Dossier microondas

Las ondas del Big Bang están en tu horno

Te explicamos los secretos científicos ocultos en el microondas, una de las herramientas con las que Jordi Cruz despliega su delicioso arte

Ana Pérez y Pilar Gil - 29/04/2016


Nitrógeno líquido, maridajes nunca vistos, cúpulas heladas y presentaciones impecables. Los aspirantes a esta última edición del programa de TVE Masterchef cavilaron a fuego lento sus ingredientes para obtener de los tres jueces implacables la cuchara que les convertiría en concursantes. En lo que no pensó ninguno fue en arrimar una golosina al microondas, el aparato al que esta temporada dedica todo un programa. Puede que no suene a fusión innovadora, pero esa fue la hazaña involuntaria que, hace 70 años, descubrió para nuestras cocinas esta nueva forma de transformar los alimentos. Una que utiliza el mismo tipo de energía que nos ha traído la imagen más antigua del universo. Pero vamos a despiezar esta ensalada de casualidades para entender cómo este fenómeno físico une a Jordi Cruz con los radares de la Segunda Guerra Mundial, las galaxias, la medicina y la comunicación por Bluetooth.

¿QUÉ SON LAS MICROONDAS?
Energía en movimiento. Cuando una partícula eléctrica y otra magnética oscilan a la vez en planos perpendiculares (imagina que agitásemos dos largos espaguetis cocidos, uno en el plano horizontal y otro en el vertical) provocan a su alrededor una perturbación que denominamos radiación electromagnética. Se desplaza en el espacio en forma de ondas a la velocidad de la luz, y también atraviesa el vacío, algo que no hacen, por ejemplo, las ondas de sonido. Ya puedes gritar en una campana de vacío que nadie escuchará tu voz.

Pero las ondas electromagnéticas son de diversos tipos y tienen distintos efectos sobre la materia que alcanzan, dependiendo de su frecuencia, lo “altas” que sean (amplitud) y la distancia entre el punto más alto de una –su cresta– y el de la siguiente, la llamada longitud. Si volvemos a pensar en los espaguetis, entenderemos que, cuanto más deprisa se muevan las partículas que las originan, menor será la longitud y mayor la frecuencia. En un segundo, por ejemplo, pasarán más ondas por un punto determinado. Esa cantidad de ondas por segundo se llama hercio, y es la unidad que utilizamos para medirlas.  

Pues bien, las ondas electromagnéticas con una longitud de entre 1 m y 1 mm y frecuencias de entre 300 MHz y 300 GHz (300.000 y 300 millones de ondas por segundo) son las microondas. En la escala del espectro electromagnético, ordenada desde las que tienen menor frecuencia y mayor longitud, se encuentran entre las ondas de radio y el infrarrojo.

¿POR QUÉ CALIENTAN TU COMIDA?
Si uno no quiere, dos no se calientan. Es decir, parte de la responsabilidad está en los alimentos. Algunas de sus moléculas, como las de agua, grasa y azúcar, se comportan de manera parecida a como lo hace un imán. Si las atraviesa un campo eléctrico positivo, se orientan hacia un lado, y si es negativo, hacia otro. Cuando ese campo varía, ellas se desplazan a un lado y a otro, vibran y se rozan, y ese movimiento aumenta su temperatura.

Justo esa vibración es la que provocan las microondas. Cuando se generan en el horno, llegan a las moléculas llamadas polares, las excitan y el calor que desprenden estas se extiende a todo el conjunto del alimento. Por eso, los que tienen mayor cantidad de agua aumentan su temperatura antes.  

¿CÓMO SE DESCUBRIERON?
En 1864, el físico escocés James C. Maxwell predijo su existencia de manera teórica, a base de ecuaciones. Hubo que esperar hasta 1888 para que el alemán Heinrich Hertz le diera la razón en la práctica al construir un aparato que emitía y detectaba radiación de microondas, aunque a él no le pareció que pudieran resultar de utilidad. Quizá, si no hubiera muerto a los 36 años, habría tenido tiempo de vislumbrar alguna, ya que solo 30 años más tarde el físico indio Jagadish Chunder Bose demostró que con ellas podía accionar una campana a distancia. Más tarde llegaron Nicola Tesla, Guglielmo Marconi, Samuel Morse y William Thomson para profundizar en esa línea y enseñarnos que esas ondas servían perfectamente para enviar información a través del aire.

Aunque por entonces aún se las conocía con su nombre oficial: ondas Electro Magnéticas Transversales (TEM por sus siglas en inglés). Su bautizo con el apelativo que hoy en día usamos todos se produjo en italiano, microonde, en un artículo de Nello Carrara para la revista Alta Frequenza, en 1932. La denominación obedecía a que su longitud era más pequeña que la de las ondas utilizadas entonces para las comunicaciones. Carrara afirmaba que podía ser inferior a 30 centímetros.

