Manzanas Entrelazadas

El diario Marca y la física cuántica

2012-02-22T06:17:00.000-08:00

Como ya hemos hablado en anteriores ocasiones la física cuántica se está convirtiendo en la excusa predilecta de charlatanes, vendehumos y magufos. Ejemplos son la medicina cuántica, el intento de estafa de cronoaltera, la powerbalance o la homeopatía. Otro ejemplo muy de moda ahora es el origen de la conciencia y las filosofías milenarias, como ejemplo fue el pseudocongreso "Ciencia y conciencia", que intentó censurar este post.

A pesar de todo esto siempre queda sitio para la sorpresa. Hoy en Twitter he visto que incluso un periódico deportivo, Marca, ha decidido sumarse a la moda de usar la física cuántica para vender humo. De paso han decidido pasarse por el forro todo el rigor científico y el sentido común, con lo que queda todo mucho más interesante.

El artículo, titulado Cómo mejorar el rendimiento en el deporte a través de la conciencia, comienza diciendo "Los descubrimientos que la ciencia –en especial la física cuántica- ha hecho en los últimos tiempos han constatado que, en contra de lo que se creía tradicionalmente, especialmente en el mundo occidental, ya no habitamos más en un universo material, externo, objetivo e inerte, sino que muy al contrario éste forma parte de un campo de energía que lo conecta todo, de naturaleza holográfica, donde lo que hacemos en una parte afecta en mayor o menor medida a la totalidad y de manera instantánea."

Es difícil hacer una frase más larga, incomprensible y a la vez llena de falacias. Queda muy bien eso de incluir algo como "de naturaleza holográfica" sin explicar que significa, da sensación de ser algo importante. Es mejor que no se entienda, porque así es difícil que la gente critique. Es un claro ejemplo de antidivulgación, en vez de intentar hacer las cosas comprensibles a la gente, se hacen deliberadamente no comprensibles para aparentar sofisticación.

El tema realmente científico que el autor intenta aprovechar para vendernos su artículo de autoayuda es lo que en física conocemos como el Principio Holográfico. Este, explicado de manera sencilla, se basa en el hecho de que la entropía de un agujero negro depende de su área y no de su volumen. Como la entropía se puede interpretar como una medida de la información del agujero negro esto indica que toda la información del mismo está en su superficie. De ahí alguna gente deduce que la información del universo (que viene a ser como un agujero negro inmenso) se puede condensar sólo en su superficie, y que el interior que nosotros vemos es sólo una consecuencia. Interesante ¿verdad? En mi opinión sí y mucho, pero a día de hoy no deja de ser algo especulativo. Forma parte de la gravedad cuántica, que es una teoría aún en desarrollo. No es, repito NO ES, algo que diga la física cuántica. Para más información se puede ver este post.

El texto continúa con: "entiendo que lo que te voy a contar te pueda resultar difícil de creer porque suena un poco fantástico, pero debes saber que todo está respaldado por abundantes experimentos científicos y testimonios que puedes encontrar en la bibliografía. Para poder comprenderlo y aceptarlo como verdadero necesariamente tendrás que abrir mucho la mente y revisar tus creencias más profundas…"

Evidentemente "la bibliografía" no se incluye en el artículo. Viene a decir, que si no te lo crees, que busques en todos los libros del mundo que alguno le dará la razón. En cuanto a lo de los experimentos sólo menciona uno luego, da la casualidad de ser uno falso.

"Asumo también que salvo que hayas vivido estados alterados (expandidos) de conciencia –con cualquiera de los métodos que las facilitan- no podrás conseguirlo (más adelante entenderás por qué)"

No se a que se refiere con "estados alterados (expandidos) de conciencia", pero si os aviso de que para tragaos todo lo que viene hacen falta estados expandidos de los buenos, que vengan de Amsterdam al menos.

La mayor parte del texto habla de deporte, chakras, ego y demás. Ahí no me meto porque no es mi campo. Sigo hasta la parte en la que vuelve a la carga con el universo holográfico y la física: "Tal vez en este punto te estés preguntando que si todo es energía ¿por qué lo que llamamos realidad es material? La respuesta es sencilla aunque bastante sorprendente, me temo: porque no lo es. Lo que sucede es que tus sentidos decodifican determinados rangos de frecuencias de energía que mandan a tu cerebro, que los interpreta como algo sólido."

Aquí partimos de un supuesto incorrecto, que todo es energía. Según la relatividad especial (y no la cuántica) la energía y la masa se pueden transformar una en la otra siguiendo la famosa ecuación $E=mc^2$. ¿Quiere decir esto que son lo mismo la masa y la energía? Bueno, eso es una cuestión de interpretación. Si el agua se puede convertir en hielo y el hielo en agua ¿son la misma cosa? Yo diría que no, porque tienen propiedades diferentes (yo no me enfrío los cubatas con agua habitualmente), pero en cualquier caso es una cuestión semántica. Lo que es cierto es que si decidimos que son la misma cosa tan correcto es decir que el universo está compuesto sólo por energía, como decir que está compuesto sólo por masa. Si son lo mismo son lo mismo. Ambas, la masa y la energía son propiedades de la materia, o la misma propiedad si lo preferís, no la materia en si que tiene más propiedades.

Para no aburrir paso ya a la parte donde describe el experimento en cuestión: "El Dr. Emoto llevó a cabo durante años profundas investigaciones sobre el agua, caso especial por tratarse del medio en el que se desarrolla nuestra actividad deportiva, pero las hizo desde una perspectiva mucho más científica de lo que nunca antes se habían hecho: utilizó un MRA (Analizador de Resonancia Magnética) y se dedicó a medir el HADO6 de los cristales formados en el agua analizada, al principio microparticulada y luego simplemente agua común. Tomaba muestras de ríos, embalses, lagos, etc. por todo Japón y de muchos otros lugares del mundo. Fotografiaba sus estructuras moleculares cristalizadas, las metía en frascos de vidrio y a continuación las exponía durante horas a distintos tipos de estímulos, unos..."

Donde aparece, como no, Masaru Emoto. Sobre este individuo ya escribí un post que podéis leer para más información. Os lo resumo por si os da pereza: Los experimentos son falsos, se han repetido siempre con resultados negativos y el mismo Emoto ha reconocido que no pueden ser considerados ciencia. Si alguien los repite con éxito se ganará un millón de euros (y un premio Nobel sin duda).

Hay bastante más en el artículo criticable, pero no me quiero extender. Sólo aconsejar que si leéis algo que mencione a la física cuántica seáis escépticos, pidáis referencias, uséis el sentido común y consultéis a los expertos. Criticar también al diario Marca, que se supone que es un diario serio, de deportes pero serio, por publicar semejantes cosas. Si las noticias puramente deportivas tienen el mismo rigor que estas no os creáis nada de lo que digan.

La lucha de la ciencia en España

2012-02-16T07:42:00.000-08:00

Hoy he visto el n-ésimo artículo en la revista Nature sobre la pésima situación de la ciencia en nuestro país (aquí la versión de El País). Como bien sabréis todos, la situación de la ciencia española es insostenible. A los recortes encubiertos del gobierno de Zapatero le han seguido los no encubiertos de Rajoy. Esto ya ha sido protagonista de muchas noticias, en Nature y demás publicaciones científicas, como por ejemplo este artículo (aquí versión en español).

Un paso adelante muy importante fue dado por Francisco J. Hernández con su famosa campaña Casilla de apoyo a la ciencia en la declaración de la renta. Esta iniciativa ha conseguido captar la atención de todo el mundo, incluyendo un artículo en Nature, la campaña más exitosa de la historia de Actuable, la atención de los partidos políticos y medios diversos. También ha habido alguna voz crítica, que defiende que la ciencia debe tener un presupuesto estable y no mantenerse a base de donativos particulares, ejemplos son el blog Las Historias Eulerianas o el blog Magonia, y el mismo autor de la iniciativa considera que su valor es simbólico. Aparte de las críticas no cabe la menor duda de que ha sido una campaña totalmente exitosa, ya que ha atraído atención, nacional e internacional, hacia el problema de la ciencia española.

Esta campaña ha evolucionado hacia una proposición no de ley que pide lo siguiente al gobierno (aquí el enlace original y aquí un blog que se ha creado al respecto):

Dote al Plan de Ciencia recientemente puesto en marcha, de un marco presupuestario en el horizonte de la presente Legislatura, cuantificando los recursos destinados a I+D+i , de forma que dote de estabilidad a los proyectos de inversión.

Garantice que el incremento de gasto público en I+D+i sea superior a lo que aumente el Producto Interior Bruto español y al menos igual a lo que crezca el gasto medio en esta materia en los países de la Unión Europea.

Creo que está claro que todo el mundo nos apoya, la ciudadanía que ha votado en Actuable, las revistas científicas de mayor prestigio, la Comisión Europea que lamenta el recorte español en investigación. Todo son apoyos y buenas palabras. ¿Genial no? ¡¡La victoria es nuestra!! Pues parece que no tanto, porque después de todo este apoyo no estamos avanzando mucho. Esto lo discutía con F.J. Hernández y L.A. Gámez por Twitter y concluíamos que tenemos muy poca capacidad de presionar los científicos. Francisco me comentó lo siguiente:

@fjhheras

@spidermanzano @lagamez Los políticos me reconocieron que todos hablaban de la importancia de la ciencia, pero nadie actuaba...

Y esto es lo que nos pasa siempre. Los científicos atraemos la atención de la gente, políticos y no, todos reconocen que hay que invertir más en ciencia, que la investigación debe ser el motor de nuestra economía, etcétera, etcétera. A la hora de la verdad tenemos una capacidad de presión nula o casi nula. Todos hablan de nosotros, pero nadie nos hace caso. ¿Por qué ocurre esto? Pues se me ocurren varios motivos y permitidme que sea crítico:

1. Por la falta de implicación de los científicos.

A veces podemos parecer un colectivo muy activo, pero eso es una idea falsa. Somos un colectivo que atrae mucho interés, sobre todo cuando se trata de enviar un tweet, escribir un post (ahí me incluyo) o firmar una propuesta. A la hora de manifestarnos, hacer huelga, sindicarnos o protestar activamente somos el colectivo menos activo del mundo. Honrosas excepciones son la Federación de Jóvenes Investigadores o la plataforma Investigación Digna. La mayoría de los científicos nos limitamos a protestar en la cafetería o en Facebook. Hay incluso un cierto sentimiento de que si te dedicas a estas cosas es porque no terminas de ser bueno en investigación, los buenos científicos investigan y no se meten en política.

2. Porque dentro de los científicos que se implican sólo hay gente de los primeros niveles, doctorandos y postdocs.

Es casi imposible encontrar profesores cuyo nivel de implicación pase de firmarte una campaña o similar. Es algo comprensible debido a que al ser ya funcionario te puedes despreocupar de si se invierte más o menos, pero no deja de ser una falta de implicación. Si los jóvenes tenemos una cierta capacidad de presión, los investigadores seniors tienen mucha más. Deberían ser ellos los que hicieran más presión, pensando en los jóvenes y en el futuro del país.

3. Por que no hacemos verdadera presión.

Tristemente esto es algo difícil de solucionar. Cuando hay una huelga de médicos, la gente se queda sin atender, si la hay de basureros nuestras calles se vuelven insalubres, si es de maestros los niños se quedan en casa poniendo en apuros a los padres. Ciertamente la base de la huelga es esa, causar un cierto malestar que ponga en entredicho la gestión para forzar un acuerdo. ¿Os imagináis una huelga de científicos? Los alumnos de la universidad no tendrán clases, pudiendo irse a dar un paseo y poco más. ¿Os afectaría en vuestro día a día si yo decidiera hoy no publicar ningún artículo hasta nuevo aviso? ¿Y si decido no referear los artículos que me manden? Pues imagino que no os quita el sueño.

Nuestro problema es que nuestra labor es a largo plazo y está bastante lejos de la vida diaria de la gente. Esto no significa que no sea importante, lo es como la que más, pero no es fácil trasladar eso al resto de la gente. Nuestra capacidad de presionar es bastante limitada y además estamos bastante acomodados.

Así pues lo que quisiera es exponer algunas medidas que yo creo que podemos hacer para mejorar nuestra situación. Todas pasan por hacer un cierto sacrificio, como es obvio, pero si no nos ponemos las pilas ya podemos ir olvidándonos de la ciencia española y aceptar el hecho de que sólo servimos para atraer al turismo y fabricar casas que, con suerte, compren los alemanes. Prometo aplicarme estas medidas a mi mismo de manera inmediata.

1. Afiliarnos a sindicatos e intentar activamente que defiendan nuestros intereses.

Son muy pocos los científicos que se afilian a algún sindicatos, como yo mismo que no lo estoy. Me parece un poco absurdo. Otros colectivos son bastante fuertes sindicalmente, y eso les ayuda a la hora de negociar.

2. Colaborar con asociaciones como la FJI o Investigación Digna.

Esta es una actividad que dejé hace tiempo y que voy retomar sin falta. No hace falta ser el más activo del mundo, sólo participar en sus foros y actividades, aportar ideas, hacerse notar de alguna manera. Allí es donde se está forjando todo esto.

3. Tratar de involucrar a nuestros supervisores (para la gente joven). Involucrarse (para los menos jóvenes)

Como ya he dicho antes son los investigadores seniors son los que más presión deben hacer. Debemos intentar involucrarlos, pero que se mojen de forma activa. Que vean nuestra situación y la situación del país y que empiecen a hacer una oposición activa a estas medidas.

4. Difundir nuestra situación los que estamos fuera.

Aquí la campaña de F.J. Hernández nos ha hecho un gran favor. Que la gente fuera sepa cual es nuestra verdadera situación. Esto no deja de ser algo para "captar atención" que ya he dicho que no suele ser muy útil. En cualquier caso al menos que no presuman de que la ciencia en España va bien, como hizo nuestra querida ex-ministra al decir que España ya había superado en calidad científica a Austria o Suiza, demostrando así que era una mentirosa o no tenía ni idea de que significa "calidad científica".

5. Proponer actuaciones más activas.

Sin duda este es el punto más importante. Como ya he dicho antes lo de ahora no funciona. Tenemos que pasar a una lucha más activa. Si las manifestaciones y la atención de los medios no termina de funcionar, busquemos algo mejor. Somos muchos, proponed lo que se os ocurra. Aquí juegan un papel importante las asociaciones que menciono antes. En sus foros y listas de correo se recogen decenas de propuestas, haced la vuestra también. Si os da pereza podéis escribir en los comentarios y me comprometo a mandarlo yo mismo.

Sobre todo organicémonos y luchemos. No nos quedemos apoltronados porque si lo hacemos tendremos también nuestra parte de responsabilidad en lo que nos ocurra.

Algunos datos sobre España y Francia

2012-02-12T12:29:00.000-08:00

Es todavía muy reciente la polémica sobre los guiñoles de Canal Plus y los deportistas españoles. Esto ha desatado en internet una agria polémica que no se si se ha trasladado a la calle, ya que no vivo en España, pero que me parece totalmente desproporcionada. Dejando a un lado mi opinión sobre el humor y como debe poder hacerse a costa de quien sea, ya sean islamistas, deportistas, príncipes, católicos, comunistas, científicos o lo que sea, y teniendo en cuenta que a los científicos nos gusta mucho cuantificar las cosas, quisiera exponer algunos datos. Todo gira en torno a la más repetida argumentación de que "los franceses nos tienen envidia y por eso se meten con nosotros".

Aquí los datos, si alguien quiere añadir alguno más y es algo objetivo sólo tiene que ponerlo en comentarios y actualizaré la lista.

PIB, 2010, (Millones de dólares internacionales): Francia 2.245.487, España 1.368.642. Fuente.

Salario Mínimo: Francia 1398.37, España 748,30. Fuente.

Esperanza de vida, 2009: Francia 80.95, España 80.05 (No encuentro datos más recientes, se agradecen enlaces). Fuente.

Nivel de desempleo: Francia 9.8% , España 22.85%. Fuente.

Número de medallas en las olimpiadas de Beijing 2008: Francia 40, España 18. Fuente.

Número de medallas en las olimpiadas de invierno de Vancouver 2010: Francia 11, España 0. Fuente.

Población (dato estadístico): Francia 64.473.140, España 47.190.493.

Estos son los datos, las conclusiones ya las saca cada uno. Como, obviamente, la selección de datos en si ya introduce cierta subjetividad dejo abierta la opción de introducir cualquier dato que enlace, siempre que sea objetivo.

Casilla de apoyo a la ciencia en la declaración de la renta

2012-01-04T05:34:00.000-08:00

He visto en el magnífico blog Resistencia Numantina una campaña muy interesante. Se pide una casilla en la declaración de la renta para dedicar el 0.52% de tus impuestos (el porcentaje de libre asignación) al desarrollo científico del país.

