¿Puede Python revolucionar la física molecular?

 

Cómo automatizar el cálculo de operadores Hamiltonianos sin perder la precisión cuántica

Mientras media humanidad discute si la inteligencia artificial destruirá empleos o salvará vidas, hay una revolución silenciosa en la ciencia computacional: automatizar los cálculos más complejos de la física cuántica molecular.
Este artículo reciente explora esa frontera. ¿El protagonista? Un software llamado Vibrojet, que usa técnicas de diferenciación automática en modo Taylor para construir operadores Hamiltonianos rovibracionales con una precisión y velocidad sin precedentes.

📘 ¿De qué trata este trabajo?

Los Hamiltonianos rovibracionales (que describen la energía de rotación y vibración de las moléculas) son el pan de cada día en la química cuántica. Pero construirlos para moléculas complejas es un suplicio matemático: requiere elegir coordenadas internas óptimas, manejar marcos moleculares rotados (como el de Eckart), y derivar decenas de términos diferenciales… a mano.

Aquí entra Vibrojet, un marco computacional en Python basado en la biblioteca JAX que automatiza todo ese proceso. Y lo hace utilizando expansiones en series de Taylor y diferenciación automática de alto orden, permitiendo representar los operadores como sumas de productos de funciones univariadas (lo cual es clave para cálculos eficientes).

⚙️ Aplicaciones potenciales:

– Espectros moleculares precisos para astronomía y astrobiología
– Modelado de moléculas exóticas o inestables en tiempo récord
– Diseño computacional de nuevos materiales o fármacos
– Simulación cuántica en química sin necesidad de supercómputo
– Formación avanzada de estudiantes sin necesidad de Fortran

🧠 Crítica y contexto

Lo más impactante de este artículo no es solo la técnica, sino el marco conceptual: la automatización de la física simbólica. Si antes solo unos pocos expertos podían manipular estos operadores, ahora se democratiza ese poder.
¿El riesgo? Delegar demasiado en sistemas que podrían ocultar errores numéricos o físicos. ¿La promesa? Abrir una nueva era en la simulación cuántica de sistemas moleculares complejos.
Además, el código es abierto y público. ¿Imaginamos lo mismo para cálculos de partículas? ¿Para predicciones climáticas? ¿Para física de materiales?

📐 Sección técnica:

Hamiltoniano cinético rovibracional general:
T̂ = ∑ (sobre λ y μ de 1 a M+6) de:
p_λ† × G_λμ(ξ) × p_μ + U(ξ)

Donde:
p_λ = –i·ħ·∂/∂ξ_λ (operador momento conjugado)
G_λμ = elemento del tensor métrico
U(ξ) = pseudopotencial cuántico

El pseudopotencial U se expresa como:

U = (ħ² / 32) × ∑ (sobre λ y μ) de:
[G_λμ / g̃²] × (∂g̃/∂ξ_λ)(∂g̃/∂ξ_μ) +
4 × ∂/∂ξ_λ [G_λμ / g̃ × ∂g̃/∂ξ_μ]

Además, el marco rotado de Eckart se representa como:
d = exp(–κ)
donde κ es una matriz antisimétrica optimizada numéricamente.

🔬 ¿Y por qué importa esto?

Porque estamos presenciando algo más que una mejora numérica: estamos delegando a la computación simbólica tareas que antes requerían genios humanos.
Y si lo hacemos bien, esta delegación no borra el papel del científico: lo potencia.

📎 Enlace al código abierto:
https://github.com/robochimps/vibrojet

📎 Paper original:
https://arxiv.org/abs/2506.20129v1

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¿Y si la historia de la ciencia fuera más mito que método? (Libro gratis, enace al final del post)

Errores, fraudes y ficciones detrás del progreso científico.

Cuando pensamos en ciencia, solemos imaginarla como una historia de descubrimientos lineales, verdades firmes y genios iluminados. Pero ¿y si muchas de esas historias fueran, en realidad, exageraciones, omisiones… o directamente mentiras?

📕 Las mentiras de la ciencia, del físico e historiador Federico Di Trocchio, es un libro incómodo. Pero necesario. Una autopsia intelectual del relato heroico de la ciencia que desmonta los mitos sobre sus protagonistas, sus métodos y sus verdades absolutas.

