, más tarde los rusos Serguéi Koroliov y Valentin Gruchensko y el alemán Wernher von Braun.

Robert Hutchings Goddard fue el responsable del primer vuelo de un cohete propulsado con combustible líquido (gasolina y oxígeno), lanzado el 16 de marzo de 1926. Los cohetes construidos por Goddard, aunque pequeños, ya tenían todos los principios de los modernos cohetes.

Robert Hutchings Goddard y el primer vuelo de un cohete impulsado por combustible líquido

La exploración espacial designa los esfuerzos del ser humano en estudiar el espacio y sus astros desde el punto de vista científico y de su explotación económica. Estos esfuerzos pueden involucrar tanto seres humanos viajando en naves espaciales como satélites con recursos de telemetría o sondas teleguiadas enviadas a otros planetas.

Los primeros astronautas en circunnavegar la Luna fueron los tripulantes de la Apolo 8, Frank Borman, James A. Lovell, Jr. y William A. Anders, en 1968. Por problemas en sus misiones Zond (que usaban la nave Soyuz modificada para la circunnavegación de la Luna), los soviéticos no fueron capaces de llevar hombres a la órbita de la Luna antes de los EE.UU., y nunca más lo harían.

El objetivo de llegar a la Luna fue alcanzado el 20 de julio de 1969 por la Apolo 11, luego de despegar el 16 de julio y retornando a la tierra el 24 de julio. Es famosa la frase del primer astronauta en pisar en la Luna, Neil Armstrong: "Un pequeño paso para el hombre, pero un gran salto para la humanidad".

Vista de la Tierra desde la Luna

Medios de comunicación

Con el término medio de comunicación se hace una gran referencia al instrumento o forma de contenido por el cual se realiza el proceso comunicacional o de comunicación. Usualmente se utiliza el término para hacer referencia a los medios de comunicación masivos; sin embargo, otros medios de comunicación, como el teléfono, no son masivos sino interpersonales.

Los medios de comunicación son instrumentos en constante evolución. Muy probablemente la primera forma de comunicarse entre humanos fue la de los signos y señales empleados en la prehistoria, cuyo reflejo en la cultura material son las distintas manifestaciones del arte prehistórico. La aparición de la escritura se toma como hito de inicio de la historia. A partir de ese momento, los cambios económicos y sociales fueron impulsando el nacimiento y desarrollo de distintos medios de comunicación, desde los vinculados a la escritura y su mecanización como la imprenta en el siglo XV, hasta los medios audiovisuales ligados a la era de la electricidad en la primera mitad del siglo XX.

Radio del siglo XX

El propósito principal de los medios de comunicación es, precisamente, comunicar, pero según su tipo de ideología pueden especializarse en: informar, educar, transmitir, entretener, formar opinión, enseñar, controlar, etc.

-Positivas: Las características positivas de los medios de comunicación residen en que posibilitan que amplios contenidos de información lleguen a extendidos lugares del planeta en forma inmediata. Los medios de comunicación, de igual manera, hacen posible que muchas relaciones personales se mantengan unidas o, por lo menos, no desaparezcan por completo. Otro factor positivo se da en el ámbito económico: quien posea el uso de los medios puede generar su propia demanda sobre una especie de producto. Entonces, visto desde el ámbito empresarial, es un aspecto ampliamente positivo al hacer posible el marketing y anuncios para el mundo.

-Negativas: Las características negativas recaen en la manipulación de la información y el uso de la misma para intereses propios de un grupo específico.

Perfeccionamiento de los métodos anticonceptivos

Durante el siglo XX ocurrieron grandes avances en el campo de la anticoncepción y la lucha contra las enfermedades de transmisión sexual.

Antes del uso masivo general de métodos anticonceptivos en la segunda mitad del siglo XX se produjeron tanto avances científicos como sociales en defensa de la información y el acceso de métodos anticonceptivos. Entre los factores que han intervenido en la difusión del uso de los métodos anticonceptivos en prácticamente todo el mundo se encuentran:

1.- Éxito en la reproducción: Durante el siglo XX se ha conseguido un éxito extraordinario en la reproducción humana, con una alta supervivencia de los hijos nacidos y un aumento extraordinario de la esperanza de vida. Gracias a la extensión de los servicios médicos ligados a la reproducción, hábitos higiénicos, mejora en la alimentación, generalización de antibióticos y otros medicamentos.

2.- Desarrollo técnico y difusión de métodos anticonceptivos eficaces: La aparición de la píldora anticonceptiva, la accesibilidad del preservativo y la generalización del uso del dispositivo intrauterino, así como todos los demás métodos anticonceptivos permitieron un amplio abanico de opciones con una alta eficacia anticonceptiva y un coste económico que puede considerarse relativamente bajo.

3.- Reivindicación de la sexualidad femenina: La lucha por la igualdad del feminismo incluye una reivindicación dual: por una parte la posibilidad de disfrute integral de la sexualidad y por otra la reivindicación del control de la reproducción con garantías sanitarias y socioeconómicas.

4.- Control de la reproducción por los progenitores: En las sociedades desarrolladas los posibles progenitores practican una fertilidad controlada por un doble motivo: por una parte los propios individuos reproductores desean disfrutar de todas las etapas de la vida sin obligarse a un esfuerzo reproductivo constante; por otra esos progenitores desean unas condiciones de seguridad económicas, educativas, sociales y psicológicas para sus descendientes.