En las décadas de 1930 y 1940 descubrieron que resultaban más fáciles de controlar que otras con longitudes de onda más larga. Por eso, su energía se podría concentrar de manera sencilla en un haz muy estrecho dirigido desde una antena a otra situada a decenas de kilómetros de distancia. Se convertían, así, en un vehículo ideal para enviar información. Solo había que codificarla en un extremo y descodificarla en el otro. Además, dada su mayor frecuencia, se podía enviar con ellas una mayor cantidad de contenido. Ambas características las hacían muy apropiadas para las comunicaciones.
Por eso se instalaron cadenas de antenas receptoras y emisoras en líneas de teléfono con mayor privacidad que las existentes. Y en 1950 empezaron los experimentos para conectar las dos costas de EEUU con circuitos de microondas que emitieran programas de TV a todo el continente. Así nacieron las primeras grandes cadenas de televisión.

¿SE UTILIZARON ANTES EN LA GUERRA QUE EN LA COCINA?
Sí. El físico Albert Hull, empleado de General Electric en 1920, inventó un tubo de vacío con un imán en su interior que controlaba una corriente eléctrica. Lo bautizaron como magnetrón, y él creyó que daría un buen servicio como convertidor de potencia. Sin embargo, entre 1937 y 1940 el físico británico John Turton Randall lo adaptó para ampliar el alcance y precisión de los radares militares de su país y de EEUU. En esa nueva aplicación, otros investigadores consiguieron mejorar su rendimiento de tal forma que durante la Segunda Guerra Mundial los radares por microondas con esta tecnología proporcionaron a los aliados una gran ventaja sobre los alemanes y japoneses. Durante los primeros años del conflicto se desarrollaron modelos mucho más pequeños y ligeros que podían transportarse a bordo de un avión y dar al traste con el camuflaje enemigo.

A día de hoy, los radares por microondas continúan construyéndose, aunque han ido alejándose del megatrón en favor de otras tecnologías. No obstante, la fabricación de megatrones continúa en ebullición. ¿Por qué?

¿QUIÉN LAS METIÓ EN EL HORNO?
El ingeniero Percy Spencer trabajaba en 1945 en la empresa americana Raytheon Manufacturing Company, precisamente en la fabricación de megatrones para su uso en radares. Una mañana, mientras revisaba las pruebas de un nuevo modelo, fue a echar mano de la barrita de cacahuetes que solía llevar en el bolsillo para picar (sanamente) entre horas, cuando se topó con una masa pegajosa y grasienta. De inmediato sospechó que aquel desaguisado tenía algo que ver con el funcionamiento del magnetrón. Para salir de dudas, fue a buscar un huevo, lo colocó delante del aparato y pidió que lo pusieran en marcha. A los pocos segundos veía estallar el huevo y pringar por completo la cara de un compañero. Continuó con varios alimentos a su alcance y al día siguiente probó con unos granos de maíz, que lo convirtieron en el primer creador de palomitas al estilo “peli en el sofá”.

El 8 de octubre de ese año, su empresa solicitó la patente de un horno microondas, y en 1946 se anunciaba la salida al mercado del primer modelo, con el nombre de Radarange, en honor a sus orígenes, y un precio de 5.000 dólares. El salario medio anual en Estados Unidos ese año era de 2.500 $, pero nadie pensaba entonces en poner uno en su cocina. Esas primeras unidades estaban destinadas a restaurantes, ferrocarriles y grandes barcos de pasajeros, más por su capacidad para preparar rápido menús para muchos comensales que por su excelencia culinaria. Pronto empezó a recibir críticas porque no conseguía dorar la carne, ni dejar crujientes las patatas fritas ni las pizzas. El momento quizá más embarazoso para su imagen pública fue la renuncia del chef personal del presidente de Raytheon, cuando este le pidió que utilizara únicamente un microondas para preparar sus platos.

Hubo que esperar hasta 1967 para que se iniciara la fabricación de los primeros modelos con tamaño apropiado para una encimera y un precio medianamente asequible (495 $), y otros añitos para que el progresivo perfeccionamiento de la tecnología ampliara su uso más allá del cómodo “voy a calentar la leche”.