Como todos sabemos los últimos años del gobierno de Zapatero no han sido precisamente buenos para la ciencia española y el nuevo gobierno lo ha empeorado reduciendo el presupuesto dedicado a la ciencia en 600 millones. Como ya pudisteis leer en la entrada anterior la revista Nature recomendó al gobierno de España no recortar en ciencia, pero aquí siempre nos gobiernan unos paletos u otros. Al menos pidamos que nos dejen dedicar nuestro dinero de libre dedicación a lo que queramos. Entre la iglesia y la ciencia yo tengo poco que pensar.

Hay una campaña en Actuable, que me temo que no servirá de mucho, pero por nosotros que no quede.

La revista Nature recomienda a España, Grecia e Italia invertir en I+D

2011-12-01T05:23:00.001-08:00

Traducción libre de la editorial recientemente publicado en la revista Nature, Half way there.

A mitad de camino

España, Italia y Grecia tienen nuevos gobiernos y nuevas leyes sobre investigación. A pesar de las presiones de austeridad económica, investigar en ciencia puede traer beneficios desproporcionados.

Tres de los países mediterráneos peor heridos por la crisis (España, Italia y Grecia) tienen poco en común, más allá de compartir el litoral y bajos niveles de inversión en ciencia y desarrollo. Sin embargo, en los últimos años los tres han mostrado su deseo de reformar su desfasado sistema de investigación. Y en el último mes los tres han adquirido, de una manera u otra, un nuevo gobierno.

La prioridad para estos gobiernos es traer de vuelta sus países del camino del desastre, y con ello ayudar a prevenir el colapso del euro. Dada la enormidad e importancia internacional de esta tarea, ¿tiene algún sentido favorecer al lobby científico, económica y políticamente, en medio de los paquetes de austeridad que los gobiernos tendrán que emplear?

Lo tiene, por dos motivos. Primero, cualquier país desarrollado sin una base científica razonable se enfrenta a un inhóspito futuro -este es un mantra habitual, pero cierto-. Los científicos en estos tres países han visto poco dinero nacional disponible para proyectos de investigación y prácticamente ninguna contratación científica. Los mejores científicos han tenido que sobrevivir con financiación internacional, particularmente de la Comisión Europea. Los científicos de Grecia y España son los que más se pueden quejar, ya que medidas de austeridad han reducido su salario, junto con otros funcionarios de sus países. No es difícil imaginar que futuros recortes llevarán a un nivel peligroso de desmotivación. Segundo. Estos tres países están ahora en algún punto del proceso de presentar o activar nuevas leyes que regulen como la investigación se organiza y evalúa, que los llevarán algún punto dentro de la normalidad de este tipo de normas en Europa. Con todo motivo se deben invertir recursos políticos en asegurar que estas reformas se realizan adecuadamente -y dado que no costarán mucho, hay pocos motivos para no hacerlo-.

Estos países mediterráneos han tendido a ser opacos en sus inversiones en ciencia y contrataciones académicas, y la endogamia habitualmente ha prevalecido frente a la meritocracia. Las nuevas leyes deben ayudar a solucionar esto, primero introduciendo revisión por pares y evaluación. En España y Grecia, las nuevas leyes deben también introducir por primera vez muy necesarias agencias nacionales independientes para distribuir competitivamente lo recursos de la investigación primaria, siguiendo las líneas del Consejo Europeo de Investigación o la Fundación Nacional de Ciencia de EEUU.

Estas leyes se han discutido durante años -Grecia prometió hace mucho una ley de la ciencia que aún no ha sido aprobada, incluso cuando su ley de universidades se aprobó el pasado Agosto-. En Italia una ley para la investigación se aprobó a finales de 2009 y una ley de universidades un año después. La ley española de la ciencia se aprobó el pasado Junio.

Todas estas leyes difieren en lo relevante y en los detalles, y no son perfectas en ningún caso. En estos tres países, por ejemplo, la mayoría de los académicos son funcionarios con trabajos de por vida, esto molesta principalmente a aquellos que esperaban que las universidades y laboratorios públicos de investigación iban a obtener más flexibilidad. En cualquier caso, si se implementan apropiadamente cada una de estas leyes conseguirán hacer una ciencia de mayor calidad y un mejor aprovechamiento del dinero.

Todo esto importa aún más debido a que un buen número de institutos internacionalmente competitivos, y un más pequeño número de institutos excelentes, han aparecido en estos países, incluso a pesar de la falta de apoyo político. Los líderes de estos institutos han decidido trabajar acorde a la meritocracia; imagínense lo mucho que se podría haber conseguido si esta medida se hubiera adoptado en la política científica en general.

Las mejoras científicas en el sur de Europa no beneficiarán sólo a estos países individualmente, harán a Europa más competitiva en general. Claro que sin dinero nuevo, el marco legal no será capaz de realizar las maravillas que se esperan de él. Una nueva agencia de financiación no será de mucha ayuda sin dinero.

Ahora no es el momento de esperar grandes aumentos en la inversión en ciencia, pero pequeños aumentos pueden significar una diferencia desproporcionada. A mitad de camino de la reforma España, Italia y Grecia necesitan ser ayudados. Al igual que una reforma fiscal, esto conlleva una devolución a largo plazo, para estos países y para el continente.

¿Es el olfato un sentido cuántico?

2011-11-25T11:17:00.001-08:00

Siguiendo con la serie de tres posts hablando sobre biología y física cuántica quiero escribir ahora sobre otro tema muy reciente. Lo escuché por primera vez en Agosto, en un congreso sobre efectos cuánticos en sistemas biológicos. Se trata de como funciona el sentido del olfato y si hay algún efecto cuántico en él. Por supuesto esto es un tema muy reciente y, por lo tanto, controvertido así que tampoco saquemos demasiadas conclusiones. En cualquier caso es un tema interesante y divertido.

Teoría electrónica del olfato

Obviamente la cuestión de como distinguimos olores no es algo que nadie se haya preguntado hasta ahora. De hecho la estructura del sistema olfativo es bien conocida desde hace mucho. Para comprender a grandes rasgos como funciona el sistema olfativo podemos recurrir a la Wikipedia.

Los receptores químicos del olfato son:

La glándula pituitaria roja: Se ubica en la parte inferior de la fosa nasal y está recubierto por numerosos vasos sanguíneos que calientan el aire.

La glándula pituitaria amarilla: Se ubica en la parte superior de las fosas nasales y presenta tres capas:

Células de sostén
Células olfatorias
Células basales

Las células olfatorias son células nerviosas receptoras de estímulos químicos provocados por los vapores. En la pituitaria amarilla se encuentran las glándulas mucosas de Bowman, que libera un líquido que mantiene húmedo y limpio el epitelio olfatorio.

Para estimular éstas es necesario que las sustancias sean volátiles, es decir, han de desprender vapores que puedan penetrar en las fosas nasales, y que sean solubles en agua para que se disuelvan en el moco y lleguen a las células olfatorias. Éstas transmiten un impulso nervioso al bulbo olfatorio y de este a los centros olfatorios de la corteza cerebral, que es donde se aprecia e interpreta la sensación de olor. Se cree que existen 7 tipos de células olfatorias, cada una de las cuales sólo es capaz de detectar un tipo de moléculas, éstas son:

Alcanforado: olor a naftalina.
Almizclado: olor a almizcle.
Floral.
Mentolado.
Etéreo: olor a fluidos de limpieza en seco.
Picante.
Pútrido.

Wikipedia: El número 6 son los receptores olfativos.

O sea, que las moléculas volátiles se disuelven en el moco y estimulan los centros olfativos. Hasta aquí todo genial. La pregunta que ahora nos hacemos es ¿Cómo estimulan las moléculas un centro olfativo u otro?

La teoría clásica de estimulación se basa en la corteza electrónica de las moléculas. Como sabemos las moléculas están formadas por átomos que a su vez tienen un buen número de electrones. De como se distribuyan los electrones en la molécula dependen sus propiedades químicas, y son estas las que determinan si tiene un olor u otro. A veces se ilustra diciendo que los electrones de las moléculas, según se distribuyan, constituyen una llave y que cada llave abre la puerta a distintos receptores, estimulando así el olfato.

Entonces está todo claro, la capa electrónica de las moléculas determina que receptores se estimulan y eso da lugar a la sensación del olfato. Caso cerrado. ¿O no? Pues no del todo. Resulta que hay otra teoría que compite con esta y es la que voy a explicar a continuación.

Teoría vibracional del olfato.

En los últimos años otra teoría sobre el olfato ha empezado a tener bastante éxito. La propuso Luca Turin en 1996 y fue publicada en la revista Chemical Senses (después de que fuera rechazado por Nature). Esta teoría se basa en lo siguiente, primero la molécula debe encajar en el receptor, al igual que en la teoría anterior. Sin embargo esta "compatibilidad electrónica" no es suficiente para excitar el mecanismo. Además es necesario que haya una transferencia de electrones entre la molécula en cuestión y el receptor. Esta transferencia se da por efecto túnel.

Por si alguien no lo sabe el efecto túnel es un efecto cuántico que permite a las partículas atravesar potenciales que les están prohibidos de manera clásica. Como si las partículas pudieran escalar una montaña sin tener energía suficiente para ello.

Wikipedia: Reflexión y "tunelado" de un electrón dirigido hacia una barrera de potencial. El punto resplandeciente moviéndose de derecha a izquierda es la sección reflejada del paquete de onda. Un vislumbre puede observarse a la derecha de la barrera. Esta pequeña fracción del paquete de onda atraviesa el túnel de una forma imposible para los sistemas clásicos. También es notable la interferencia de los contornos entre las ondas de emisión y de reflexión.

¿Entonces de qué dependerá que una molécula tenga un olor u otro? Pues según esta teoría básicamente de dos factores: Primero, de su estructura electrónica, como en la teoría anterior. Y Segundo de los núcleos que compongan la molécula. Esto último es importante porque los núcleos de las moléculas vibran y esto facilita que se de el efecto túnel si la frecuencia de oscilación de la molécula y del receptor son parecidas.

Entonces ahora la pregunta es muy sencilla ¿cómo sabemos qué teoría es correcta? Pues para eso sólo hay una solución y es la misma de siempre: experimentación.

Experimentos sobre la teoría vibracional del olfato

Ahora hay que pasar a la última parte del método científico, experimentar y experimentar. Primero de todo (obviamente) hay que diseñar un experimento. ¿Cómo podemos distinguir entre una teoría que dice que el olfato depende sólo de la estructura electrónica de las moléculas y otra que dice que además cuenta la estructura nuclear? Pues hay una manera "sencilla", hay que oler moléculas que tengan igual los electrones y diferente los núcleos y ver si hay o no diferencia. Para eso necesitamos recurrir a nuestros amigos los isótopos.

Los isótopos, como ya sabemos son átomos que tienen el mismo número de electrones y protones, pero no de neutrones. Esto hace que sean idénticos entre ellos en cuanto a la capa electrónica (y la química) pero muy diferentes desde el punto de vista nuclear. Un ejemplo muy claro son los átomos radiactivos, cuyas propiedades dependen fuertemente de su número de neutrones.

Isótopos del hidrógeno

Entonces el diseño del experimento empieza a estar claro. Podemos coger un tipo de molécula, cambiarle algún átomo de hidrógeno por uno de deuterio o tritio (ver figura anterior) y ver la diferencia. Esto es lo que hizo un grupo de Nueva York y lo publicaron en la revista Nature Neuroscience. El experimento consistió en hacer oler a personas compuestos orgánicos en los que se sustituyó el hidrógeno por deuterio y ver si notaban la diferencia. El resultado fue tajante: No hay ninguna diferencia. Esto hizo que la revista Nature publicara una editorial muy dura en contra de la teoría vibracional.

Entonces eso es todo ¿no? Ha habido un experimento, este es negativo pues no se hable más. Afortunadamente no. El padre de la teoría Turin, contactó a gente del MIT y del Centro de investigación Biomédica Alexander Fleming e hicieron otro experimento. Su argumento era que los experimentos con humanos son muy complejos, ya que tienen un gran margen de subjetividad, y que era mejor hacerlo con animales. En concreto su experimento se hizo con moscas de la fruta (Drosophila melanogaster, para los amigos).

Los resultados se encuentran en un artículo de Proceedings of National Academy of Sciences. Básicamente entrenaron, mediante descargas eléctricas, a moscas para que distinguieran los olores de compuestos con hidrógeno y deuterio. Después cuando las moscas se veían expuestas a ambos olores recordaban cual era el "bueno" y lo escogían mayoritariamente. Al igual que el otro experimento las conclusiones son bastante tajantes pero en este caso a favor de la teoría vibracional.

Conclusión

¿Entonces qué podemos concluir si hay dos experimentos y son contradictorios? Pues sólo una cosa: hacen falta más experimentos.

Como bien es sabido la experimentación es la piedra angular de la ciencia, sin embargo eso no quiere decir que todos los experimentos sean correctos. Puede haber algún error sistemático, o la muestra es demasiado pequeña, o hay factores psicológicos (como en el experimento de Nature). También existe la posibilidad de que la teoría vibracional sea correcta para moscas pero no para humanos, aunque parece improbable. En cualquier caso la solución pasa por hacer otros experimentos, en otros grupos y con otros dispositivos. Al final la realidad se abrirá paso ella sola.

Esta obra es de Daniel Manzano Diosdado y tiene una licencia Creative Commons Reconocimiento-CompartirIgual 3.0 Unported License.

El entrelazamiento cuántico y la orientación de los pájaros

2011-11-25T00:25:00.001-08:00

Un tema de rabiosa actualidad en el mundillo de la física cuántica es la existencia de fenómenos propios de de esta en los seres vivos. Por un lado es evidente que la cuántica afecta a los seres vivos en tanto que estamos formados por átomos, que a su vez forman moléculas y el comportamiento de estas está determinado por esta teoría. Sin embargo de lo que vamos a hablar aquí es de otro tema, se trata de fenómenos propios del mundo de la física cuántica, como la coherencia, el entrelazamiento o el efecto túnel, que aparentemente juegan un importante papel en ciertos procesos biológicos.

En tres post diferentes voy a describir los tres procesos principales que se estudian actualmente sobre el tema. La brújula de los pájaros, la fotosíntesis y el sentido del olfato. Este post trata sobre el primero de todos.

La brújula aviar y el entanglement

Una pregunta que ha habido desde hace mucho tiempo es como funciona la brújula de los pájaros. De hecho se conocen más de 50 especies que pueden detectar el norte de manera innata, entre ellos hay aves, mamíferos, reptiles, peces, anfibios e insectos. El caso de los pájaros es el más estudiado y aún así no podemos decir que el efecto esté totalmente comprendido. El principal problema para comprenderlo es que el campo magnético terrestre es muy pequeño, de unos 50 microteslas, y no es fácil fabricar una brújula en miniatura para detectarlo. Tampoco en la mayoría de las reacciones químicas se suele detectar su efecto, aunque como veremos ahora hay algunas que pueden.

Un momento revolucionario al respecto fue la publicación de dos artículos, basados en experimentos dirigidos por el profesor P.J. Hore, uno de ellos en la revista Nature titulado Chemical compass model of avían magnetoreception y el segundo en la revista Procceding of National Academy of Sciences titulado Chemical magnetoreception in birds: The radical pair mechanism. Estos dos artículos proponen y estudian un procedimiento llamado radical pair mecanism (RPM a partir de ahora) que se puede dar en la retina de un pájaro específico el petirrojo europeo. Según estos investigadores este proceso depende del campo magnético terrestre y permite a los pájaros "ver" el norte. Como dato curioso mencionar que el hecho de que la brújula de estos pájaros se encuentran en sus ojos se probó haciendo experimentos en los cuales se les cerraba uno de los ojos, en ese caso podían volar pero perdían totalmente el sentido de la orientación por lo que se ve que la brújula se encuentra en ambos ojos (referencia).

El petirrojo europeo protagonista de toda esta historia. Vía Wikipedia.

¿En qué consiste este mecanismo entonces? Básicamente se basa en lo siguiente. Como sabemos los electrones tienen una cualidad llamada espín, que es un campo magnético intrínseco a la partícula. Con "campo magnético" queremos decir que los electrones son como pequeñas brújulas y con "intrínseco" queremos decir que no tiene origen en ningún otro aspecto de la partícula en sí. Como curiosidad mencionar que el término espín, viene del inglés spin que significa "giro" porque sus descubridores pensaban que lo producía el electrón al girar, aunque ahora sabemos que no es así. Una propiedad importante del espín es que si lo mides sólo encontrarás dos valores, $\uparrow$ o $\downarrow$ o como los quieras llamar, pero sólo dos. Eso se puede demostrar fácilmente con el experimento de Stern-Gerlach.

Esquema del experimento de Stern-Gerlach, que dio pie al descubrimiento del espín. Vía Wikipedia.