🔍 ¿De qué trata el libro?
Capítulo a capítulo, Di Trocchio nos recuerda que la ciencia no está hecha solo de fórmulas, sino también de humanos, intereses, errores, egos, fraudes y silencios convenientes.
Desde Newton y su “manzana” hasta Galileo y su defensa de la verdad, pasando por Darwin, Mendel, Pasteur, Edison, Franklin, incluso Einstein... el libro nos muestra cómo la historia que nos contaron muchas veces no coincide con los hechos documentados.
¿Inventos robados? ✔️
¿Fraudes deliberados? ✔️
¿Descubrimientos que fueron ignorados por décadas? ✔️
¿Mentores que eclipsaron a sus discípulos? ✔️
Todo eso está ahí. Con nombres, fechas y documentos.

📌 Temas que aborda:
La invención de leyendas científicas para construir héroes
El plagio sistemático en la historia de las patentes
El conflicto entre el prestigio institucional y las ideas nuevas
Casos de fraude científico deliberado (algunos aún presentes en libros de texto
La exclusión de mujeres y minorías del relato oficial
La ciencia como construcción política y cultural, no solo racional

⚠️ Pero no te equivoques:
Este no es un libro “anti-ciencia”. Al contrario. Es una crítica interna al dogma del cientificismo, al mito de la infalibilidad del método, al relato épico que borra la complejidad real de cómo avanza el conocimiento.

🧠 Lo que enseña sin decirlo explícitamente:
La ciencia avanza, sí, pero no siempre de forma limpia ni justa
Necesitamos distinguir entre el método científico y la institución ciencia
Cuestionar la historia no significa negar los logros
Desmitificar es también una forma de liberar el pensamiento

📚 Datos del libro:
Título: Las mentiras de la ciencia
Autor: Federico Di Trocchio
Editorial: Alianza Editorial
Idioma: Español
Páginas: ~350
Primera edición: 1993

🧩 Conclusión crítica
Leer este libro es como limpiar una vidriera empañada. No para desacreditar la ciencia, sino para verla con más claridad, más madurez, más autocrítica.
Porque el conocimiento no necesita ser glorificado. Necesita ser entendido.
Y entenderlo implica reconocer también sus fallos, sus trampas y sus mitos útiles.
Si amas la ciencia, este libro no te dolerá. Te hará crecer.
Libro enlace de descarga: (Zip con PDF y EPUB)
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¿Y si los héroes de acción necesitaran repasar física básica? Libro gratis...enlace de descarga al final del post.

 

 

Una guía científica para sobrevivir a los disparos, explosiones y caídas imposibles del cine

¿Puede una película de acción sobrevivir a una clase de física? Esa es la pregunta que se plantea (y responde con ironía, rigor y sentido del humor) Arturo Quirantes en Física de Hollywood, un libro que combina divulgación científica con crítica cultural ligera, directa y accesible.
Si alguna vez saliste del cine pensando “eso no es posible”, este libro es para ti. Si no… también.

🎬 ¿De qué va el libro?

Quirantes analiza algunas de las escenas más famosas del cine —de Matrix a Titanic, de Rápido y Furioso a Indiana Jones— para desmontar, con ecuaciones y sentido común, las leyes de la física que los guionistas ignoran o violan a placer.
Cada capítulo parte de una escena concreta y plantea una pregunta sencilla:
¿Es físicamente posible lo que estamos viendo?

A partir de ahí, el autor introduce principios reales de mecánica, termodinámica, fluidos, electromagnetismo o relatividad. Pero lo hace sin complicar al lector no especializado, usando ejemplos cotidianos, comparaciones ingeniosas y toques de humor.

🔍 Lo que más destaca

Estilo narrativo claro: El autor escribe como si te lo contara tomando un café.
Uso inteligente de ecuaciones: Solo las necesarias, explicadas con sencillez.
Crítica irónica pero no cínica: No busca burlarse del cine, sino usarlo como excusa para enseñar física.
Ejemplos universales: Desde Star Wars hasta El Caballero Oscuro, pasando por clásicos como Speed o Misión Imposible.

📐 Algunos temas tratados:

¿Podrías esquivar una bala como Neo? (Spoiler: no)
¿Qué tan probable es sobrevivir a una explosión si “saltas hacia adelante”?
¿Qué pasa con el Titanic… y el acero a baja temperatura?
¿Podría un coche realmente saltar entre dos rascacielos?
¿Un campo electromagnético puede detener proyectiles?
¿Hay gravedad en las naves espaciales como se ve en Alien?
¿Y los láseres… se ven? (Respuesta breve: tampoco)

🧠 Lo que enseña sin que lo notes:

Que la física está en todas partes, incluso en el entretenimiento.
Que las leyes naturales no son negociables, aunque los efectos especiales digan lo contrario.
Que la alfabetización científica no tiene por qué ser aburrida.
Que el pensamiento crítico también se puede ejercitar con películas.

