martes, 5 de mayo de 2015


El infinito, el universo, otras versiones de nosotros y Homero Simpson

http://www.emol.com/especiales/2014/tecnologia/columnas-astronomia/25-febrero.asp#4

Nelson Padilla
25 de febrero de 2015

Puede que el universo sea infinito, pero quizás la probabilidad de que existamos sea tan pequeña, que sólo haya una única versión de cada uno de nosotros...

¿Cuántas copias nuestras hay/hubo/habrá por ahí? Para responder eso tenemos que empezar por entender tres conceptos matemáticos simples: lo finito, infinito e infinitesimal. Y un par de nociones más.

Finito e infinito son antónimos. El primero se refiere a cantidades que pueden escribirse usando números. Por ejemplo, 10100 es muy grande (un 1 y 100 ceros) pero sigue siendo finito. Mientras que el segundo, representa algo que no tiene nada más grande que sí mismo; imaginen el número más grande posible, al sumarle "1" tendríamos algo más grande todavía. Por eso, infinito no es un número. Y el tercer concepto es lo infinitamente pequeño o lo infinitesimal. Este es otro opuesto del infinito y es lo más cercano a cero pero sin llegar a serlo y tampoco se puede escribir con un número.

Por otro lado, necesitamos pensar en cuán grande es el universo.

Las observaciones del fondo de radiación de microondas ese brillo del Big Bang que llega hasta nosotros frío y débil pero lleno de información nos indica que el universo es aproximadamente plano.

Los espacios planos más simples son infinitos, así que nuestro universo también podría serlo. Junto con ello, debemos tener en cuenta que la posibilidad de que haya universos paralelos todavía no se ha refutado.

Entendido esto, pasemos a "la pregunta". ¿Hay otras versiones idénticas de nosotros viviendo nuestra vida por ahí?

Muchas veces se dice que en un espacio infinito hay infinitas posibilidades, al punto de que todo lo que existe se repite infinitas veces. El mismo Borges usó esta idea para hacer historias muy entretenidas. Pero si el universo realmente es infinito algo lejos de ser seguro y la probabilidad de que se repitan todas nuestras características y vidas es finita algo incierto, entonces hay/habrán/hubo copias nuestras viviendo por ahí. En este escenario, seríamos títeres de un "destino matemático".

"Ni siquiera infinitos universos paralelos infinitos, nos aseguran que exista más que un solo planeta Tierra con sus habitantes"
Podemos llegar a esa conclusión, pero, curiosamente, no es necesariamente cierta. Esa probabilidad la de la existencia del conjunto de nuestras historias individuales y sus interrelaciones, es desconocida y no se puede medir. Imaginen que es infinitesimal (muy cercano a cero). En ese caso, ni siquiera infinitos universos paralelos infinitos, nos aseguran que exista más que un solo planeta Tierra con sus habitantes. Esto porque tenemos un choque frontal de infinitos opuestos, es decir el infinito y el infinitesimal que se cancelan entre sí.

Pero ni siquiera necesitamos calcular esa probabilidad incalculable, porque hay espacios planos que no son infinitos.
 
En 1999, Homero Simpson (sí, él mismo) afirmó que el universo tiene la forma de una donut, lo cual intrigó a su interlocutor Stephen Hawking. ¿Por qué Hawking escuchó a Homero? Porque puede tener razón. Esta es una de las posibles geometrías que Daniel Stevens y colaboradores exploraron para describir las primeras mediciones detalladas de la radiación de fondo en 1989 seguramente Homero leyó ese paper. Lo interesante del espacio propuesto por Homero es que éste es plano y muy extenso, pero finito, y tiene justamente la forma de una donut que se dobla sobre otra dimensión imaginaria, donde lo que vemos de nuestro universo es solo un pedazo (un mordisco) de ella. Éste es un espacio que aún hoy se considera posible para nuestro universo.
Homero todavía puede llegar a tener razón, al menos en una cosa. Con la posibilidad de un espacio finito, podemos estar tranquilos que no hay copias nuestras viviendo nuestras vidas por ahí.
La Canción Nacional ayuda a entender el efecto Sachs-Wolfe

http://www.emol.com/especiales/2014/tecnologia/columnas-astronomia/18-febrero.asp#4

Leopoldo Infante
18 de febrero de 2015

Desde poco después del Big Bang, fotones provenientes de esa radiación originaria comenzaron a viajar, pero ese periplo les cuesta más que sólo tiempo.