Lo que ocurre ahora es que nosotros no estamos formados por electrones libres, sino por átomos. ¿Qué pinta entonces el espín? La cuestión es que muchas reacciones químicas se dan cuando se encuentran un átomo o molécula al que le sobra un electrón con un átomo o molécula al que le falta uno, entonces el espín será el del electrón que sobra o del que falta (también hay que tener en cuenta el efecto de los electrones al moverse, pero eso no lo tendremos en cuenta por no liar).

¿Podemos responder ya a la pregunta "qué es un RPM"? Pues es sencillo, como ya he dicho los espines sólo tienen dos posibilidades, $\uparrow$ o $\downarrow$, así que si dos espines se encuentran tenemos cuatro posibilidades: $\uparrow\uparrow$, $\uparrow\downarrow$, $\downarrow\uparrow$ y $\downarrow\downarrow$. Lo bueno es que la física cuántica es muy rara y transforma estas cuatro obvias posibilidades en otras cuatro, menos obvias: mantenemos $\uparrow\uparrow$, $\downarrow\downarrow$, pero debido al Principio de exclusión de Pauli las otras dos están prohibidas. En su lugar aparecen dos nuevas $\frac{\uparrow\downarrow+\downarrow\uparrow}{\sqrt{2}}$ y $\frac{\uparrow\downarrow-\downarrow\uparrow}{\sqrt{2}}$, que vienen a indicar que cada espín está en dos estados al mismo tiempo y conectados (que es lo que llamamos coherencia y entrelazamiento, como bien sabéis).

La cuestión que nos interesa ahora es que estos cuatro estados se pueden agrupar de dos maneras, como singletes ($\uparrow\uparrow$, $\downarrow\downarrow$ y $\frac{\uparrow\downarrow+\downarrow\uparrow}{\sqrt{2}}$) y como triplete ($\frac{\uparrow\downarrow-\downarrow\uparrow}{\sqrt{2}}$). Cada uno de estos grupos tiene un espín total diferente (cero el triple, uno el singlete). "¿Qué nos importa todo esto?", os preguntaréis. Pues porque cuando dos electrones se encuentran en un estado u otro pueden dar lugar a reacciones químicas diferentes y midiendo el resultado se puede saber si estaban en un estado u otro. "¿Y qué demonios tiene que ver esto con la brújula aviar?", os volveréis a preguntar. Pues la cuestión es que como he dicho los espines son campos magnéticos, por lo tanto se ven afectados por un campo magnético como el de la tierra.

En resumen en la retina de los pájaros se da una reacción química, que se basa en el siguiente mecanismo: Un fotón (la luz) excita una molécula de la retina y esta pierde un electrón (la llamaremos donante), este electrón se lo queda otra molécula (a esta la llamaremos receptora, originalidad ante todo) y ambos tiene espín. Entonces la moléculas se separan, viven su vida y cuanto se vuelven a encontrar deciden unirse y hacer una reacción química. El resultado de esta reacción química depende del espín de las moléculas y del campo magnético externo, por lo que midiendo el resultado podemos saber si estamos volando hacia el norte o no.

Resumen de la reacción que se da en la retina de las aves. * significa excitado, + con un electrón más, - con un electrón menos, S significa singlete, T triplete, A es la donante y B la receptora. Fuente.

Esta reacción se refleja como ya hemos dicho antes en una sensación visual para el pájaro, de modo que puede "ver" el norte.

Recreación de la vista de un petirrojo. Fuente.

Otra cosa que os podréis preguntar es: ¿es esto un efecto puramente cuántico? Evidentemente el espín es un fenómeno cuántico, pero todo esto es química al fin y al cabo y ya sabemos que la química está por todas partes. La cuestión que hace esto interesante desde el punto de vista cuántico es ¿qué ocurre cuando las moléculas están separadas? ¿Se mantiene el entrelazamiento entre ellas? Al respecto hay un muy reciente artículo del grupo de Hans Briegel, titulado Quantum Control and Entanglement in a Chemical Compass donde se demuestra que a mayor entrelazamiento en el sistema, mayor sensibilidad. Esto indica que el entrelazamiento juega un importante rol en la brújula aviar y abre la puerta a la invención de dispositivos tan precisos como este.

Y eso es todo por ahora, espero que haya quedado algo claro y si no para eso están los comentarios. Os dejo con un chiste que sólo entenderá gente muy especializada.

Fuente

Y un trozo de una película que explica lo que (no) pasaría si los pájaros dejaran de sentir el campo magnético. Eso sí, para echarse unas risas a su costa la peli es el no va más (de mala).

Esta obra es de Daniel Manzano Diosdado y tiene una licencia Creative Commons Reconocimiento-CompartirIgual 3.0 Unported License.

El problema del software libre

2011-11-01T09:03:00.000-07:00

Hoy he visto en menéame la n-sima portada sobre las opiniones de Richard Stallman sobre Apple el software libre y demás. No entiendo muy bien como salen a una portada semanal con la misma información, pero lo bueno es que las opiniones de este hombre siempre dan lugar a debate. He escrito un comentario que ha sido muy bien acogido, pero nadie me ha contestado. Así pues he decidido escribir aquí mi postura al respecto, como defensor del software libre que me considero, para ver si originamos un constructivo debate, o al menos un debate.

Antes que nada mi presentación en este sentido: Yo soy físico, como ya sabréis algunos, investigador en el campo de la física cuántica. Descubrí Linux en la universidad y casi inmediatamente decidí dejar de usar Windows, que me parecía una porquería. Hace unos 8 años que uso exclusivamente Linux como sistema operativo tanto profesional como personal. En mi trabajo programo mucho en C, uso aplicaciones ofimáticas, programas de matemáticas como Mathematica y Matlab, editores de texto científicos como LaTex y demás cosas de uso cotidiano. Como usuario soy algo friki pero no llego al nivel de algunos de mis amigos, sin embargo uso la mayoría de las cosas usuales, veo películas, escucho música, uso p2p, mensajería, etc. Tengo 2 ordenadores, un portátil y un netbook sin contar el del trabajo, un Samsumg mini con Android y un Kindle. En general no me considero un analfabeto digital ni tampoco un usuario de nivel experto.

La cuestión es que hace un mes en mi instituto en Austria decidimos que había que actualizarme mi ordenador y, después de hablar con varios de mis compañeros he decidido que sea un ~~Macpro~~ Macbook pro. Básicamente aquí quiero comentar como he decidido que mi instituto compre un ordenador de una de las empresas más cerradas en cuestión de software a pesar de ser usuario de software libre. Así que una vez echas las presentaciones vamos a ello.

Lo primero es especificar la utilidad del ordenador. Aunque lo usaré también como ordenador personal no es esa la función del mismo, es un ordenador para desarrollar mi trabajo. Llevo haciendo ese trabajo en Linux ya 5 años con buenos resultados, por lo que está claro que no es imprescindible cambiar, ¿qué ocurre entonces? Lo que ocurre es una cuestión de funcionalidad y tiempo. En el mac prácticamente todo vale dinero y va como la seda, en el linux hay muchas cosas gratis (no todas, Mathematica por ejemplo vale lo mismo) y hay que dedicarle bastante tiempo a que todo quede como tú lo necesitas. Por ejemplo al configurar el uso de LaTex en Inkscape me costó la vida hacerla, el Mathematica de vez en cuando se me cerraba sin previo aviso y sin guardar la información y así bastantes cosas más. En definitiva al final el trabajo se hacía y en su mayoría con la misma calidad que pueda hacerla con el mac, el problema es el tiempo que le debía dedicar. Es cierto que las licencias de software no son nada baratas, pero mi salario tampoco lo es y si tengo que dedicar horas y horas al mantenimiento de mi sistema operativo (SO en adelante) estamos malgastando mucho dinero público. Sinceramente pienso que lo más sensato por mi parte es usar la herramienta que mejor me permita hacer mi trabajo y hoy por hoy considero que es un mac con MacOS. No se nos olvide que el tiempo también es dinero y tanto en lo profesional como en lo personal mucha gente prefiere pagar por ahorrar tiempo de trabajo. Habrá también quien alegue que todos esos problemas que menciono y los demás que tuve no los solucioné en un segundo porque soy un inútil y no porque sean difíciles de solucionar, en cualquier caso me estarán dando la razón, con mis capacidades limitadas tengo que optar por la opción que sea más ventajosa. En cualquier caso considero que intentar extender el software libre a base de decir que el que no lo usa es un paleto, que es de lo más común como se puede ver en cualquier noticia al respecto en menéame, es una estrategia poco afortunada.

Con esto por supuesto no estoy diciendo que siempre haya que comprarle mac a todos los trabajadores y demás. En esta supuesta guerra software libre VS software privativo se lleva mucho el "o estás conmigo o contra mi", que traducido es "o usas siempre software libre o eres un vendido a Apple y Microsoft". Yo pienso que en los colegios, institutos y universidades debe priorizarse el uso de software libre siempre que sea posible. A los estudiantes hay que enseñarles a usar un SO en cualquier caso, así que mejor que sea uno libre y que no le cueste un dineral al estado en forma de licencias. Otra cosa es que también se les enseñe un software privativo si se considera que lo van a necesitar en el futuro, como en la universidad me enseñaron a usa Mathematica. Otro ejemplo es cuando se usan ordenadores para una cuestión administrativa pública, como gestionar una base de datos, y tienen Windows. Esto es una manera horrible de tirar el dinero a la basura. Cambiándolo todo a Linux, con lo que nos ahorramos en licencias se podría crear una empresa pública que hiciera el software y lo dejara todo igual de funcional de modo que no se perdiera nada de productividad. Cada caso es diferente y depende del uso concreto del software y del número de ordenadores, claro está.

Otra cuestión es la de la coexistencia de software libre y el software privativo. Yo con mi mac puedo instalar Inkscape, Libreoffice y mucho más software libre. Con Macports puedo instalar casi todo lo que tengo en Ubuntu. Esto obviamente me abre muchas posibilidades y esto es lo que yo creo que es el futuro. Como ya he dicho antes lo del software libre y el software privativo es una guerra en la que tienes que escoger bando y no tiene por que ser así. Esperar que todo el software sea libre algún día es excesivamente utópico e improductivo en mi opinión. Hay muchas y muy buenas empresas que prefirirán echar el cerrojo antes que hacer software libre, y si se les obliga a ello estaremos cerrando la puerta a muchos y muy buenos productos. En el mundo de los videojuegos, por ejemplo, hay muy poco software libre (y ahora me lloverán ejemplos de videojuegos libres, pero todos sabemos que no tienen la misma calidad) y tampoco creo que si algún quiere gastarse su dinero en un megacerrado videojuego pues que haga lo que quiera. También se que los principales oponentes a esta coexistencia no son los desarrolladores de software libre, sino Apple y Microsoft que intentan hacer sus sistemas lo más cerrado que pueden. La cuestión es que si conseguimos que una masa crítica use programas libres estas empresas verán que oponerse les reporta más pérdidas que beneficios.

A modo de conclusión sólo decir que si queremos que cada vez haya más software libre y menos DRM y restricciones semejantes tenemos que cambiar un poco el punto de vista. En general si vais a explicarle a alguien la ventaja de tener Linux en vez de Windows o MacOS la estrategia de primero decirle que no sabe usarlo porque es tonto y luego soltarle un sermón porque tiene un Iphone no es una buena estrategia.

Edición: Tanto en menéame como en los comentarios se me ha comentado que el título no casa con el artículo en si, tras releerlo he visto que realmente no me he expresado muy bien. El problema del software libre que menciono se resume en lo siguiente: considerar que usar software libre es "bueno" y software privativo "malo" e intentar que la gente use exclusivamente el primero. La gente debe ser libre de usar el software que considere oportuno y si alguien por motivos personales o profesionales decide pagar por ahorrarse algo de tiempo, por comodidad o lo que sea, pues muy bien. El futuro del software libre es la coexistencia con el software privativo, no la derrota de este. Aparte un problema no del software libre en si, pero sí de muchos defensores de este es considerar que la gente tiene la obligación de instalar en sus ordenadores lo que a ellos les de la gana. Si usas Windows en vez de Linux, es que eres un idiota o un vendido al capital y blahblahblah. Tratemos a la gente como personas adultas y capaces que saben que es lo que más les interesa en cada momento, enseñémosle que hay otras opciones, y si después de verlas y sopesarlas deciden seguir con lo que tienen pues muy bien, ni los tratemos de idiotas ni los juzguemos.

Esta obra es de Daniel Manzano Diosdado y tiene una licencia Creative Commons Reconocimiento-CompartirIgual 3.0 Unported License.

La Semana de la Física

2011-10-15T10:32:00.000-07:00

La semana pasada fue la Semana de la Física en Innsbruck, organizada principalmente por los grupos experimentales de la universidad. Fue una gran manera de acercar la ciencia a los estudiantes y a la gente en general. Estas actividades son en mi opinión muy importantes por dos motivos, primero permite a los más jóvenes acceder a una información muy importante a la hora de decidir sobre su futuro. El segundo motivo es más importante aún, explicar a la gente a que nos dedicamos. A los científicos se nos olvida muy fácilmente que nuestro salario lo pagan los demás trabajadores con sus impuestos y que es muy importante, aparte de hacer un buen uso del dinero público, que les expliquemos que hacemos con su dinero.

Principalmente el evento consistió en una serie de montajes experimentales y series de pósters relacionados con nuestro trabajo. Evidentemente los experimentales tuvieron bastante más éxito a la hora de atraer atención, porque siempre es más fácil interesar a la gente por un experimento que por un póster. El montaje estuvo primero en la facultad de física y luego se movió al centro comercial del ayuntamiento, para que estuviera más cercano a la gente. Allí me tocó pasar el sábado explicando a la gente diversos experimentos (los pósters teóricos no se llevaron por falta de espacio).

También encontré algo de tiempo para grabar algunos dispositivos que eran muy interesante. El primero es este tren formado por supercondutores y que levita sin tocar la vía. Podéis ver que no sólo levita, sino que intenta mantenerse pegado a la vía de modo que puede tomar curvas.

El segundo dispositivo es una superficie curva que trata de simular un agujero negro. Funciona con monedas y los beneficios se donaron a la "Universidad Juvenil" de Innsbruck. Un dispositivo igual hay en el Parque de las Ciencias de Granada.

Otro que me resultó muy interesante fue una simulación sobre como funciona una trampa de iones. Resulta que estos dispositivos no se pueden diseñar para que tengan un mínimo de potencial que atrape los átomos, sino sólo que tengan un punto de silla. ¿Cómo atrapan los átomos? Pues haciendo rotar este punto se puede confinar la partícula por un tiempo, como se hace en el vídeo con una bola en un campo gravitatorio

Y finalmente un vídeo del experimento en el que pasé más tiempo, el tornado. Un montaje muy chulo de un tornado de vapor de agua que venía muy bien para explicar cuestiones sobre caos, por ejemplo.

La gente acogió muy bien la exposición y preguntaron mucho. Los niños como ya se puede ver en los vídeos fueron los más impresionables. Sin embargo hubo de todo, como anécdota contar que una señora me preguntó por mi opinión sobre Masaru Emoto, que va a dar una charla ahora en Innsbruck (mi opinión podéis verla aquí). Un niño me puso en un apuro preguntándome por qué la madera cambia de color al mojarla, y tuve que reconocerle que no tenía ni idea.

Y aquí lo dejo, recomendando a toda la comunidad científica seguir con este tipo de exposiciones y actividades, que siempre viene bien devolverle a la sociedad parte de lo que ella nos da.

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La Ciencia y Dios

2011-09-26T13:11:00.000-07:00

Desde hace ya mucho tiempo no tengo ningún tipo de creencia religiosa. Pasé del cristianismo en la niñez al agnosticismo en la adolescencia y el ateísmo en la postadolescencia, al mismo tiempo que mi interés por la ciencia fue incrementando. Mucha gente me ha preguntado si hay alguna relación en mi caso sobre mi ateísmo y mi condición de científico y alguna hasta ha escuchado la respuesta. En cualquier caso sí que la hay y he decidido escribir un artículo al respecto. Como es un artículo largo lo he colgado también en mi web y os lo podéis bajar en distintos formatos (pdf, odt, kindle).

La Ciencia y Dios

Daniel Manzano Diosdado

Instituto Carlos I de Física Teórica y Computacional, Universidad de Granada y

Institut für Teoretische Physik, Universitat Innsbruck.

Introducción.

El concepto de Dios y de la vida después de la muerte ha acompañado al ser humano durante milenios. Estas ideas han evolucionado durante la historia, comenzando con las religiones multiteístas y derivando en las religiones monoteístas, que son las más extendidas en el mundo occidental (cristianismo, islamismo y judaísmo). Por otro lado en las últimas décadas ha habido un crecimiento importante del ateísmo como opción religiosa (o como opción frente a la religión) [1]. Esto en parte puede deberse a la extensión del conocimiento científico al público general gracias a medios tales como la televisión o internet.