🧩 Crítica reflexiva

El libro no pretende ser un tratado ni una demolición del cine. Es una puerta de entrada a la ciencia, especialmente para jóvenes o lectores curiosos sin formación técnica.
Como buen divulgador, Quirantes no predica: dialoga, plantea preguntas, ofrece herramientas y deja al lector con ganas de saber más.
Ideal para aulas, clubes de lectura, talleres de ciencia o simplemente como regalo para ese amigo cinéfilo que todo lo resuelve con "porque sí".

📚 Datos del libro:

Título: Física de Hollywood
Autor: Arturo Quirantes Sierra
Editorial: Almuzara
Año: 2014
Páginas: 216
Idioma: Español
Creditos de recopilación a Libros Maravillosos

Enlace de descarga (carpeta con epub y pdf)
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¿Y si el verdadero enemigo no es el CO₂… sino el calor?

La combustión como obstáculo termodinámico a una sociedad eficiente

Durante décadas, el debate energético ha estado dominado por términos como “emisiones”, “renovables” y “neutralidad climática”. Pero hay una palabra clave que se ha mantenido en la sombra: eficiencia.
Y según el artículo de Axel Kleidon y Harald Lesch, cambiar de combustión a electricidad no solo combate el cambio climático… también obedece a las leyes más profundas de la física.

Este trabajo propone una tesis contundente: la eficiencia energética real solo se alcanza cuando evitamos el calor como paso intermedio. Y esto puede explicarse directamente con el segundo principio de la termodinámica y la noción de entropía.

¿Por qué es tan ineficiente quemar cosas?

Cuando quemamos combustibles fósiles, liberamos calor a alta temperatura. Sin embargo, en la mayoría de los casos —como calefacción o transporte— no necesitamos esas temperaturas extremas. La energía se disipa y la entropía se dispara.
El cálculo termodinámico muestra que, incluso en condiciones ideales, el rendimiento de una planta térmica no puede superar el límite impuesto por la eficiencia de Carnot:

η = (T₁ - T₂) / T₁

Donde T₁ es la temperatura de la combustión y T₂ la de disipación. Como no alcanzamos las temperaturas máximas teóricas (~2700 °C), más del 50% de la energía se pierde como calor inútil.

La combustión convierte un recurso de alta calidad energética (combustible con baja entropía) en calor que luego se convierte en trabajo con pérdida. La entropía generada impide que esa energía sea útil de nuevo.

¿Y si eliminamos el calor? El caso de la luz

Pasamos de las velas (combustión) a los focos (calor por filamento) y finalmente a los LEDs, que usan efectos cuánticos como la electroluminiscencia. Resultado: más luz con menos energía, sin pasar por calor.

Lo mismo puede aplicarse al transporte (motores eléctricos en lugar de combustión), calefacción (bombas de calor en vez de calderas) y hasta procesos industriales (energía directa en vez de calor masivo).

Sección técnica (extractos clave):

🔥 Combustión de metano ideal:

CH₄ + 2O₂ + 8N₂ → CO₂ + 2H₂O + 8N₂
∆Q = 890 kJ/mol
Capacidad térmica total ≈ 330 J/K
→ Temperatura máxima ≈ 3000 K (impráctica en uso real)

🌡️ Eficiencia Carnot en centrales térmicas:

Gₘₐₓ = Jᵢₙ ⋅ (Tᵢₙ - Tₒᵤₜ) / Tᵢₙ

💡 Eficiencia de bomba de calor (COP):

Jₒᵤₜ,ₘₐₓ = D ⋅ Tₒᵤₜ / (Tₒᵤₜ - Tᵢₙ)

(Con coeficientes reales entre 3–5, mejor que 1:1 de resistencias eléctricas)

Impacto práctico en Alemania (datos 2023):

• 92 % del consumo energético proviene de la combustión
  
  

• 80 mil millones de euros al año se destinan a importar combustibles
  
  

• Solo el 36 % de la energía primaria se convertía en electricidad útil en 1991
  
  

• Hoy se alcanza el 58 %, gracias a solar y eólica (sin calor)
  
  

• Transitar a bombas de calor podría reducir el uso doméstico de energía de 2025 PJ/año a 452 PJ/año
  
  

• En transporte, pasar a electromovilidad reduciría el consumo de 2511 PJ/año a 410 PJ/año
  
  

Conclusión filosófica y crítica

Este artículo no es solo un manifiesto tecnológico. Es una lectura profundamente termodinámica del futuro humano. La modernización energética no se limita al cambio climático; se trata de respetar los límites naturales que la entropía impone.
Es un llamado a dejar de luchar contra la física y alinearnos con ella. La energía no se pierde, pero su utilidad sí. Y si queremos un futuro sostenible, debemos dejar de malgastar el fuego que nos hizo humanos.