¿SE LAS PUEDE DETECTAR EN EL UNIVERSO?
Sí. Y enterarnos supuso un descubrimiento clave para la humanidad y una amarga experiencia para un grupo de palomas.
La mayoría de los astros emiten energía que no está en el rango de la luz visible, sino de las ondas de radio. Por eso utilizamos radiotelescopios para captarla.
En 1965, los astrónomos Arno Penzias y Robert Wilson estaban intentando analizar señales de radio del espacio entre las galaxias con la antena Holmdel Horn de los Laboratorios Bell, en Nueva Jersey. Pronto empezaron a detectar unas interferencias en la frecuencia de microondas que no podían explicar: procedían de absolutamente todas direcciones, con la misma intensidad. Examinaron la antena y comprobaron que un grupo de palomas se había hecho fuerte en su estructura y la había cubierto de heces. Convencidos de que esa era la causa de sus quebraderos de cabeza, decidieron librarse de ellas. “Al final, vimos que lo más humano era comprar una pistola. Y las matamos instantáneamente desde muy cerca”, declaró Penzias. “No es algo de lo que me sienta orgulloso, pero nos pareció la única forma de salir de aquel problema”. Ya libres de ellas y con su antena bien limpia, volvieron al trabajo. Las interferencias seguían ahí.

Como buenos científicos, siguieron el lema “si no las vences, estúdialas”. En ello estaban cuando se enteraron de que el grupo del físico Robert Dicke de la Universidad de Princeton había lanzado la teoría de que, si el Big Bang se había producido, aún debería quedar radiación de baja intensidad por todo el universo. Dicke quería diseñar un experimento para comprobarla, pero no le dio tiempo. Penzias y Wilson entendieron inmediatamente que aquello era lo que les había traído de cabeza y se pusieron en contacto con él. Tras la conversación con Penzias, Dicke volvió a su laboratorio y anunció a sus compañeros: “Chicos, se nos han adelantado”. Ambos grupos trabajaron para probar que el ruido detectado en la antena de las palomas era la radiación de fondo cósmico de microondas y publicaron sus conclusiones en Astrophysical Journal Letters. Pero solo  Wilson y Penzias recibieron por ello el premio Nobel de Física en 1978. ¿Usarían los suecos un microondas para preparar el banquete?

¿QUÉ NOS DICEN DEL BIG BANG?
El fondo cósmico de microondas es una foto. La del momento más remoto del universo que jamás conseguiremos captar. El aspecto que vemos de un objeto es el que tenía cuando emitió o reflejó la luz que llega a nuestros ojos. Como la luz viaja a 300.000 kilómetros por segundo, de tejas para abajo apenas percibimos las consecuencias de ese viaje. Pero la luz del Sol, por ejemplo, salió de allí hace 8 minutos. A medida que nos alejamos en el espacio, encontramos el “fantasma” de galaxias, púlsares y constelaciones que quizá hayan dejado de existir. Así, podemos escanear el universo en busca de radiación (no solamente visible) de momentos que vayan reproduciendo la historia del universo, hasta llegar al Big Bang.   

Solo que nunca tendremos una huella de ese primer momento. Tras la eclosión universal, los fotones se dedicaron a meterse entre electrones y protones e impedirles, así, formar átomos. De ese modo pasaron 300.000 años, hasta que su energía descendió lo suficiente para seguir ejerciendo esa labor de freno. Los protones y electrones pudieron empezar a unirse en átomos de hidrógeno, y los fotones quedaron libres, en la llamada época de la recombinación. Su radiación inició su viaje por el universo, mientras iba enfriándose y aumentando progresivamente su longitud de onda. La que ha llegado hasta nosotros está en la frecuencia de las microondas, y su descubrimiento supuso una auténtica revolución en los conocimientos astronómicos.

En aquella época, la teoría del Big Bang aún competía con la denominada “del estado estacionario”, que defendía un universo en el que la materia se producía y se expandía permanentemente. El fondo cósmico de microondas (CMB por sus siglas en inglés) que escucharon Penzias y Wilson constituía el primer eco del Big Bang tal y como se había predicho. Por eso supuso el espaldarazo definitivo a esta teoría y se consideró digno de un Nobel.

¿PARA QUÉ MÁS SIRVEN?
Para curar hígados. De humanos. En casos de tumores que no pueden extirparse de otro modo, se utiliza una técnica que introduce en ellos tres antenas conectadas a un generador de microondas. Al activarlo, se crea un campo que calienta el tejido maligno hasta destruirlo.

Y ese mismo tipo de radicación (el que te  prepara el delicioso brownie de la otra página) nos permitió contemplar por televisión el alunizaje de la misión Apollo XI y comunicar a sus astronautas con la NASA. La señal de la nave llegaba a una gran antena en tierra que debía rebotarla a una estación repetidora. Pero entre ambas se alzaba una montaña que impedía la transmisión. Para salvarla, el ingeniero Art Roberts diseñó un sistema de antenas colocadas en la cima que actuaban de puente por microondas.
Décadas después, siguen haciendo posibles  retransmisiones de televisión, especialmente desde lugares remotos, y también muchas comunicaciones con satélites espaciales y la toma de imágenes de la Tierra desde ellos.