La primera cuestión a preguntarse al respecto es si realmente hay algún tipo de correlación entre el ateísmo y la ciencia. En 2007 un estudio sobre religión [2], reveló que el 37.6% de los científicos naturales de EEUU (incluyendo como tales a físicos, químicos y biólogos) definen sus creencias como “no creo en Dios” y un 29.4% las definieron como “no se si hay un Dios y no creo que haya manera de saberlo”. Este dato contrasta mucho con una sociedad, la norteamericana, donde sólo un 14% de la población no cree en Dios. Es evidente que sí hay correlación entre ateísmo-agnosticismo y ciencia.

Desde un punto de vista histórico también es evidente que la ciencia puede afectar al pensamiento religioso. Dos ejemplos son las revoluciones de Galileo y Darwin sobre el modelo Copernicano y la evolución de las especies mediante la selección natural. Estas dos revoluciones científicas contradijeron la doctrina religiosa oficial de su momento y lugar y forzaron un cambio en la misma. Actualmente la mayoría de los creyentes del mundo occidental no consideran que haya enfrentamiento entre estos hechos científicos y la idea de Dios. No es descartable que nuevos descubrimientos futuros vuelvan a modificar la doctrina religiosa, aunque es muy improbable que haya en el futuro próximo un descubrimiento que afecte directamente a la idea de Dios en si.

Un hecho sobre el debate ciencia-Dios es la falta de resultados empíricos. Aunque históricamente ha habido muchos hechos paranormales que se han asociado a distintas deidades (también llamados milagros), estos son siempre no concluyentes. Es sabido que estos hechos ocurrían con más frecuencia en el pasado, cuando no había manera de documentarlos, que en la actualidad. Muchos milagros han sido descartados por el conocimiento científico, como el de la Sábana Santa que es de construcción medieval y no pudo ser por lo tanto el sudario de Jesucristo [3]. Creo que es obvio que el concepto de Dios no puede ser considerado un hecho, sino en todo caso una teoría con la que explicar hechos tales como la existencia del universo.

Dios como teoría científica. Falsabilidad.

En el campo de la filosofía de la ciencia ha habido una intensa investigación para determinar cuando una teoría puede ser considerada científica. Aunque sigue siendo un campo abierto en la actualidad el criterio más usado en la actualidad sigue siendo el falsacionismo de Karl Popper [4]. Este criterio se esta usando en la actualidad, por ejemplo, en el debate sobre si la teoría de cuerdas debe ser considerada o no una teoría científica [5].

El falsacionismo se basa en la idea de que es imposible verificar la veracidad de una teoría científica, pero sí es posible refutarla. Así una teoría debe hacer predicciones claras que puedan ser comprobadas experimentalmente y así refutarla en caso de ser incorrecta. Mientras los hechos experimentales estén en acuerdo con las predicciones de la teoría esta se debe considerar provisionalmente correcta. Un solo hecho experimental que contradiga la teoría llevaría a la revisión de esta misma.

Es evidente que por el método falsacionista la idea de Dios nunca podrá ser considerada científicamente válida. Es evidente que partiendo de la hipótesis de que hay un ser superior y omnipotente no se puede concluir ningún efecto, pues todo estará a merced de la voluntad de este. Cualquier hecho empírico se podrá ajustar a esta teoría, como se hizo ya con el copernicanismo o el darwinismo y esta idea es de por si no falsable. Esto hace que la idea de Dios en si no pueda ser considerada científica.

Ateismo y agnosticismo, la Tetera de Russel.

Un argumento muy usado en la actualidad sobre el ateísmo y la ciencia es el siguiente: “Ya que no está probada la existencia de Dios, pero tampoco la no existencia, la postura científicamente correcta es el agnosticismo. Hay que mantenerse sin sacar conclusiones hasta que haya más argumentos en un sentido u otro.”

Este argumento ya fue fuertemente rebatido por Bertrand Russel en su famoso artículo “¿Hay un Dios?” [6]. su argumento se resume en el siguiente párrafo del artículo: “Si yo sugiriera que entre la Tierra y Marte hay una tetera de porcelana que gira alrededor del Sol en una órbita elíptica, nadie podría refutar mi aseveración, siempre que me cuidara de añadir que la tetera es demasiado pequeña como para ser vista aún por los telescopios más potentes. Pero si yo dijera que, puesto que mi aseveración no puede ser refutada, dudar de ella es de una presuntuosidad intolerable por parte de la razón humana, se pensaría con toda razón que estoy diciendo tonterías. Sin embargo, si la existencia de tal tetera se afirmara en libros antiguos, si se enseñara cada domingo como verdad sagrada, si se instalara en la mente de los niños en la escuela, la vacilación para creer en su existencia sería un signo de excentricidad, y quien dudara merecería la atención de un psiquiatra en un tiempo iluminado, o la del inquisidor en tiempos anteriores.”

A modo de sátira recientemente se han creado otros seres o dioses cuya existencia no puede ser refutada, como el Monstruo Volador Espagueti o el Unicornio Rosa Invisible [7], en los cuales nadie cree. Es evidente que la imposibilidad de probar la no existencia de algo no es motivo para la mayoría de la gente para mantenerse en el escepticismo, no es lógico hacer una excepción con el concepto de Dios en si.

La prepotencia del ateísmo.

También es usado en contra del ateísmo el argumento de la mayoría: “Ya que la inmensa mayoría de la población humana cree en algún tipo de Dios los ateos son prepotentes por creer que todos los demás están equivocados”.

Este argumento es muy fácilmente refutable, ya que es de sobra conocido que la verdad no es democrática. Si algo es cierto o no no es algo que sea decidido por la mayoría, sino por la realidad en si. A lo largo de la historia hay infinidad de ejemplos de creencias mayoritarias que fueron posteriormente refutadas. Durante mucho tiempo la mayoría de la población creía que la tierra era plana y no esférica y eso no hacía este hecho cierto. No es razonable considerar a gente como Eratóstenes o Galileo prepotentes por pensar en contra de la opinión de la mayoría, en todo caso fueron visionarios.

Vida después de la muerte.

Un ingrediente común a casi todas las religiones teístas es la creencia en una vida posterior a la muerte física. Esto se basa en la idea de separación de la conciencia del cuerpo físico que se produce después de la muerte. Esta idea es muy difícil de sostener debido a los últimos avances de la neurociencia que claramente indican que la conciencia se encuentra en el cerebro. Es bien sabido que modificaciones de la estructura física del cerebro llevan a modificaciones en la conducta de las personas, por lo que es evidente relaciona la conciencia con el cerebro.

La cuestión de una conciencia sin cerebro o ajena al este es difícilmente sostenible. Si la conciencia no es el cerebro en si habrá que cuestionarse porqué se ve afectada por este, y si es el cerebro es difícil creer que pueda seguir existiendo tras la desaparición de este. Más sencilla es la explicación de que la consciencia es un producto del cerebro y desaparece cuando desaparece este.

Referencias.

[1] http://es.wikipedia.org/wiki/Demografía_del_ateísmo

[2] E.H. Ecklun y C.P. Scheitle. Religion among Academic Scientists: Distinctions, Disciplines, and Demographics. Social Problems 54, 289 (2007).

[3] Damon, P. E.; D. J. Donahue, B. H. Gore, A. L. Hatheway, A. J. T. Jull, T. W. Linick, P. J. Sercel, L. J. Toolin, C. R. Bronk, E. T. Hall, R. E. M. Hedges, R. Housley, I. A. Law, C. Perry, G. Bonani, S. Trumbore, W. Woelfli, J. C. Ambers, S. G. E. Bowman, M. N. Leese, M. S. Tite. Radiocarbon dating of the Shroud of Turin, Nature 337, 611 (1989).

[4] Logik der Forschung. Karl Popper. (1934).

[5] The Touble with Physics. Lee Smolin (2007).

[6] Is there a God? Bertrand Russell, (1952).

[7] http://es.wikipedia.org/wiki/Pastafarismo http://es.wikipedia.org/wiki/Unicornio_rosa_invisible

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El mayor genio de la historia

2011-09-26T06:23:00.000-07:00

Una vez concluida la encuesta del blog podemos ver que Isaac Newton es considerado por mis lectores como el mayor físico de toda la historia, seguido de cerca por Albert Einstein. En mi opinión es una decisión acertada, ya que aunque Einstein fue un gran físico no llega al nivel del genio de los genios. De hecho en mi opinión Newton no es sólo el físico, sino también el científico en general más importante de la historia. Dejo la explicación de manos del gran Isaac Asimov:

A veces me preguntan cuál fue el científico más importante de la historia. Si me preguntan cuál fue el segundo más importante, me veo en problemas, porque tengo que decidir entre Albert Einstein, que desarrolló la Teoría de la Relatividad, Watson y Crick, que comprendieron la estructura del ADN, Darwin, que descubrió la evolución… Pero cuando me preguntan por el más importante, la respuesta es muy simple: Isaac Newton. Newton descubrió la gravedad, inventando de un plumazo la mecánica celeste y explicando los causas aún desconocidas de muchos fenómenos de la astronomía y la física. Newton inventó el cálculo integral, creando así las matemáticas avanzadas. Newton creó y perfeccionó el cálculo infinitesimal. Newton descubrió la propagación de las ondas, dando origen a la acústica. Newton fundó la óptica, descubriendo la descomposición de la luz. Newton inventó el telescopio reflector. Newton inventó el sextante. Newton es el fundador de la ciencia moderna. Sin él, el mundo que conocemos no hubiese existido nunca.

El gobierno recorta y miente

2011-08-04T11:53:00.000-07:00

Me entristece volver a leer una vez más que el gobierno decide recortar presupuesto en investigación. Esta vez ha sido en las estancias de investigación de los investigadores predoctorales FPU. Aquí está el manifiesto de la FJI.

Para el que no sepa de que va esto es muy sencillo. Para poder hacer el doctorado una de las opciones es la beca/contrato FPU (formador de profesorado universitario). Es muy exigente con el currículum y sólo los mejores estudiantes de cada promoción pueden optar a ella. Dentro de la convocatoria se ofrece la posibilidad de hacer estancias de hasta 6 meses en otros centros de investigación, nacionales o extranjeros. Habitualmente estas estancias eran para todos, pero este año han decidido rechazar un 37.5%. Para colmo el periodo empieza en Septiembre y han avisado ahora, en Agosto, por lo que muchos ya tendrían pisos alquilados, billetes de avión y demás.

Las estancias, para el que no lo sepa, no son unas vacaciones. Son una parte fundamental del desarrollo del científico. La ciencia es igual en todas partes, pero no los métodos de trabajo, así que salir y conocer lo que se hace en otros centros es muy importante. Estos investigadores, además, suelen establecer vínculos con esos grupos extranjeros, cosa muy beneficiosa para sus centros de origen. Por supuesto ya que el mundo es muy grande siempre intenta uno irse a sitios de primer nivel científico.

Lo más grave de todo han sido las declaraciones del director general de política universitaria Juan José Moreno, donde este buen señor se permitió mentir y justificar la supresión de estancias en una supuesta mejora de la calidad. Básicamente sus declaraciones dicen que: "cada vez se solicitan más becas, más lejos y, por tanto, son más caras", cosa que es rotundamente falsa ya que las estancias se pagan igual ya sean en Francia que en Australia. Para más detalle ver como desmontan todas sus mentiras en la web de la FJI.

Sólo dar desde aquí mi apoyo a los afectados y recordar que el irse de estancia no es un derecho de los investigadores, es un derecho de toda la sociedad. Todos los españoles están pagando con sus impuestos a estos trabajadores, y si luego el ministerio les quita sus herramientas de trabajo para ahorrarse un dinero es toda la sociedad la que lo paga. Así lo pagaremos entre todo cuando poco a poco le quiten a los investigadores todas sus maneras de llegar a ser buenos científicos y volvamos a la edad de piedra española. Eso si es que llegamos a salir en algún momento, cosa que dudo.

Los grandes problemas de la física experimental actual

2011-07-29T09:44:00.000-07:00

Como ya expliqué anteriormente los problemas que considero se encuentran en la vanguardia de la física teórica creo que es justo que haga lo mismo para nuestros compañeros los experimentales. Así que aquí está la lista de los problemas más interesante, en mi opinión, de la física del momento.

Ondas gravitacionales

Como ya hemos hablado en post anteriores la Relatividad General es una de las teorías más satisfactorias de la actualidad. Con ella se explican infinidad de sucesos experimentales, como la órbita de Mercurio, la dilatación temporal debido a la gravedad o las lentes gravitacionales. Sin embargo hay un fenómeno que la teoría predice y que aún no ha sido observado, las Ondas Gravitacionales.

Según la teoría estas ondas se originarían cada vez que un cuerpo con masa se acelera y serán más grandes cuanto mayor sean la masa y la aceleración. Por supuesto los principales candidatos a generarlas serán estrellas u otros cuerpos en órbita. Igualmente se espera que la formación de un agujero negro origine unas ondas gravitacionales considerables.

Ondas gravitacionales originadas por dos cuerpos masivos en órbita. Fuente: Muy Interesante.

Hay considerables esfuerzos ya en marcha para detectar este fenómenos. El más importante es, probablemente, el experimento LIGO en EEUU. Hay también proyectos en Europa (Geo600) y Asia (el TAMA300).

Básicamente la detección de este fenómeno, de darse, vendrá dada por el siguiente hecho: las ondas gravitacionales varían el tamaño de los objetos cuando pasan a través de ellos. Para detectar esto se construyen enormes interferómetros con dos brazos perpendiculares y se intenta observar esa diferencia. Como estas ondas se origina muy lejos de la Tierra este efecto es muy pequeño (del orden de $10^{-18}$ metros, mucho menos que el tamaño de un átomo de hidrógeno) y es muy difícil de detectar.

Esquema para la detección de ondas gravitacionales. Fuente

Hasta la fecha todas las medidas directas han fallado, pero hay medidas indirectas que parece indicar la existencia de este fenómeno, como el cambio en la órbita de quásares que orbitan de manera muy rápida. En cualquier caso seguimos esperando la medición correcta.

Computación cuántica

Este es mi punto favorito, ya que es el que más tiene que ver con mi trabajo. Como ya expliqué en un post anterior los ordenadores cuánticos nos permitirían hacer cosas que hoy en día ni siquiera imaginamos, el problema es como construir ordenadores cuánticos.

La principal dificultad viene del hecho de que las propiedades de los sistemas cuánticos, como la coherencia o el entanglement, son muy frágiles y desaparecen debido a la interacción del sistema con el entorno. Esto hace que no vivan lo suficiente como para poder hacer cálculos con ellas.

Por ahora hay diferentes caminos que se toman para conseguir este propósito. Uno de los principales es el iniciado por el español Ignacio Cirac, junto con Peter Zoller, que consiste en manipular átomos individuales mediante láseres (para interesados este es el artículo que lo inició todo). Esta técnica consiste principalmente en crear un casi-vacío en una caja y atrapar unos pocos átomos mediante láseres, esto se denomina técnicamente optical lattice, luego a esos átomos mediante la aplicación de otros láseres se les cambia el estado para conseguir lo que uno quiera.

Una optical lattice según la Wikipedia.

Otras aproximaciones que se hacen a este problemas es mediante el estado cuántico de los fotones, las partículas de la luz. En este campo es Anton Zeilinger uno de los principales investigadores. Básicamente en este caso hay que producir fotones de uno en uno y luego combinarlos y cambiarlos mediante diferentes combinaciones de cristales y espejos, finalmente hay que usar detectores que funcionen con un sólo fotón. Esto como es imaginable no es una labor sencilla.

Tanto átomos como fotones tienen sus pros y sus contras, los primeros tienen una vida más larga y los segundos son más rápidos a la hora de transportarlos. Sin embargo el como conseguir un ordenador cuántico sigue abierto.

También hay otras posibilidades abiertas, como mediante resonancia magnética nuclear, puntos cuánticos o superconductores. Cual será la tecnología final aún no lo sabemos.

Bosón de Higgs y dimensiones extra

Estos dos asuntos son muy diferentes pero están también muy relacionados. El bosón de Higgs es la última pieza que falta por encontrar del rompecabezas del Modelo Estándar de la Física de Partículas. Este modelo está muy bien ensamblado y explica todas las partículas existentes pero aún no resuelve el problema de por qué tiene masa. Para esto se añadió una partícula más que es la que le da la masa a todas las demás.

Ilustración del funcionamiento del bosón de Higgs. Esta partícula (aquí representada por un científico importante), aglutina toda la masa alrededor suya. Autor: David Miller.