📚 Referencias:

• Kleidon, A. & Lesch, H. (2025). Electricity instead of heat. arXiv:2506.12714v1 https://arxiv.org/pdf/2506.12714 

• Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen (AEGB) 2023

• Öko-Institut 2025

• Agora Energiewende 2020

• The Lancet Countdown 2024

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🧠 ¿Y si la decoherencia no fuera un destino inevitable?

En el corazón de la computación cuántica hay una pesadilla llamada decoherencia. Es ese momento en que el sistema cuántico deja de serlo, cuando la poesía de los estados superpuestos se convierte en prosa clásica. La mayoría de las veces, el entorno “mata” la coherencia cuántica. Pero, ¿y si el entorno pudiera protegerla?

Este estudio propone una arquitectura cuántica que parece decir: el entorno no es enemigo si se diseña con topología y dirección.
📍 ¿Qué hicieron?
Modelaron un sistema de emisores cuánticos (nanopartículas de oro) ubicados cerca de una interfaz topológica plasmonica. En lugar de perder coherencia, estos emisores se acoplan a modos quirales unidireccionales, formando una especie de "baño cuántico protector" que permite:
Interacción direccional entre emisores
Dinámicas coherentes incluso en régimen de acoplamiento débil
Emisión colectiva superradiancia y subradiancia

💥 ¿Por qué esto importa?
Porque plantea una inversión de paradigma: el entorno puede ser una herramienta cuántica, no solo un obstáculo. Es como usar el fuego para mantener el hielo sin derretirlo.
Además, estos resultados son relevantes para:
Diseño de interfaces robustas para computación cuántica tolerante a fallos
Nuevos protocolos de entrelazamiento direccional y no recíproco
Fotónica topológica aplicada a excitones, fonones, magnones y plexcitones

📐 Sección Técnica (simplificada)
El modelo se apoya en un acoplamiento de dipolos inducidos sobre una red de agujeros triangulares en una lámina de oro. A continuación, algunas ecuaciones clave:
Dipolo inducido:
pᵢ = α_eff(ω) * ∑_{j≠i} G(r_ij, ω) * pⱼ
Función de Green dyádica:
G(r) = (1/4πϵ₀) * [ (1 + ik₀r⁻¹ – k₀²r²)I + (3 – 3ik₀r – k₀²r²)(r̂ ⊗ r̂) ] * e^{ikr}/r
Hamiltoniano tipo tight-binding:
H = –t₁ ∑{⟨i,j⟩} cᵢ† cⱼ – t₂ ∑{⟨⟨i,j⟩⟩} cᵢ† cⱼ + h.c.
Número de Chern:
C = (1/2π) ∬ Ω(k) d²k
Ecuación de Lindblad (emisor simple):
dρ/dt = –(i/ℏ)[H_em + H_I, ρ] + 2Γ D[σ₋]ρ
Acoplamiento cascado (dos emisores):
dρ/dt = –i(H_eff ρ – ρ H_eff†) + ∑{i<j} 2γ{ij} σ₋ⱼ ρ σ₊ᵢ + L_φ[ρ]
Firma de superradiancia:
Tasa de decaimiento ∝ sin(k₀d), coherencia espacial en S₃

🧩 Crítica Reflexiva
El trabajo no es solo una propuesta ingenieril. Es una crítica al modelo dominante de decoherencia como proceso inevitable. Aquí, se propone que la topología + quiralidad puedan proteger la fase cuántica incluso lejos del régimen ideal.
¿Estamos ante una especie de “evolución dirigida” de sistemas abiertos?
¿Podemos empezar a diseñar entornos que no solo no destruyan lo cuántico, sino que lo potencien?
Tal vez la decoherencia no sea el fin del cuento, sino una curva que puede revertirse si sabemos leer la geometría del espacio cuántico.