Pero también hay quien quiere aprovecharlas para alejarnos de ella. Nada menos que como fuerza propulsora de velas para bajeles interplanetarios. Con esa intención las investigan en el Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA, en California, donde consiguieron aceleraciones que multiplicaban varias veces la fuerza de gravedad. También en la empresa privada Microwave Sciences, que desarrolla sistemas de microondas de alta potencia para diversos usos.

La idea es proyectarlas en un haz desde la Tierra, o desde un dispositivo en el espacio, para que hagan avanzar las velas al calentarlas.
Con la misma perspectiva de futuro se investiga la obtención de energía por fusión nuclear. Las futuras centrales deberán calentar plasma a temperaturas de unos 100 millones de grados centígrados. Las microondas resultarán esenciales para alcanzarlos.
Aunque no hace falta irse tan lejos para encontrarlas cumpliendo otras misiones. Los sistemas Bluetooth y WLAN de comunicación entre dispositivos electrónicos establecen redes de corto alcance aprovechando esta radiación.

¿PUEDO VERLAS EN LA TELE?
Prueba a encenderla y buscar un canal sin sintonizar. ¿Ves ese enjambre de inquietos puntos blancos, negros y quizá grises? El 1% de ese molesto ruido que escuchas corresponde al fondo de radiación de microondas, que no resulta visible a nuestros ojos, pero late en todo el universo. Algunos de esos puntos lo “traducen” para ti desde el Big Bang (bueno, ya sabes, desde el momento de liberación de los fotones, hace unos 13.700 millones de años).

¿SE USAN COMO ARMAS?
En Estados Unidos se está trabajando en un arma no letal que denominan eufemísticamente Active Denial System (ADS). Consiste en lanzar un haz de microondas focalizado hacia un objetivo a través de una antena desde unos 500 m de distancia. Con una frecuencia de 95 gigahercios (el microondas de tu casa tiene 2,5) pueden provocar un dolor considerable, porque, aunque solo penetran unos 0,4 mm en la piel, en unos segundos llevan a las moléculas de agua de esta a los 55ºC. La idea de sus inventores es que no te maten, pero sí te hagan salir corriendo. Muy deprisa.

Desde que empezaron a desarrollarlas en la década de 1980, se han ganado el apelativo de “pistolas de rayos de Rumsfeld” –el ex secretario de Defensa de Henry Ford y George W. Bush–, y han sido objeto de diversas críticas. Sus detractores alegan que las pruebas realizadas hasta ahora están muy alejadas de la realidad, ya que a los sujetos que participan en ellas no se les permite llevar lentillas, gafas, botones, monedas, cremalleras u otros objetos metálicos. Todos ellos, al igual que la ropa mojada o sudada, pueden aumentar el efecto de las microondas. Tampoco se puede garantizar la cantidad de radiación a que se expone una persona que no pueda huir (la finalidad última del ADS) por estar atrapada en una muchedumbre.
Los modelos experimentales son muy voluminosos y van montados en un vehículo, pero la empresa Raytheon (sí, la misma del primer horno) comercializa dos versiones más ligeras y de menor intensidad.

ENTONCES, ¿ES PELIGROSO MI HORNO?
Si no se te ocurre experimentar salvajemente con él, no. La intensidad de su radiación es muy baja y está dotado de diversos sistemas de seguridad para evitar que no salga de la cámara en la que se cocinan los alimentos. Por ejemplo, esa rejilla que no te deja curiosear con nitidez qué está ocurriendo dentro. Si te fijas, la tienen todos los aparatos y está diseñada con diminutos orificios de unos 2 mm de diámetro. Su misión es impedir que escapen las ondas, que tienen una amplitud de unos 12,5 cm. Las normas de fabricación decretan que deben tener dos sistemas independientes para detener la radiación en el momento en que se abra la puerta o se accione la palanca de apertura, algo que también ocurre si al menos uno de esos dos sistemas falla. Además, si funcionara con la puerta abierta, a 50 cm recibirías solo una centésima parte de la radiación registrada a 5 cm.

Lo que sí puede evitarte un mal trago es saber que las ondas solo penetran en los alimentos unos 2,5 cm, y no llegan igual a todas partes. Por eso, antes de probarlos conviene removerlos, con el fin de diluir las bolsas de calor que pudieran haberse formado.

Si la palabra radiación te sigue asustando por sus posibles asociaciones con las radiografías y las centrales nucleares, tranquilízate. Los rayos X y gamma, con otras longitudes de onda y frecuencias, ionizan las moléculas, es decir, hacen que los electrones salten de ellas, modificándolas. Las microondas no tienen esa capacidad y, como mucho, pueden quemarte si te expones a ellas, pero no dañarán el ADN de tus células.

Ahora, prueba con calma las recetas de Jordi. http://www.quo.es/ser-humano/jordi-cruz-recetas-con-microondas


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