El segundo problema que menciono es el de las dimensiones extra. Como ya expliqué brevemente en el post sobre la teoría de cuerdas, muchas nuevas teorías unificadoras añaden más dimensiones al espacio de las que conocemos. Todo esto será puramente especulativo a menos que se descubran efectos de estas dimensiones o se observen directamente. Podéis preguntaros cual es la relación entre estos dos fenómenos, el bosón de Higgs y las dimensiones extra, pues es muy sencillo: de encontrarse se encontrarán en el mismo sitio, en un acelerador de partículas.

Los aceleradores de partículas, como su propio nombre indica, sirven para acelerar partículas y luego hacerlas colisionar. La cuestión es que el bosón de Higgs (de existir) necesita una gran energía para detectarlo, por otro lado las dimensiones extra son muy pequeñas y para detectarlas (si existen también) hace falta una energía muy grande. Por eso en los aceleradores se espera descubrir ambas.

Sólo mencionar que sin duda el acelerador más importante del momento es el LHC, construido en el CERN. Este está en un túnel circular de 27 km y se espera que consiga colisiones de protones de hasta 14 Tera-electronvoltios (muchísima energía). Aún no tiene ningún resultado definitivo, pero sin duda arrojará bastante luz sobre estos asuntos.

Parte del túnel del LHC

Materia oscura

Como ya expliqué en el post sobre los grandes problemas de la física teórica actual, la materia oscura es un asunto que sigue dando quebraderos de cabeza. La relatividad y la mecánica de Newton predicen que debe estar ahí, pero aún no he ha observado directamente. Obviamente este problema estará abierto hasta que no se detecte la materia oscura o se construya una teoría que no la necesite.

La cuestión principal es que esta materia, si existe, debe interaccionar muy poco con el resto de la materia y la luz. Si interaccionara fuertemente la habríamos detectado ya hace mucho, así que los detectores deben ser muy grandes (para maximizar la probabilidad de alguna interacción) y deben esperar bastante tiempo. Un gran problema de estos detectores suele ser diferenciar las detecciones correctas de otras partículas tales como neutrinos o rayos cósmicos. Para reducir estos efectos al mínimo muchos laboratorios se encuentran bajo tierra.

Definición de kilogramo

Este último problema puede parecer bastante simple y poco "cool" al lado de los demás, pero es muy importante. Si miramos en Wikipedia la definición actual de kilogramo nos encontramos con: "la masa que tiene el prototipo internacional, compuesto de una aleación de platino e iridio, que se guarda en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (BIPM) en Sèvres, cerca de París (Francia)."

Esta definición nos debe parecer rara si la comparamos, por ejemplo, con la de metro que es: "distancia que recorre la luz en el vacío durante un intervalo de 1/299.792.458 de segundo".

La diferencia es que mientras la definición de metro es objetiva y se basa en principios físicos verificables por cualquiera y universales, la de kilogramo se basa en una muestra. Esto es un problema por dos motivos, primero la muestra no está accesible a todos, por lo que se crearon diferentes modelos para cada país, a partir de estos se crean otros modelos y así sucesivamente por lo que hay un error que se va propagando. Además hay un problema más fundamental, esta muestra cambia con el tiempo, se desgasta por lo que un kilogramo de hoy no será un kilogramo dentro de 100 años y esto sí que es inadmisible (aquí una noticia al respecto).

El Patrón Nacional de kilogramo de los Estados Unidos es el que actualmente rige como medida estándar en ese país. Se implantó en1889 y es revisado y vuelto a certificar de forma periódica a partir del estándar internacional primario, que se encuentra en la Oficina Internacional de Pesos y Medidas (Francia). Fuente: Wikipedia.

Para solucionar esto se optó por explorar dos caminos diferentes, uno consiste en definir el kilogramo en función de la masa de un átomo natural. En esta dirección el problema se reduce a contar el número de átomos que tiene una esfera de aproximadamente un kilogramo de silicio o carbono y así relacionar la masa del átomo de silicio con el kilogramo. Esto puede parecer trivial pero no lo es en absoluto, está el problema de hacer la esfera perfecta, que no haya impurezas y que que no haya isótopos diferentes que contaminen la muestra. Hay para ello un proyecto denominado El Proyecto Avogadro.

La segunda opción consiste en ponerlo como función de la constante de Planck o la masa del electrón. Con un dispositivo muy novedoso, llamado Balanza de Watts se puede medir un peso mediante esta definición y la medida de una corriente eléctrica. Recientemente en la Conferencia General de Pesas y Medidas se consensuó que este es el mejor camino para redefinir el kilogramo, pero hasta que no se apruebe una nueva definición todas las opciones siguen abiertas.

La balanza de Watt del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).

Polipastos (o como multiplicar fuerzas)

2011-07-26T01:16:00.000-07:00

Los que me conozcan sabrán que soy bastante aficionado a la escalada y otros deportes de montaña. Eso hace que lea de vez en cuando manuales de escalada, autorrescates y cosas así. Recientemente en uno titulado ... estuve repasando una técnica muy común de rescate, el polipasto, y me di cuenta de que no entendía bien su funcionamiento y que por eso se me olvidaba hacerlo. Así pues ha decidido hacer dos post, uno aquí sobre el funcionamiento físico de un polipasto y otro en mi blog de montaña, spidermanzano, sobre su uso en montaña y como hacerlo con los elementos que habitualmente se usan en alpinismo.

Básicamente un polipasto es un sistema para elevar un peso que consta de, al menos, una polea móvil. El objetivo es levantar el peso ejerciendo una fuerza menor al mismo. Ciertamente el funcionamiento es muy similar al de una palanca.

Palanca cortesía de la Wikipedia

Básicamente el funcionamiento se basa en el hecho de que si en la palanca tenemos un brazo más largo que el otro sus recorridos serán diferentes y también lo son las fuerzas. Estas deben cumplir la ley de la palanca que dice

$$ F_R\times L_R=F_P\times L_P,$$

donde $F_R$ y $F_P$ son las fuerzas de resistencia y potencia y $L_P$ y $L_R$ son las longitudes correspondientes. Es fácil ver que variando las longitudes se puede elevar un peso con una fuerza menor.

El principio en el polipasto es muy similar, pero está basado en poleas que son más útiles a la hora de dirigir una fuerza. Está bastante bien explicado en este vídeo.

Así que básicamente tenemos una palanca redireccionable. Si queréis ver como se fabrica uno con elementos de escalada podéis visitar mi otro blog.

La gravedad de Einstein y Nordström

2011-07-22T03:07:00.000-07:00

En la entrada sobre la Teoría de Cuerdas ya expliqué (brevemente) lo interesados que estamos siempre los físicos en unificar teorías. Básicamente la idea es esta: Si tengo dos teorías que explican distintos fenómenos quizás pueda formular una sola teoría más general que también los explique. Esto no es una cuestión sólo de simplificar, generalmente de la unificación de dos teorías suelen surgir nuevos resultados no contemplados por las teorías anteriores.

El propósito de este post es explicar dos teorías unificadoras que se formularon durante el siglo XX. Ambas intentaban explicar el mismo fenómeno, la gravedad, pero con derivaciones completamente diferentes. Finalmente es sabido que una se impuso a la otra, de hecho imagino que muy poca gente habrá oído hablar de Nordström, el porqué sucedió esto es un gran ejemplo del funcionamiento del método científico. Mejor empecemos por el principio.

Antecedentes

A principios del siglo XX la física vivía un momento esplendoroso. La mecánica de Newton explicaba desde la caída de una manzana al movimiento de los planetas. Recientemente Maxwell había desarrollado sus famosas ecuaciones que permitían relacionar la electricidad y el magnetismo. Además un joven físico desconocido, Albert Einstein, había formulado su Teoría Especial de la Relatividad, que indicaba que lo que para un observador era un campo magnético para otro era un campo eléctrico y viceversa. La teoría de Maxwell-Einstein se consideraba una teoría de unificación, ya que relacionaba dos fenómenos en apariencia diferentes (la electricidad y el magnetismo) como dos manifestaciones del mismo fenómenos. Por otro lado la teoría de Einstein también tenía un carácter unificador, ya que indicaba que todos los observadores, ya estuvieran en reposo o en movimiento uniforme, eran totalmente equivalentes.

Esta unificación llevó a dos preguntas primero ya que la electricidad y el magnetismo parecían dos fenómenos diferentes y resultaron ser el mismo fenómeno ¿no será la gravedad también parte del mismo fenómeno? La otra pregunta tiene que ver con los distintos observadores, ya que Einstein había demostrado que todos los observadores que se mueven con velocidad uniforme son equivalentes ¿no habría una manera de introducir también a los observadores que se mueven aceleradamente?

Vamos a ver como cada una de estas preguntas llevó a una teoría diferente de la gravedad, la de Nordström y la de Einstein.

La Teoría de la Gravedad de Nordström

Gunnar Nordström fue un físico finlandés que desarrollo una revolucionaria teoría gravitatoria antes de que Einstein desarrollara la la Relatividad General. Esta teoría venía a responder la primera de las preguntas unificando la gravedad con el electromagnetismo. Para esto Nordström partió de un hecho inusual, que existía una dimensión espacial más. Partiendo de este supuesto y mediante las ecuaciones de Maxwell del electromagnetismo consiguió derivar una teoría de la gravedad. Esto fue un paso revolucionario, ya que conseguía lo que Einstein tanto ansiaba, una teoría que mostrara que la gravedad y el electromagnetismo son la misma cosa.

Estaba, claro está, el problema de que se añadía una nueva dimensión espacial que no observábamos. ¿Cómo podía ser que hubiera 4 dimensiones y nosotros sólo percibiéramos 3? Para solucionar esto Norsdström tuvo una idea bastante original, consideró que la 4ª dimensión tenía una estructura cerrada, como la de un círculo de modo que si la sigues vuelves al mismo sitio. Si añadimos que estos círculos son extremadamente pequeños es normal que no veamos esa dimensión y todo está solucionado.

La dimensión extra son pequeños círculos y por eso no la apreciamos

¿Qué ocurre entonces con la otra unificación? Pues en este caso nada, los observadores que están acelerados son diferentes a los demás y ya está. Sobre eso fue Einstein el que pensó.

La Teoría de Einstein: Relatividad General

Eintein, que como bien es sabido no era tonto, también lidió con el problema de la gravedad. Sin embargo le dio otro enfoque basándose en la segunda unificación. Para poder hacer todos los observadores, acelerados o no, formuló el llamado Principio de Equivalencia.

La idea es bastante simple. Imagina que estás en un ascensor que está estático en el espacio interestelar, no sentirás nada. Si otro ascensor pasa por al lado tuya a una cierta velocidad con otra persona dentro esta tampoco sentirá nada, es más no hay ningún experimento que pueda decir quien se mueve, si tú o él. Esto es a lo que nos referimos diciendo que todos los observadores en movimiento uniforme son equivalentes. Imagina ahora que tu ascensor empieza a acelerar de abajo a arriba, entonces si sentirás una fuera que te empuja hacia abajo, si sueltas tu reloj lo verás caer con una cierta aceleración, en este caso sí puedes afirmar que hay una aceleración. La idea de Einstein fue que esto es totalmente equivalente a si tu ascensor está en la superficie de la tierra sometida a la gravedad, entonces todo será igual y sentirás una fuerza hacia abajo y tu reloj caerá de la misma manera. Así que podemos hacer la siguiente unificación: Un observador acelerado es equivalente a uno no acelerado en un campo gravitatorio.

Fuente de la imagen http://teoria-de-la-relatividad.blogspot.com

Con esto Einstein resolvió el problema de unificar los observadores acelerados al resto de observadores y creó una nueva teoría de la gravedad. Sin embargo gravedad y electromagnetismo seguían siendo cosas diferentes.

Entonces tenemos 2 teorías diferentes de la gravedad, una la unifica con el electromagnetismo y la otra hace a todos los observadores equivalentes. La cuestión ahora es ¿Cuál es la correcta? Si simplemente observamos las teorías cada una parte de supuestos diferentes que son difíciles de comprobar en si. Si tenemos que elegir por elegancia o belleza de la teoría seguro que ganaría la teoría de Nordström, ya que unificar la gravedad y el electromagnetismo es algo que se ha perseguido durante bastante tiempo. Si no se podría preguntar a los especialistas, pero afortunadamente la ciencia no funciona de manera democrática ni por consenso. La ciencia tiene un método mucho mejor para decidir estas cosas.

El experimento de Eddington (y otros)

En las ciencias empíricas, a diferencia de otros campos, la cosas no se deciden mediante una reunión de gente autoproclamada importante que decide como son las cosas (no es una alusión a la RAE, que conste). Tampoco es democrática así que no se someten las cuestiones a votación. ¿Cómo los distinguimos entonces? Es sencillo, mediante la experimentación.

Afortunadamente las teorías de Nordström y Einstein realizaban predicciones diferentes. En la siguiente tabla de la wikipedia se puede ver la comparación de ambas teorías con la de Newton.

Se puede ver en la tabla que en el apartado "Angle of light bending" los resultados son dramáticamente diferentes. Esto viene a decir que según la teoría de Nordström la luz no se desvía al pasar cerca de un cuerpo con una masa muy grande, y según la de Einstein sí que lo hace. Para averiguar quien tiene razón el astrofísico Arthur Stanley Eddington organizó un experimento que se haría famoso.

La idea es comprobar si la luz se desvía o no al pasar cerca de una masa. En los alrdededores sólo tenemos un cuerpo suficientemente masivo como para provocar este efecto de manera que se pueda apreciar, nuestro querido Sol. El problema es que si la luz de una estrella pasa cerca del sol no la podemos ver ya se estará enmascarada por la luz del sol. Esto se puede solucionar, claro está durante un eclipse ya que entonces no recibiremos la luz del sol. Para esto Eddington organizó una expedición a las islas Príncipe, cerca de África para observar el eclipse del 29 de mayo de 1919. Allí tomó unas fotografías de las estrellas que aparecían cercanas al sol y estas corroboraron la teoría de Einstein frente a la de Newton y Nordström.

Una de las fotografías tomadas del eclipse de 1919 durante la expedición de Eddington, la cual confirmó las predicciones de Albert Einstein.

Ha habido muchas críticas a este experimento, afirmando que Eddington trucó los datos para que saliera lo que él pensaba que debía salir. Por suerte los experimentos se pueden repetir y reformular y a medida que la técnica ha avanzado se han realizado muchos que siempre han confirmado la teoría de Einstein. Este fenómeno de la deflexión de la luz se ha observado ya muchas veces y es denominado Lente gravitacional.

Por otro lado hay muchos otros experimentos que se han hecho para comprobar la relatividad general, principalmente relacionados con el retraso del tiempo debido a la gravedad. Aquí podéis ver una lista.

Conclusión

Este ejemplo de las teorías de Nordström y Einstein ilustra muy bien como funciona el método científico. Ambas teorías tenían su derivación y sus pros y contras y una podía parecer a priori mejor que la otra, sin embargo al final la decisión de cual es correcta no nos corresponde a nosotros, sino a la naturaleza. Esto es en mi opinión la parte más bonita de la ciencia.

Con esta entrada participo en el XXI Carnaval de Física, alojado este mes en el blog La Vaca Esférica.

¿Los jóvenes universitarios no tienen cultura?

2011-07-20T08:22:00.000-07:00

Recientemente vi en menéame un artículo de ABC titulado: "Sorprende elevado número de universitarios que no sabe la capital de Portugal". En este se analiza un estudio realizado por unos psicólogos de la Universidad de Oviedo y publicado en la Revista de Investigación y Divulgación en Psicología y Logopedia, de la Universidad de la Laguna. El artículo original se titula CULTURA GENERAL EN ESTUDIANTES DE PRIMER CURSO DE ENSEÑANZAS UNIVERSITARIAS

Crítica al artículo de ABC

El artículo de ABC tiene un fallo principal, el titular. Menciona lo escandaloso de que los jóvenes no sepan la capital del país vecino, pero curiosamente ni en la noticia ni en el estudio se menciona cuantos jóvenes saben o no la respuesta a esa pregunta. Imagino que la han seleccionado por ser la más llamativa, pero mientras no se indique lo contrario puede ser que precisamente esa pregunta tenga un 100% de aciertos y los malos resultados se deban a las demás. Podrían poner un titular menos sensacionalista.

Crítica al artículo original

El artículo original si bien trata una temática interesante, es bastante mejorable. Para evaluar el nivel cultural y comprobar si los resultados del informe PISA se reflejan en el nivel de los alumnos de primeros años de carrera utilizan un cuestionario [1]. Este cuestionario tiene 30 respuestas de actualidad, lengua, literatura, geografía, historia y filosofía. Se pasó el cuestionario en tres universidades españolas, Oviedo, La Laguna y Granada. Los problemas del análisis son los siguientes:

- No es comparativo

El interés de estudios como el informe PISA es comparar entre distintos países y momentos. Esto es muy importante, porque no hay una manera objetiva de evaluar el conocimiento, por lo que las evaluaciones se hacen mediante comparación. Si hacemos un test similar en distintos países podemos ver en cuales la educación es más efectiva, si se hace a través del tiempo se puede evaluar si hay deterioro o mejora de la educación. En el caso del estudio los resultados se valoran de una manera subjetiva, siendo los autores los que deciden cuales son buenos o malos resultados en función de su opinión personal.