Uno de los recursos que utilizo en las charlas públicas para lograr entusiasmar a la audiencia es hacerla escuchar una estrofa de la canción nacional y, luego, su traducción a varios idiomas en forma consecutiva hasta que finalmente volvemos al español. Mientras avanza la grabación, relato cómo cada cultura (representada por su lengua) va modificando el contenido de la estrofa. Después de la última traducción el resultado es sorprendente; no se entiende nada. "¿Cómo podríamos recuperar la estrofa original? Necesitamos un conocimiento detallado de cada cultura, es decir de cada traducción"
 
Algo similar ocurre con la radiación de fondo que viaja por el espacio, desde poco después del Big Bang. Cada vez que se encuentra con una estructura (o cultura) en el universo, algo cambia en ella y esas modificaciones son efectos físicos que conocemos. En 1967, los astrofísicos Sachs y Wolfe nos dieron las herramientas para justamente comprender uno de los cambios que experimenta un fotón de esta radiación en el camino que lo lleva a través de las grandes estructuras en el universo. Este es el efecto integrado Sachs-Wolfe (ISW).

Pensemos en un fotón, de esta radiación de fondo, que viaja por el universo. ¿Qué le ocurre en ese trayecto? Varias cosas. Primero, disminuye su energía debido a la expansión del universo (corrimiento al rojo). También, se desvía de su trayectoria por efectos gravitacionales (efecto lente), gana energía cuando interacciona con los electrones presentes en gases calientes de los cúmulos de galaxias, y, por último, su energía puede variar por cambios en el espacio-tiempo, este es el efecto ISW.

Pero, también, hay otro factor a tener en cuenta. La densidad total de energía en el universo ha transitado por tres grandes periodos, en los cuales una forma de energía domina por sobre las otras. Hasta unos pocos cientos de miles de años después del Big Bang, el universo estaba gobernado por la energía proveniente de la radiación (época de la radiación). Luego, desde ahí y hasta los 4 mil millones de años, la densidad de energía era dominada por materia (época de la materia). Y ahora, 13.700 millones de años más tarde, lo que predomina es una misteriosa forma de energía, la llamada energía oscura (época de la energía oscura).

La densidad total de energía en el universo ha transitado por tres grandes periodos, en los cuales una forma de energía domina por sobre las otras.

Volviendo a nuestro fotón, éste se origina en la época de la radiación. Por lo que en su viaje camino a la Tierra, atraviesa estas tres fases con las distintas consecuencias ya mencionadas. Si consideramos sólo el ISW durante la época de dominación de la materia la energía del fotón no cambia. En cambio, durante las épocas de radiación y energía oscura, debido a variaciones estructurales del espacio tiempo, esta sí puede variar.

Pero, ¿cómo puede variar el espacio-tiempo? Por una inyección de energía. Imaginemos que esta proviene de la energía oscura. Durante el tiempo en que nuestro fotón cruza una superestructura, éste gana energía ya que la aceleración de la expansión del universo consecuencia de la energía oscura hace que la partícula gane más energía cuando entra que la que pierde al salir de la estructura.

Detectamos el efecto ISW co-relacionando la distribución de galaxias (superestructuras de materia) con las variaciones en la temperatura del fondo de microondas (fotones originarios). Esto ocurre en escalas muy grandes y nos entrega indicadores que dependen exclusivamente de la densidad de materia oscura.

Con el fin de comprender la naturaleza de esta energía, la que aún es incierta, nuestro grupo en la PUC está confeccionando un gran catálogo de galaxias que cubre gran parte del cielo austral a partir de observaciones con telescopio VST de Paranal.


Las bases de una teoría científica

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Andreas Reisenegger
11 de febrero de 2015

Una teoría científica es mucho más que una idea o una especulación. Es un grupo coherente de "leyes" que describen en forma precisa un amplio conjunto de fenómenos. Si aún sobreviven es porque han cumplido con esta tarea al ser sometidas a un intenso escrutinio.

La palabra "teoría" es una de las que más dificultan la comunicación entre científicos y quienes no lo son. En el lenguaje común, es frecuente la frase "es sólo una teoría" para referirse a una idea, una conjetura o una especulación cuya validez no está establecida. Por eso, si un científico habla de la "teoría de la evolución", esto hace pensar a muchos que es una idea quizás buena y no descartada pero tan válida como cualquier eventual alternativa. En este caso, por ejemplo, la creación de todas las especies, en su forma actual, por un acto divino. Pero esto no es lo que quiso decir el científico. Entonces, ¿qué es exactamente una teoría científica?

"Lo más incomprensible del universo es que éste sea comprensible", escribió Einstein. Con esto se refería a que, cuando se ha estudiado con detención un conjunto de fenómenos, haciendo variados experimentos y buscando relaciones lógicas entre ellos, eventualmente surge una "teoría": un grupo pequeño de "leyes" que dan sentido a todos estos fenómenos y pueden aplicarse a muchos otros, haciendo así predicciones verificables. 
 