🧭 Aplicaciones Potenciales
Redes cuánticas con emisores débilmente acoplados
Nanoantenas coherentes y direccionales
Simulaciones cuánticas en 2D usando arquitectura plasmónica
Control de interacciones entre quasipartículas en materiales topológicos

📚 Referencias clave:
Davoodi, F. (2025). Beyond Decoherence: Control the Collective Quantum Dynamics of Quasi Particles in Topological Interface. https://arxiv.org/pdf/2506.12805
Zurek, W. H. (2003). Decoherence and the transition from quantum to classical. Rev. Mod. Phys. 75, 715.
Lodahl, P. et al. (2017). Chiral quantum optics. Nature 541, 473–480.
Bello, M. et al. (2019). Unconventional quantum optics in topological waveguide QED. Science Advances 5, eaaw0297.

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¿Puede la luz usarse para analizarse a sí misma?

Bienvenido al espejo cuántico de la óptica no lineal. En el mundo cuántico, la luz ya no es solo una onda o una partícula. Es una estructura compleja que gira, orbita, vibra… y ahora también puede descifrarse a sí misma. El artículo que te traigo hoy explora un experimento que parece sacado de un poema de Borges: un haz de luz que, al atravesar cristales y dispositivos líquidos, revela su propia estructura interna. Un autodiagnóstico fotónico. El equipo liderado por Andrew Forbes y colaboradores internacionales ha logrado usar un dispositivo de cristal líquido capaz de modular luz de dos colores distintos al mismo tiempo, combinándolo con óptica no lineal. El resultado: una sinfonía en la que la luz se mezcla, se multiplica y se interpreta a sí misma. ¿Cómo funciona esta magia? Un dispositivo de acoplamiento espín-órbita (similar a un "q-plate" autogenerado) recibe dos haces de luz con diferentes longitudes de onda. Gracias a su configuración con campos eléctricos y magnéticos, puede alterar el momento angular orbital (OAM) de cada haz, es decir, el "giro estructural" de la luz. Luego, al entrar en un cristal no lineal, los haces se combinan mediante un proceso de generación de frecuencia por diferencia (DFG). Lo bello es que el resultado final depende de la estructura de los haces originales, permitiendo decodificarla si conoces las reglas de combinación. En resumen: 1. La luz entra con una estructura compleja. 2. Se transforma y mezcla con otra. 3. El haz resultante te cuenta todo lo que pasó dentro. Sección técnica (en formato legible): Transformación base del dispositivo: |l, σ±, λ⟩ → √(1−ηλ) |l, σ±⟩ + √(ηλ) |l ± 2, σ∓⟩ Donde: l: momento angular orbital σ±: polarización circular λ: longitud de onda ηλ = sin²(Δ/2): eficiencia controlada por el voltaje aplicado Combinación en el cristal no lineal (DFG): |l₁, σ, ω₁⟩ ⊗ |l₂, σ, ω₂⟩ → |l₁ − l₂, e, ω₁ − ω₂⟩ Con esta regla, el dispositivo permite moldear o analizar haces estructurados según se coloque antes o después del cristal. ¿Por qué importa esto? Porque abre la puerta a nuevos esquemas de: Comunicación cuántica de alta dimensión Procesamiento de información óptica Holografía adaptativa Metrología de precisión Autodiagnóstico fotónico en tiempo real Y más allá de las aplicaciones, plantea una metáfora poderosa: ¿Qué otras cosas podrían aprender a revelarse a sí mismas al interactuar? ¿Conciencia? ¿Redes? ¿Sistemas sociales? Conclusión crítica Este artículo mezcla creatividad experimental con rigor físico. Usa lo mejor de la óptica clásica y cuántica para mostrar un paradigma emergente: la luz como estructura autoreferencial. Si bien las aplicaciones aún están en fase laboratorio, el concepto es potente: controlar, combinar y leer múltiples grados de libertad de la luz en paralelo. Un paso más cerca de la fotónica como lenguaje de la materia viva. 📄 Referencia: Dekkers et al., Spin-orbit bi-colour modulation and analysis of structured light in a nonlinear optics experiment, arXiv:2506.10557v1 🔗 Más reflexiones y ciencia crítica en: https://linktr.ee/PepeAlexJasa #ÓpticaNoLineal #SpinOrbitCoupling #StructuredLight #QuantumOptics #DivulgaciónCientífica #OAM #CristalesLíquidos #DFG #Automedición #FísicaModerna