- Está muy sesgado en cuanto a materia

Resulta llamativo que en el cuestionario no hay ni una sola pregunta sobre física, matemáticas, químicas, biología, geología, idiomas extranjeros o tecnología, todas materias que se estudian durante la educación obligatoria y el bachiller. Esto imposibilita considerar el estudio como de "cultura general" a no ser que los autores consideren que las ciencias empíricas y exactas, los idiomas y la tecnología no entran dentro de este término.

- Las preguntas son muy arbitrarias

Los autores no especifican de donde han sido tomadas las preguntas. Algunas de ellas, como "22. ¿Quiénes eran Los tres Tenores?", no parece tomada de ningún libro de texto (yo al menos no lo estudié) y la probabilidad de acierto sería muy diferente si preguntaran, por ejemplo, por los miembros de algún grupo musical actual. Igualmente se podría preguntar, por ejemplo, quien es el creador de Spiderman y ver quien lo sabe mejor, si los encuestados o los autores. Todo el análisis está basado en una definición muy personal y arbitraria de lo que significa el término "cultura general".

- La muestra es escasa y poco proporcionada

Esta es la principal crítica que puedo hacer al artículo. Se han encuestado 1080 alumnos de 3 universidades españolas. Teniendo en cuenta que en España hay 74 universidades y había 340.347 nuevos alumnos en este curso (fuente: INE), se ha examinado a un 0.32% del alumnado universitario de primer año en un 4% de las universidades. Sin embargo el reparto de los alumnos no es en absoluto proporcional, ya que sólo había 45 alumnos de la Universidad de Granada. Si tenemos en cuenta que esta universidad contó con 56.215 nuevos alumnos en este curso deducimos que se encuestó al 0.08% de alumnos de nueva matriculación, lo cual no se puede considerar ni mínimamente relevante. En cualquier caso deberían reducir sus conclusiones a los alumnos de la Universidad de Oviedo, que es la única que tiene una muestra realmente representativa (739 alumnos).

- Conclusión

En mi opinión el tema de la educación en España es un tema muy importante y complejo. Por eso se merece ser tratado como tal y no en base a estudios subjetivos y poco fundamentados de los cuales es imposible sacar conclusión objetiva ninguna. Fomentemos que se analicen estas cosas desde una perspectiva realmente científica si queremos realmente progresar.

[1] Cuestionario:

Facultad/Escuela:

Edad:

Sexo:

(Hombre o Mujer)

1.Escribe el nombre de dos ministros actuales del

gobierno español

..............................

2.Escribe el nombre de dos ex-presidentes de la

democracia en España

..............................

3.¿Cuál es la capital de la Comunidad Autónoma de

Castilla-León?

..............................

4.Nombra dos premios Nobel españoles

..............................

5.¿Cuál es la capital de Suiza?

..............................

6.Escribe un sinónimo de “improperio”

..............................

7.¿Qué hallazgo arqueológico permitió descifrar la

escritura jeroglífica egipcia?

...............................

8.¿Cuál es la capital de Portugal?

...............................

9.¿Cómo se llamaba el rey de España anterior a Juan

Carlos I?

...............................

10.¿Cuál es el superlativo de célebre?

...............................

11.¿Dónde nació Pablo Picasso?

...............................

12.¿Quién escribió “El mito de la caverna”?

................................

13.¿Cuántas provincias tiene España?

................................

14.¿Cuál es el río más caudaloso del mundo?

................................

15. ¿Sobre qué ciudad se arrojó la primera bomba

atómica?

.................................

16. ¿En qué año se descubrió América?

.................................

17. ¿En qué año empezó la guerra civil española?

.................................

18. ¿Quién escribió La Regenta?

.................................

19. ¿Qué escritor de la Generación del 27 fue fusilado

durante la guerra civil española?

.................................

20. ¿Quién pintó la Capilla Sixtina?

.................................

21. ¿Qué fabricaba Straudivarius?

.................................

22. ¿Quiénes eran Los tres Tenores?

.................................

23. ¿Quién pintó Los fusilamientos de la Moncloa?

.................................

24. ¿En qué ciudad surge el grupo musical “The Beatles”?

.................................

25. ¿Quién fue juzgado por la Inquisición por afirmar que la

tierra gira alrededor del sol?

..................................

26. ¿Qué inventó Alfred Nobel?

..................................

27. ¿Cuánto dura legalmente, como máximo, una legislatura

en España?

..................................

28. ¿En qué año empezó la segunda guerra mundial?

..................................

29.¿Cuántas repúblicas hubo en España?

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30. Di tres países de Asia

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Emails "científicos": La mantequilla y la margarina

2011-06-30T08:20:00.000-07:00

Hace tiempo había una incomodísima moda de enviar mails en cadena con catastrofistas mensajes sobre los temas más pintorescos. No se si se ha acabado o es que ya han visto que a mi no tiene mucho sentido mandármelos. En cualquier caso me gustaría hacer un llamamiento en contra de obtener información de esta manera. Estos mails en general suelen ser tremendas tonterías sin base ninguna y con argumentos de baratillo, pero además suelen crear pánico injustificado. Así pues he decidido escoger uno de manera pseudoaleatoria para analizarlo y ver si podemos fiarnos o no de él.

Como ejemplo he decidido tomar uno alejado de mi campo, sobre nutrición, el famoso email "antimargarina". Lo escojo así para mostrar que no hace falta ser un experto para analizar estas cosas, sólo hay que intentar ser crítico y aplicar el sentido común.

Vamos a analizar el famoso mail parte a parte:

MARGARINA Y MANTEQUILLA

La margarina fue producida originalmente para engordar a los pavos; cuando lo que hizo en realidad fue matarlos.

Las personas que habían puesto el dinero para la investigación quisieron recobrarlo así que empezaron a pensar en una forma de hacerlo.

Tenían una sustancia blanca, que no tenía ningún atractivo como comestible, así que le añadieron el color amarillo, para vendérselo a la gente en lugar de la mantequilla.

Empezamos bien. Una simple búsqueda en Wikipedia nos confirma de que esto es totalmente falso. Cito: "Por el año 1860, el emperador Napoleón III de Francia ofreció una recompensa a cualquiera que pudiera elaborar satisfactoriamente un sustituto a la mantequilla para las clases sociales bajas y las fuerzas armadas. El químico Hippolyte Mège-Mouriés inventó una sustancia a la que llamó oleomargarina (después margarina), que se preparaba utilizando grasa de ballenas o grasa vegetal, extrayendo la porción líquida bajo presión y después dejándola solidificar. Cuando se combina con butirina y agua produce un sustituto de la mantequilla de similar sabor. La producción de margarina cobró real importancia durante la Segunda Guerra Mundial, sobre todo en Alemania, como sustituto de la mantequilla y fuente de lípidos. Posteriormente, la margarina se convirtió en un negocio mundial."

Alguien puede alegar que se fía más del mail que de la Wikipedia, pero seamos serios, en la Wikipedia se dan nombres, fechas, está en continua revisión y el mail no dice nada. El argumento de: "Ey, he inventado una cosa que mata a los pavos, voy a intentar comercializarlo como alimento para humanos y si cuela cuela", es bastante poco creíble ¿no?

¿Qué tal ésa?… Ahora han sacado algunos nuevos sabores para vender más a los incautos como usted y yo.

¿CONOCE USTED la diferencia entre la margarina y la mantequilla?

Comparación entre mantequilla y margarina:

- Ambas tienen la misma cantidad de calorías.

De hecho no es cierto, en muchos casos la margarina tiene más calorías que la mantequilla. Podéis comprobarlo en un supermercado cualquiera. Por supuesto depende mucho del tipo.

- La mantequilla es ligeramente más alta en grasas saturadas: 8 gramos, comparada con los 5 gramos que tiene la margarina.

En general es cierto, pero los datos no tiene sentido darlos porque como ya he dicho hay muchos tipos de mantequilla y margarina. Esto en cualquier caso sería un punto a favor de la margarina.

- Comer margarina en vez de mantequilla puede aumentar en 53% el riesgo de enfermedades coronarias en las mujeres, de acuerdo con un estudio médico reciente de la Universidad de Harvard.

Típico argumento de "hay un estudio que dice...". Como todos sabemos los estudios se publican en revistas, así que si es cierto que existe este estudio que nos den la referencia. No es complicado, sólo hace falta la revista, el número, la página y el año, ya si quieren también los autores y el título. ¿Es que pretenden que revisemos todo lo que ha publicado Harvard en su historia? Básicamente decir esto y no decir nada es lo mismo.

- Comer mantequilla aumenta la absorción de gran cantidad de nutrientes que se encuentran en otros alimentos.

- La mantequilla provee beneficios nutricionales propios mientras la margarina tiene sólo los que le hayan sido añadidos al fabricarla.

¿Y todo esto también lo han estudiado en Harvard? ¿O fue en Oxford?

- La mantequilla sabe mucho mejor que la margarina y mejora el sabor de otros alimentos.

Bueno, esto creo que puedo decidirlo yo sin email que me ayude.

- La mantequilla ha existido durante siglos mientras que la margarina tiene menos de 100 años.

Este se lleva la palma. ¿Y? También habrá que viajar en burro, imagino.

- Es muy alta en ácidos grasos trans. (Sí, ésos que recién ahora los científicos descubrieron que son malísimos y los gobiernos comenzaron a prohibirlos) .
- Triple riesgo de enfermedades coronarias.
- Aumenta el colesterol total y el LDL (el colesterol malo) y disminuye el HDL (el colesterol bueno).
- Aumenta en cinco veces el riesgo de cáncer.
- Disminuye la calidad de la leche materna.
- Disminuye la reacción inmunológica del organismo.
- Disminuye la reacción a la insulina.

¿De dónde salen todos estos datos? ¿5 veces el riesgo de cáncer? Santo cielo, si es peor que el tabaco. ¿De que cáncer? Serán todos imagino. La cuestión sigue siendo la misma. ¿Cómo han averiguado esto? ¿Han hecho un estudio? Si es que sí que me digan donde está, y si es que no pues eso, que no hay estudio.

Y he aquí el factor más inquietante (¡AQUÍ ESTÁ LA PARTE MÁS INTERESANTE! ):¡¡A la margarina le falta UNA MOLÉCULA para ser PLÁSTICO…!!

Sólo este hecho es suficiente para evitar el uso de la margarina de por vida, y de cualquier otra cosa que sea hidrogenada (esto significa que se le añade hidrógeno, lo cual cambia la estructura molecular de las substancias).

Dios, ¡LA PARTE MÁS INTERESANTE! Primero no se muy bien lo que dice ni lo que significa, pero la pregunta sigue siendo clara: ¿Y? Al agua, $H_2 O$ sólo le falta un átomo de óxígeno para ser peróxido de hidrógeno (agua oxigenada) $H_2 O_2$. El peróxido de hidrógeno es tóxico, ergo el agua no se puede beber y deberíamos deshidratarnos todos.

Usted puede ensayar lo siguiente:
Compre un poco de margarina y déjela en el garaje o en un sitio sombreado.
Dentro de unos días notará dos cosas:
* No habrá moscas; ni siquiera esos molestos bichos se le acercarán (esto ya le debe decir a usted algo).
* No se pudre ni huele mal o diferente porque no tiene valor nutritivo; nada crece en ella. Ni siquiera los diminutos microorganismos pueden crecer en ella.
¿Por qué? ¡¡Porque es casi plástico!!

Genial, nos proponen un experimento y todo. Yo les propongo el mismo experimento, dejen un trozo de pan o de chocolate un par de días, acompáñenlo de un bote de zumo y un par de cervezas. Un par de días después seguirá tal cual allí a menos que se lo coma alguien de la familia (que son más listos que las moscas). ¿Significa eso que la cerveza no se debe tomar? ¡¡Sacrílegos!!

Mencionar que recientemente la OCU hizo un estudio al respecto concluyendo que ambas se deben consumir moderadamente.

Bueno, eso es todo. Creo que las conclusiones son claras, no os fiéis de lo que se manda por mail, exigid referencias a los estudios que se alegan y en caso de duda acudid a un experto para que os documente, aunque muchas veces ni siquiera es necesario.

Si tenéis mails por ahí de este tipo (como otro típico, el "antileche") me los podéis enviar por mail y le echamos un vistazo.

No basemos la financiación científica española en las citas.

2011-06-27T06:38:00.000-07:00

Traducción (libre) del artículo en Nature de Alonso Rodríguez-Navarro. Nature 474, 450 (23 June 2011) doi:10.1038/474450a

El gobierno español anunció en Marzo que la calidad científica de España superó la de Austria y Suiza. (ver http://go.nature.com/si76qc). Esta conclusión se obtuvo a partir de un informe de la Real Sociedad Británica (ver http://go.nature.com/q8hmxw) . Me cuestiono esta interpretación del gobierno, teniendo en cuenta que los suizos obtienen un premio Nobel cada década en ciencia y España no ha obtenido ninguno en 100 años.

El informe de la Real Sociedad usa el número total de citas como una medida de la calidad y el impacto. Sin embargo la citación puede ser confusa, dependiendo de como se derive. Por ejemplo, Suiza y Australia se colocan bastante por encima de España cuando se hacen ajustes para considerar trabajos muy bien situados, pero de baja frecuencia, que incluyen pensamientos revolucionarios en vez de los resultados rutinarios que dominan la citación (ver A. Rodríguez-Navarro PLoS ONE 6, e20510; 2011).

La aparente mala interpretación del gobierno español ha provocado una reducción de contratos para jóvenes investigadores, además de otros recortes justificados por la excusa de que hay demasiados investigadores. En vez de eso, el gobierno debería centrarse en el excesivo número de profesores universitarios, muchos de los cuales no se han seleccionado por sus méritos investigadores.

Las sociedades científicas españolas deben oponerse a esta errónea política científica si quieren mejorar la ciencia del país.

Alonso Rodríguez-Navarro
Universidad Politécnica de Madrid.

La programación científica ¿Es eficiente?

2011-06-24T01:41:00.000-07:00

Recientemente he visto por Twitter un post que me ha llamado mucho la atención por se muy real, se titula Defensa del código científico ineficiente, y viene a discutir un tema muy conocido en el mundo científico. Básicamente la cuestión es esta: muchos científicos, como un servidor, pasamos muchos días programando para resolver los problemas matemáticos que nos encontramos en nuestra investigación, entonces se plantean dos preguntas ¿Sabemos programar para realizar estas cuestiones? ¿No sería mejor que lo hicieran informáticos que harían un código más eficiente?

El trabajo del autor del post es precisamente ese, mejorar el código de investigadores para hacerlo más eficiente y narra como en algún momento ciertos investigadores se han negado a hacer esas mejoras. La cuestión es sencilla, si yo necesito mi programa para solucionar un problema y lo soluciona ya está todo hecho, no necesito mejorarlo para que en vez de 5 minutos tarde 1 porque es algo que sólo usaré una vez. Yo apoyo totalmente esa postura por los motivos siguientes:

Mi código sólo lo uso yo

En mi opinión es muy diferente hacer un programa para venderlo o liberarlo que hacerlo para uso personal. En los cursos de programación que hice en la universidad me enseñaron como hacer los programas robustos, de modo que si te pide un dato numérico y tú escribes una letra no se vuelva loco, también por si tratas de crear una matriz que es demasiado grande no se pare, sino que te de la posibilidad de solucionarlo. ¿Cuántas veces he usado esto en mi carrera profesional? Pues ninguna, obviamente.

La cuestión es que el código que yo hago lo uso yo mismo, y lo entiendo porque es mi código. Rara vez lo hago de modo que me pregunte los parámetros, sino que se los meto en un fichero de texto o bien dentro del mismo programa. Si la matriz es muy grande se para y entonces lo corrijo, si me equivoco y le introduzco un dato erróneo pues lo cambio. Simplemente no necesito dedicar tiempo a hacer mi código a prueba de errores de ese tipo porque es mucho más rápido e igual de eficiente no cometer errores de ese tipo.

El tiempo de CPU es más barato que mi tiempo

Esto es lo que principalmente comenta el post en cuestión y me ha recordado a un problema que tuve hace un par de años. Tenía que realizar un cálculo denominado Integración Montecarlo, para un trabajo sobre entrelazamiento en átomos. Era un cálculo sobre el que tenía alguna idea pero no lo sabía hacer, así que me puse a estudiar. Básicamente descubrí que hay varios métodos, el "plain Montecarlo", MISER y VEGAS. El primero es el más lento pero más fiable y los otros dos son bastante más rápidos. Después de analizarlo decidí que el primero es el que usaría, porque no necesitaba hacer alguno de los otros dos.

La cuestión básica es que en mi grupo de Granada hay un cluster de ordenadores muy potente, el proteus. Yo tenía acceso al él y decidí que era suficientemente eficiente hacer los cálculos mediante el uso de muchos núcleos al mismo tiempo, de modo que me ahorró a mi mucho tiempo de preparar el código. La cuestión es que como el tiempo de computación hoy en día es mucho más barato que el tiempo de trabajo de una persona especializada si los resultados van a ser iguales no merece la pena dedicarte a hacer un código extremadamente eficiente, sale más rentable simplemente hacer uno suficientemente bueno y luego usar un buen ordenador (o muchos).

Aquí he de decir que durante esos cálculos conseguí colapsar el cluster entero dos veces . Por suerte el grupo tiene un informático que se encarga de arreglar estas cosas y que conmigo tiene el cielo ganado.

El resultado es el mismo

Y esta es la clave principal. A veces cuando discutes esto alguien te dice "Sí, tú puedes hacerlo, pero yo lo haría mejor porque sé más de programación", esto es lo que no tiene sentido. Si yo hago un programa para resolver un problema matemático y mi programa lo resuelve ya está, no se puede hacer mejor. Me da bastante igual si has usado punteros, definido categorías, usado C++ o Fortran, el problema está resuelto.

Esto no es como programar un sistema operativo, que siempre se puede mejorar, hacer más o menos rápido, cambiar la interfaz y demás. Si yo quiero, por ejemplo, calcular el valor de Pi con dos decimales y hago mi programa y me da 3.14 no hay lugar para la mejora. Puedes hacer uno que te de más decimales, o que tarde un segundo mientras el mío tarda 10 (es un decir), pero eso no aporta nada al proyecto.

Las mayores dificultades no son de programación, sino de matemáticas

Como punto final mencionar que, según mi experiencia, las mejoras de optimización de un código a otro no suelen depender de cuestiones puramente informáticas, sino del algoritmo que uses. Por ejemplo una mejora radical se da si usas la transformada rápida de Fourier en vez de la transformada discreta de Fourier. Este cambio es un cambio matemático, al final la programación se hará igual en una u otra y no será determinante a la hora de tardar más o menos en computar el problema. Sobre este tipo de cosas los físicos entendemos bastante.

Finalmente decir que tanto en mi actual trabajo como el anterior los físicos trabajamos junto a informáticos. En Granada teníamos al encargado del cluster que nos solucionaba todas las papeletas. En mi actual instituto tenemos un equipo muy bueno que se encarga de llevar la red, arreglar los equipos y facilitarnos el trabajo. Ahora bien, tanto allí como aquí mi código lo hago yo y no me aportaría nada tener a alguien haciéndolo (me aportaría trabajar menos, pero se supone que no se trata de eso).

Este post se lo dedico a mi amigo José Martín, el informático que arregló el cluster tantas veces después de que lo tumbara, esperemos que en el futuro siga arreglándolo y no me mande a la mierda. XD XD

Computación Cuántica (Teoría y algoritmos)

2011-06-22T07:05:00.000-07:00

Como no podría ser de otra manera en un blog de un físico cuántico tenemos que hablar del tema estrella (o uno de ellos) de este campo. La cuestión es en principio sencilla, ya hemos hablado anteriormente sobre los efectos tan raros que se producen en el mundo cuántico (véase la coherencia y el entanglement), ahora la pregunta es natural ¿para qué sirve todo esto?

Una de las aplicaciones más investigadas actualmente es sin duda la computación cuántica. Básicamente se trata en usar las propiedades cuánticas, como las dos citadas antes, para fabricar ordenadores que puedan hacer operaciones que los ordenadores actuales no puedan. Pero mejor vayamos paso por paso.

¿Cuál es el problema original?

La idea de construir un ordenador cuántico es bastante anterior a que se descubriera su potencial matemático. Viene de un problema con el que los físicos cuánticos nos encontramos a diario: La dificultad de estudiar sistemas cuánticos en un ordenador. Vamos a ver de donde proviene esta dificultad.

Imaginad que tenéis un sistema clásico normal, compuesto por un montón de monedas que pueden estar en "cara" o "cruz". Imaginaos que tenéis por ejemplo, un millón de monedas. Si queréis especificar en que estado se encuentra el sistema ¿qué necesitáis? La respuesta es sencilla, un millón de números "0" ó "1". Si en vez de tener monedas que sólo tienen dos posibilidades, tenéis algo más complejo, por ejemplo un millón de canicas, que tienen su posición y su velocidad cada una de ellas, ¿qué necesitáis? Pues también es simple, necesitáis un millón de números reales para la velocidad y otro millón para la posición.

Básicamente hay que quedarse con esto: En sistemas clásicos necesitas tantos datos como partículas tiene el sistema.

Esto es una limitación, no cabe duda, pero gracias a los ordenadores de hoy en día podemos hacer cuentas con decenas de miles de partículas. ¿Qué ocurre entonces en el caso cuántico?

En un problema de física cuántica la cosa es bastante más complicada. Como ya expliqué en el post sobre la coherencia las monedas cuánticas pueden estar en sus dos estados $\left|cara\right>$ y $\left|cruz\right>$ al mismo tiempo. Esto significa que para dar el estado de una "moneda cuántica" tendré que dar que parte está en cara y cual en cruz, lo que son dos números. ¿Es esto un problema? os preguntaréis sin duda, pues para una moneda no, en absoluto, el problema es cuando vamos incrementando la cosa. Si tenemos dos monedas ahora tenemos 4 posibilidades $\left|cara-cara\right>$, $\left|cara-cruz\right>$, $\left|cruz-cara\right>$ y $\left|cruz-cruz\right>$, hala 4 números que hay que guardar. ¿Y si seguimos aumentando? Si seguimos así veremos muy pronto que para $N$ monedas necesitamos $2^N$ números. Esto puede parecer poco, pero es una barbaridad en cuanto N aumenta un poco. Para muestra un botón, si tenemos 20 partículas tendremos que almacenar algo más de un millón de números y para 30 partículas más de un billón.

La conclusión es simple: En sistemas cuánticos necesitas $2^N$ datos, donde N es el número de partículas que tiene el sistema.

Imagino que empatizaréis ahora con los pobres físicos cuánticos. Nuestros compañeros "clásicos" hacen sus simulaciones de sistemas con un millón de partículas y nosotros rara vez pasamos de 20 (en mi actual trabajo estamos con 10). Tened en cuenta, por ejemplo, que un átomo de Calcio ya tiene 20 electrones, y uno de Uranio 92, eso ya se escapa de nuestra capacidad de cálculo.

Los átomos molan mucho, pero estudiarlos de manera exacta no es posible con nuestros ordenadores.

¿Cómo solucionar semejante problema? La idea es sencilla y se suele atribuir a Richard Feynmann. Sabemos que los ordenadores clásicos no sirven para simular sistemas cuánticos (sirven pero son muy poco eficientes), pero los sistemas cuánticos existen en la naturaleza, por lo que la naturaleza en si puede simular sistemas cuánticos. La solución será crear ordenadores que funcionen en base a la física cuántica, y estos sí podrán simular eficientemente un sistema cuántico.

Richard Feynmann

Por último mencionar que aunque este es el problema principal que los ordenadores cuánticos solucionarían, en la última década han aparecido muchas aplicaciones alejadas de la física. De eso hablamos un poco más abajo.

Del bit al qubit

Veamos entonces cual es la diferencia entre un ordenador normal, que a partir de ahora llamaremos "ordenador clásico", y un ordenador cuántico.

Como todos sabemos los ordenadores clásicos trabajan con unidades básicas de información, llamadas bits. Estos bits básicamente representan algo que puede tener dos valores, "cero" o "uno", por ejemplo. Los ordenadores cuánticos son más raros y su unidad fundamental no es el bit, sino el quantum bit o qubit, para abreviar.

La diferencia entre los bits y los qubits es clara, los bits sólo pueden estar en "0" ó "1" mientras que los qubits barren cualquier posibilidad. Eso se representa muy bien median la esfera de Bloch. En esta representación los polos de la esfera representan los bits clásicos "0" y "1" y todos los demás puntos son las distintas posibilidades que puede tomar un qubit. Está muy claro que los qubits tienen infinitas posibilidades mientras que los bits sólo dos.

La esfera de Bloch

Otras aplicaciones de los ordenadores cuánticos

Como ya he mencionado anteriormente el interés por los ordenadores cuánticos no es simplemente por cuestiones de física cuántica. En los últimos años se les anda buscando todo tipo de aplicaciones, pero sin duda las más conocidas son las siguientes.

- Buscar un elemento en una base de datos (algoritmo de Grover):

Este es el famoso algoritmo de Grover [1], publicado en 1996. Este algoritmo sirve para buscar en una lista de números desordenada si un número está o no en la lista. Esto puede parecer una trivialidad, pero si tienes una lista enorme, por ejemplo los clientes de una multinacional, averiguar si un nuevo cliente está ya o no en la lista lleva bastante tiempo.

En un ordenador clásico hay poco donde mejorar, básicamente tienes que revisar todos los elementos uno por uno. Esto hace que el tiempo que uses sea proporcional al número de elementos de la lista, de modo que si duplicas el tamaño de la lista te llevará el doble de tiempo (obvio). Por suerte cuánticamente sí se puede mejorar. El algoritmo de Grover generalmente tarda un tiempo proporcional a la raíz cuadrada del tamaño de la lista, por lo que si doblas el tamaño de la lista sólo aumenta el tiempo en un factor $\sqrt{2}\sim 1.4$, esto por supuesto mejora más cuanto más grande es la lista.

Algoritmo de Grover, vía Wikipedia

- Factorizar números (algoritmo de Shor):

Esta es en mi opinión la aplicación estrella de los ordenadores cuánticos, ya que tiene unas aplicaciones muy relevantes. Básicamente el problema es el siguiente, imaginad que os doy dos números primos, por ejemplo 3 y 11, si os digo que lo multipliquéis no os llevará mucho tiempo. Ahora imaginad que en vez de eso os doy un número, por ejemplo 65, y os digo que es el producto de dos números primos, ¿me podéis decir cuáles son? Esto ya no es tan fácil. Este es el problema a resolver dado un número que es el producto de dos primos, averiguar cuales son.

Antes que nada muchos pensaréis que esto es un problema matemático sin mucha utilidad, pues os equivocáis y mucho. Este tipo de problemas es la base de la encriptación RSA, que basa su seguridad precisamente en que esta operación requiere mucho tiempo. Esto quiere decir que si alguien averigua como factorizar estos números rápidamente podrá acceder a datos de bancos, tarjetas de créditos y secretos gubernamentales por doquier. Ciertamente es muy importante.

Ahora la cuestión cuántica. Para resolver este problema en un ordenador cuántico está el famoso algoritmo de Shor. No mencionaré detalles, porque es bastante complicado, pero creedme si os digo que es mucho más rápido para números grandes. Podéis consultarlo en el enlace de la Wikipedia o en la referencia [3].

- Algoritmo de Deutsch-Jozsa:

El algoritmo de Deutsch-Jozsa tiene el honor de ser el algoritmo cuántico más antiguo. No resuelve un problema muy útil, pero es muy ilustrativo. Vamos a ello.

Problema: Tenemos una caja que al recibir un bit (0 ó 1) devuelve un bit (0 ó 1), pero no sabemos cual es la correspondencia entrada-salida. Sin embargo es fácil deducir que la caja

1. da la misma salida a las dos posibles entradas (caja constante) o
2. da diferentes salidas (caja balanceada).

El problema en cuestión es averiguar si la caja es constante o balanceada usándola el menor número de veces.

Clásicamente la cosa está clara, hay que usar la caja dos veces, introducir primero un 0, luego un 1 y ver si la salida es o no es la misma. Cuánticamente hay un método donde podemos averiguarlo con una sola llamada a la caja .

Conclusión

Hasta aquí este post introductorio sobre como son y para que sirven los ordenadores cuánticos. Creo que está bastante claro su potencial, tanto en facilitar la investigación de los físicos cuánticos, lo que dará mejoras en temas de física atómica, de materiales y un sinfín de aplicaciones más, como en cuestiones matemáticas. En el próximo post hablaré sobre los distintos intentos que hay para construirlos. Espero que os guste.

Referencias

[1] Grover L.K.: A fast quantum mechanical algorithm for database search, Proceedings, 28th Annual ACM Symposium on the Theory of Computing, (May 1996) p. 212
Grover L.K.: From Schrödinger's equation to quantum search algorithm, American Journal of Physics, 69(7): 769-777, 2001. Revisión pedagógica del algoritmo de Grover.

[2] Shor, Peter W. (1997), Polynomial-Time Algorithms for Prime Factorization and Discrete Logarithms on a Quantum Computer, SIAM J. Comput. 26 (5): 1484–1509, arXiv:quant-ph/9508027v2

[3] Nielsen, Michael A. & Chuang, Isaac L. (2000), Quantum Computation and Quantum Information, Cambridge University Press.

[4] David Deutsch and Richard Jozsa (1992). Rapid solutions of problems by quantum computation. Proceedings of the Royal Society of London A 439: 553.

Teoría de Cuerdas. ¿Ciencia o Pseudociencia?

2011-06-15T13:12:00.000-07:00

La teoría de cuerdas es un de las más famosas teorías modernas de la física entre el mundo no-científico. Gran parte de la responsabilidad la tiene el libro y documental El Universo Elegante que fue muy exitoso. Para abrir el post podéis ver aquí el trailer:

Sin embargo, esta teoría también ha sido fuertemente criticada. La crítica más fuerte, en mi opinión, se ha hecho desde el libro El Problema de la Física, que estoy leyendo actualmente y donde se expone que en los últimos años la teoría de cuerdas está acaparando el panorama de la física teórica. La cuestión entonces es: ¿Qué es la teoría de cuerdas? ¿Es una teoría aceptada, como la Física Cuántica o la Termodinámica? En caso de no serlo ¿Es ciencia? Vamos a ver si ponemos un poco de luz en este asunto.

Antes de comenzar con la Teoría de Cuerdas mencionar que intenta resolver algunos de los problemas de la física planteados en el post anterior, así que os recomiendo fuertemente que lo leáis.

¿Qué propone la Teoría de Cuerdas?
La Teoría de Cuerdas trata de responder principalmente al problema de la unificación, es decir, trata de ser una teoría que lo explique todo. Para ello hace una suposición básica, que las partículas fundamentales, como los electrones, no son puntuales (vamos, sin tamaño) como se supone, sino que son objetos monodimensionales (cuerdas) que oscilan. De como es esa oscilación depende que sean unas partículas u otras. También propone la teoría la existencia de entidades más generales, las branas, término que viene de "membrana", y que son generalizaciones de las cuerdas a más dimensiones.

La cuestión curiosa de la teoría de cuerdas, o al menos la que más llama la atención, es que predice la existencia de dimensiones extra. Estas dimensiones van más allá de las 3 que conocemos (4 si contamos el tiempo, pero hablamos sólo de dimensiones espaciales), pero no se aprecian en nuestra vida cotidiana. Stephen Hawking lo ilustraba con el ejemplo de una naranja. Desde lejos una naranja puede parecer lisa y se podría describir su superficie como un objeto de 2 dimensiones, sin embargo si te acercas bastante verás las irregularidades en la piel y es como si apareciera una nueva dimensión. Algo así propone la Teoría de Cuerdas, vemos sólo 3 dimensiones porque somos demasiado grandes, pero hay más que sólo veremos cuando seamos capaces de estudiar las cosas a una dimensión minúscula.

Algo tan simple como una naranja sirve para ilustrar las dimensiones extra.

¿Cómo son de pequeñas estas dimensiones? Pues básicamente mucho. Son tan pequeñas que ni con el LHC, que es la máquina más moderna para estudiar las cosas pequeñas, podemos ni soñar con aproximarnos. De hecho según algunos cálculos haría falta una máquina varios millones de veces más potente que el LHC para poder apreciarlo.

¿Hay sólo una Teoría de Cuerdas?

La respuesta a esta pregunta es difícil. En los 90 ya había 5 teorías de cuerdas diferentes, cada una con su número de dimensiones y su base diferente. Después se amplió a una más.

Distintas "teorías de cuerdas". Fuente: Wikipedia

Cada una era de su padre y de su madre y existía el sentimiento de que sólo una podía ser correcta y las demás estaban mal. Eso cambió cuando un físico/matemático Edward Witten probó que se podía pasar de una a otra teoría mediante unos procesos matemáticos llamado "dualidades", con lo que todas las teorías deben ser equivalentes. Esto permitió definir una nueva teoría, de la que emanan todas las demás y que se denomina Teoría M. Como dato curioso mencionar que no es sabido el porqué de ese nombre, hay quien conjetura que la "M" es la "W" de Witten al revés. Como segundo dato curioso decir que Witten tiene la Medalla Field, que es el máximo galardón matemático, pero no el premio Nobel y mucho tienen que cambiar las cosas para que lo consiga algún día.

¿Entonces ya está todo resuelto? ¿La Teoría M es la definitiva Teoría de Cuerdas? Pues sí y no. En teoría sí, pero aún no está formulada del todo, no es como la Física Cuántica que tiene unos postulados y de ahí se deriva el resto, esta se puede decir que está "a trozos" y su capacidad de predecir cosas es aún bastante limitada.

Edward Witten

En mi opinión esto es una de las mayores críticas que se le pueden hacer a la Teoría de Cuerdas: Trataba de ser una "teoría del todo" y derivó en 6 diferentes. Es cierto que parece ser que todas derivan de la misma teoría, pero hasta que no esté del todo derivada la Teoría M y sirva para hacer predicciones no será una teoría al nivel de la Termodinámica o la Relatividad General.

¿Para qué sirve la Teoría de Cuerdas?
Hasta la fecha hay que reconocer que no sirve para mucho. La única manera de comprobarla directamente (observando las cuerdas) está a años-luz de nuestra tecnología y predicciones no hace muchas.

Una posible solución sería usarla para predecir como es ahora el universo, lo cual sería un resultado genial, o los valores de las constantes universales, como la masa del electrón o la velocidad de la luz. El problema de esto es que la teoría de cuerdas depende, como todas, de unas variables iniciales. Me explico: si tú quieres saber como se comportarán un objeto al dejarlo en un plano inclinado, por ejemplo, no te basta con saber la mecánica de Newton, tienes que saber también como es el objeto y el plano, la gravedad y demás. A la Teoría de Cuerdas le pasa lo mismo con las condiciones iniciales, que en su caso son infinitas. Este número tan grande de condiciones iniciales hace que cierta gente haya predicho que puede haber la friolera de $10^{500}$ posibles condiciones que den un universo parecido al nuestro. Esto hace que la capacidad de predicción de la teoría desaparezca, porque de todos esos habrá muchas predicciones diferentes y no sabemos cual es la correcta.

Una solución típica a este problema de las condiciones iniciales es el llamado Principio Antrópico. Este viene a decir que de todas las soluciones sólo nos tenemos que quedar con aquellas que dan lugar al universo real. En mi opinión esta postura no es en absoluto científica, viene a decir que cuanto más posibilidades diferentes prediga una teoría mejor, porque ya me quedaré con las que interesa. Precisamente es al contrario, una teoría debe predecir lo que ocurre realmente y no predecir lo que no ocurre.

Decir también que la teoría de cuerdas se está retomando como método de cálculo, más que como teoría física. Un ejemplo es un paper publicado hace casi un año en Physical Review Letters titulado: Four-Qubit Entanglement Classification from String Theory. En él se utiliza la teoría de cuerdas para calcular un asunto de física cuántica, pero ojo, no es una predicción de la teoría de cuerdas en sí, es totalmente compatible con la cuántica.

¿Por qué es tan popular la Teoría de Cuerdas?

Esta es la pregunta que me inspiró este post. ¿Por qué la Teoría de Cuerdas es tan popular en el mundo de los no científicos? Me parece muy curioso porque es una teoría que aún no está comprobada. A pesar de esto hay bastante gente que sabe más sobre lo que dice esta teoría que sobre lo que dice la física cuántica o la termodinámica. Yo creo que los motivos son los siguientes:

1.- Suena mucho a ciencia-ficción: A la gente le gusta mucho eso de las "dimensiones extra", esto hace el tema muy interesante.

2.- El documental El Universo Elegante es realmente muy didáctico y popular. Lo curioso es que en ese mismo documental se habla de cosas como la física cuántica, pero la gente se focaliza más en la Teoría de Cuerdas, imagino que por el punto 1.

3.- La Serie The Big Bang Theory habla mucho del tema porque su personaje principal Sheldon Cooper es cuerdólogo.

4.- Finalmente ocurre que la teoría de cuerdas es la principal teoría para resolver el problema de la unificación. De hecho en el libro The Trouble With Physics critica precisamente eso.

Críticas a la Teoría de Cuerdas
De las principales críticas ya he hablado, en general les veo yo las siguientes:

1.- No está unificada, como he explicado en el segundo punto. Finalmente si quieres hacer una "teoría del todo" debe ser sólo una, no seis.

2.- El problema de las condiciones iniciales. Este es el principal problema en mi opinión, si tienes una teoría que puede predecir cualquier cosa en definitiva tienes una teoría que no predice nada. Es el problema de la falsabilidad. Hay muchos intentos de hacer predicciones concretas a partir de la teoría, pero todavía no hay ninguna concluyente (que yo sepa).

3.- Está monotematizando la física teórica. Debido a su popularidad está atrayendo mucha atención, lo cual es perjudicial a la hora de que alguien se anime a estudiar otras posibilidades. Eso es muy curioso teniendo en cuenta que es una teoría que tiene más de 20 años y aún no ha hecho ninguna predicción.

Teoría de Cuerdas. ¿Ciencia o Pseudociencia?

Ya estamos entonces en condición de responder a la pregunta original: En mi opinión la Teoría de Cuerdas no es ciencia, al menos no física (matemáticas sí, claro) y no todavía. Es una teoría que podrá ser científicas cuando haga predicciones que puedan ser falsada, por lo que podamos pasar al laboratorio. Mientras no sea falsable no puede ser considerada ciencia empírica.

Por otro lado pseudociencia sin duda no. Pseudociencia es algo que se ha demostrado que es falso o no funciona, como la astrología, y que aún así la gente lo defiende. Obviamente la teoría de cuerdas no entra en esa definición, la teoría de cuerdas aún no se ha testado y no me cabe la menor duda de que si se testa y se falsa la gente no la seguirá defendiendo.

Y para finalizar aquí un vídeo en el que uno de los físicos más famosos del mundo (podéis votarlo en la encuesta si queréis) defiende la Teoría de Cuerdas frente a otra teoría de la unificación, la Gravedad Cuántica de Bucles.

Lo podéis ver en este enlace (no me deja insertarlo, cachis) http://youtu.be/FMSmJCKaaC0

Con esta entrada participo en la XX Edición del Carnaval de la Física, que esta vez se encuentra alojada en el maravilloso blog Resistencia Numantina.

10^5 Visitas

2011-06-15T01:13:00.000-07:00

Este minipost es sólo para celebrar que este blog ya suma la friolera cantidad de 100.812 visitas. Cuando lo abrí en Agosto del año pasado no me podía ni imaginar que llegaría a este número en menos de un año.

Gracias a todos/as los lectores/as sois los/as mejores/as. Un abrazo.

PS: Y hay nueva encuesta, por si queréis participar.

Los grandes problemas de la física teórica actual

2011-06-13T13:31:00.000-07:00

Hace tiempo que llevo barajando escribir un post sobre la Teoría de Cuerdas, que considero es un tema muy interesante desde el punto de vista sociológico. Como preludio a ese grandioso post (XD) he decidido escribir otro antes explicando cuales son los temas candentes en física que a todos nos gustaría resolver.

La lista es muy similar a la que hay en el libro The Trouble with Physics, de Lee Smolin. Imagino que habrá más en otros libros.

El problema de la unificación

Antes de empezar con la teoría en si veamos para que se creo. Obviamente las teorías científicas no salen de la nada, se crean para responder a algún problema. Y el problema en cuestión aquí es la unificación de la Física Cuántica y la Relatividad.

Por unificación se entiende cuando hay dos teorías que explican fenómenos en apariencia diferente y a alguien se le ocurre la manera de englobarlo todo en una sola teoría. Esto a priori podría parecer un simple capricho, pero no lo es en absoluto. Al unificar dos teorías se pueden descubrir nuevos fenómenos que antes no nos imaginábamos que ocurrieran, nuevos métodos y predicciones.

Como ejemplo de unificación tenemos el caso de Faraday y Maxwell. Gracias a estos genios, dos fenómenos que aparentemente eran diferente, la electricidad y el magnetismo quedaron unificados en la Teoría Electromagnética. Esta nueva teoría quedó recogida en las famosas Ecuaciones de Maxwell, que describen el comportamiento de los campos eléctricos y magnéticos y como interaccionan entre sí. Esta teoría proporcionó un maravilloso método de cálculo para los fenómenos electromagnéticos, pero también predijo nuevos fenómenos, como la existencia de ondas electromagnéticas como la luz, pero que no podían ser vistas.

Está claro que una teoría unificadora es siempre algo muy interesante, entonces la pregunta es ¿qué queda por unificar? Básicamente las dos principales teorías de la física actual, la Física Cuántica y la Relatividad General. Estas dos teorías están consideradas las más acertadas dentro de la física. La cuántica estudia los objetos muy pequeños, como átomos, moléculas o partículas. La Relatividad, por su parte, estudia la gravedad, que sólo juega un papel relevante en objetos muy grandes, como la tierra o el sol. Cada una por su lado funcionan perfectamente y no ha habido aún ningún experimento u observación que las contradiga, el problema es que se basan en principios muy diferentes y difíciles de conciliar. La física cuántica trata el tiempo y el espacio como factores externos a la teoría, mientras que en relatividad son variables de la misma.

La pregunta ahora es: ¿Es esto un problema? Ya que la física cuántica trata las cosas muy pequeñas y la relatividad las cosas muy grandes, ¿no sería más sencillo dejarlas cada una en su campo? Por un lado esa podría ser una solución, pero los científicos somos muy curiosos y no nos convence. Por un lado ya he dicho que una teoría nueva nos podría descubrir nuevos fenómenos útiles para el ser humano. Desde un punto de vista más intelectual está el problema siguiente: las cosas muy grandes están compuestas de cosas muy pequeñas, así que la teoría que las describa debería ser la misma.

El problema de la medida

Como ya he dicho antes la Física Cuántica está considerada la mejor teoría científica de la humanidad. Su rango de acción es inmenso (desde las partículas elementales como el electrón, hasta los complejos fotosintéticos), no hay un solo resultado experimental que la contradiga y muchas cosas que se fabrican hoy en día es gracias a ella (cómo los láseres o los ordenadores). Sin embargo aún tiene una pequeña pega.

El problema es que como ya expliqué en el post sobre la coherencia, los sistemas cuánticos pueden estar en varios estados al mismo tiempo. La evolución de estos sistemas viene dada por la archifamosa Ecuación de Schrödinger (no hace falta entenderla, sólo saber que existe)

Sin embargo cuando miramos al sistema no lo vemos en múltiples estados, lo vemos en uno sólo. ¿Cómo puede ser eso? Eso ocurre porque la misma física cuántica dice que al medir el estado encontraremos sólo uno de los estados con una cierta probabilidad. El problema ahora es ¿cuándo el sistema evoluciona mediante la ecuación de Schrödinger y cuándo no? La respuesta es que si está aislado lo hace mediante la ecuación y si algo lo mide pasa a estar en un sólo estado.

El problema radica en la definición de "medir". Si un sistema cuántico evoluciona mediante la ecuación de Schrödinger cuando está aislado y yo considero la suma "sistema+aparato de medir" como un sistema en sí, debería evolucionar también mediante la ecuación, y eso no es lo que observamos. Esto ha dado muchos quebraderos de cabeza, como El Amigo de Wigner. También han surgido diferentes intentos de resolverlo, como la Interpretación de Muchos Mundos, que está a camino de la filosofía y la ciencia-ficción, o la interpretación de Zurek, reflejada en su libro Quantum Theory and Measurement.

En mi opinión el tema sigue aún abierto y es uno de los más importantes del momento.

Unificación de las fuerzas

En el universo hay cuatro fuerzas, que sepamos, la fuerza electromagnética, la interacción débil , la interacción fuerte y la gravedad. Como ya de ha mencionado la fuerza eléctrica y la magnética fueron consideradas cosas diferentes hasta que Maxwell las unificó, algo así se espera que pueda ocurrir con todas las fuerzas.

Ya hay bastantes indicios de que a ciertas energías la interacción débil se unifica con la electromagnética, formando lo que llamamos la interacción electrodébil, sin embargo las otras aún se resisten. Mencionar que la unificación de la gravedad con el electromagnetismo era el sueño de Einstein que no consiguió ver cumplido. Al igual que con la unificación de la física cuántica y la relatividad, esto también daría lugar a un marco nuevo donde estudiar nuevos fenómenos.

Cálculo de las constantes fundamentales del Universo

Todas las teorías existentes tienen unas determinadas variables que sólo se pueden calcular en el laboratorio. Ejemplos son la velocidad de la luz en el vacío, la masa de los electrones o la constante de Planck. Las teorías realmente no son muy útiles si no les añadimos esa información extra que nos permite comenzar a calcular cosas. La cuestión es ¿por qué son cómo son?

Hasta el momento no hay ningún método de calcular estas constantes, pero cada vez van siendo menos. A medida que surgen nuevas teorías se establecen relaciones entre unas constantes y otras, ahorrando así el tener que calcularlas todas. Sin embargo desde un punto de vista puramente fundamental la pregunta sigue abierta. Lo deseable sería poder tener una teoría que nos diera todos esos valores sin necesidad de calcularlos experimentalmente, pero hasta el momento no hay mucho.

La masa y energía oscura

Por último un problema cosmológico. Si queremos calcular la masa que hay en las galaxias tenemos dos maneras diferentes. La primera es simplemente mirar con los telescopios, calcular el brillo de lo que vemos y a partir de ahí calcular la masa. La segunda manera es un poco más complicada, según las leyes de Newton o la Relatividad, podemos calcular la masa a partir del movimiento de las estrellas de la galaxia. Con esto podemos hacer un gráfico de la velocidad de las estrellas a medida que te alejas del centro de la galaxia y comparar. El resultado, pues que no coincide, de ahí el problema

Fuente: Wikipedia

¿Cuál es la solución propuesta a este problema? La principal es la existencia de una materia que no podemos ver porque no interacciona con la luz, a esta hipotética materia se la denomina Materia Oscura. Hay muchos intentos actualmente para detectar esta materia oscura, pero hasta ahora no hay ningún resultado definitivo. También hay otras teorías alternativas, de las cuales la más famosa es la Teoría MOND, sin embargo la más aceptada es la materia oscura.

Por otro lado gracias a las observaciones del telescopio Hubble se llegó a un resultado impresionante. Como ya era sabido entonces el universo se expande, como descubrió el mismo Hubble, y era de esperar que la gravedad iría frenando esa expansión lentamente, sin embargo el telescopio espacial dio un resultado sorprendente, el universo se acelera. La solución propuesta actualmente es similar a la de la materia oscura, la existencia de una energía oscura que introducida en las ecuaciones de Einstein de la gravedad dan lugar a esta reaceleración.

Una pregunta lógica sería ¿y no podría ser un simple error de cálculo? Obviamente cuando se analizan las cantidades de materia y la aceleración del universo hay un margen de error, sin embargo los resultados son concluyentes: la mayoría del universo debe estar compuesto por materia y energía oscura.

Fuente: Wikipedia

La cuestión seguirá abierta hasta que se detecte de alguna manera esta materia y energía oscura, o hasta que alguien invente una nueva teoría que no las necesite. Por el momento no está zanjada la cuestión.

Así que esto es todo, estas son en mi opinión las preguntas más interesantes de la física actual. Ahora resolverlas no es tan fácil como escribir sobre ellas, me temo. Si os animáis ahí están para todos.

Sandro Rey, el vidente homeópata

2011-06-10T03:12:00.000-07:00

Como muchos otros blogs ya han hecho me quiero adherir al apoyo al blog enchufa2 que tras publicar su genial entrada Su vidente le aconseja ir al homeópata, ha recibido amenazas de denuncia por parte del vidente en cuestión.

Así que para facilitar el efecto Streisand aquí os dejo el vídeo del vidente en cuestión. Echaros unas risas.

¿Cómo, que no os ha parecido suficiente? Bueno, aquí os dejo con otro vídeo del susodicho.

Pues eso, todo mi apoyo a los compañeros de enchufa2. Por suerte estos individuos ladran mucho y muerden poco. Aunque he de reconocer que me haría gracia que hubiera juicio y ver a este hombre defendiendo sus poderes ante un juez.

Por último copiar un comentario del blog original en el post donde comentan esta denuncia, Ladran, luego cabalgamos, que me ha parecido genial.

Por cierto, ante casos como este, uno no puede dejar de preguntarse… si es un vidente, ¿por qué no se puso en contacto con nosotros antes de que publicásemos dicho artículo? Y una vez publicado, ¿para qué nos amenaza si debería haber sabido que no íbamos a retirarlo? Oh, wait!

Contrato de Investigación

2011-06-09T02:03:00.000-07:00

Sólo el gran y genial Forges puede representar lo que siento en este momento.