Así, por ejemplo, la Mecánica Clásica surgió de la observación precisa del movimiento de los objetos del Sistema Solar y de muchos experimentos realizados en la Tierra. Todos ellos pudieron "reducirse" a las tres "leyes de Newton" y la ley de gravitación universal, que forman el núcleo de la teoría. Ésta es usada diariamente para predecir fenómenos tales como eclipses, la existencia de Neptuno en el siglo XIX, o para planificar proyectos tecnológicos, desde puentes colgantes hasta viajes interplanetarios. De esta forma, es puesta a prueba día a día, sobreviviendo exitosamente ya más de 300 años. Esto la distingue, por ejemplo, del modelo de epiciclos de Ptolomeo. Para que éste pudiera seguir describiendo mediciones progresivamente más precisas, hubo que aplicarle sucesivas correcciones que lo hacían más y más complejo. Esto claramente lo descalifica como teoría científica.

Eventualmente surge una "teoría": un grupo pequeño de "leyes" que dan sentido a todos estos fenómenos y pueden aplicarse a muchos otros, haciendo así predicciones verificables
Los éxitos de la Relatividad General hace justamente 100 años mostraron que la Mecánica Clásica no era "la última palabra". La "nueva" teoría, aunque es muy distinta, menos intuitiva y más compleja, reproduce todos los éxitos de la Mecánica Clásica y tiene un dominio de validez mucho más amplio. Sin embargo, esto no invalida ni deja obsoleta a la teoría "antigua"; sólo delimita el rango de fenómenos a los cuales es aplicable. La Mecánica Clásica sigue y con seguridad seguirá siendo la base de gran parte de la física y astronomía y la teoría usada por ingenieros estructurales y mecánicos para hacer sus diseños, lo cual justifica que sea ella, antes que la Relatividad General, lo que se enseña en nuestros programas de estudios escolares y universitarios.

Una característica paradojal de las teorías científicas es que su fuerza radica en su vulnerabilidad: Predicen muchísimos fenómenos, y nunca podremos verificarlos todos, por lo tanto la validez de la teoría nunca se puede demostrar. Por otro lado, si en algún caso falla, no queda otro remedio que desechar la teoría o, al menos, restringir su dominio de validez. El que aun así algunas de ellas puedan sobrevivir por siglos justifica plenamente el asombro de Einstein ante la "comprensibilidad" del universo.

Estas teorías que sobreviven el constante escrutinio son la base sobre la cual se construye la ciencia y la tecnología; sin duda muchísimo más que una idea o una especulación.

Armagedón: ¿podemos predecir el próximo impacto?

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Thomas H. Puzia
4 de febrero de 2015

Aunque se están monitoreando los cielos, no hay un programa con dedicación exclusiva de detección de potenciales meteoritos peligrosos.

Todos hemos visto una estrella fugaz, o pequeñas piedras que se evaporan por la enorme fricción que se produce al entrar en la atmósfera, pero sólo los dinosaurios vieron uno de los ejemplos más grandes y no sobrevivieron a ello
 
 
El impacto que cambió el curso de la evolución tuvo el valor más alto, es decir 10, en la escala que los astrónomos utilizan para clasificar el peligro de impacto asociado a los objetos cercanos a la Tierra (NEOs, por su nombre en inglés). Esta escala, llamada de Torino, es una combinación de la probabilidad del impacto y la energía cinética de éste. Aunque se espera que cada 100.000 años o más llegue un asesino global, aún ninguno de los NEOs conocidos ha sido categorizado por encima de 4 en la escala de Torino.

Pero eso no implica cero riesgo. En 2013, el meteorito que afecto a la ciudad rusa de Chelíabinsk ni siquiera superó el 0 en la escala, pero hirió a 1.500 personas. Este meteorito golpeó la atmósfera superior a unos 20 km/s, con una energía cinética total de "sólo" 0,4 megatones (MT) de TNT. Otro ejemplo más energético, fue el de Tunguska (1908) con 10 MT. Se cree que el meteoro explotó a 5 kilómetros sobre el suelo, pero logró derribar un área de bosque tres veces el tamaño de Santiago. Este evento tuvo un 8 en la escala de Torino. Mientras que el que asesinó a los dinosaurios (hace 66 millones de años) tenía una energía cinética de 100 millones MT la bomba más poderosa creada por el hombre tiene 50 MT y creando un cráter de 180 km de diámetro y 20 km de profundidad.

Nuestro Sistema Solar está lleno de material residual de las primeras fases de su formación, desde partículas de polvo a objetos con diámetros de cientos e, incluso, miles de kilómetros. Los más grandes son muy pocos, mientras que los más pequeños muchos, pero son estos últimos los más difíciles de ver. En las últimas décadas los astrónomos han desarrollado programas para detectar potenciales meteoritos con trayectorias hacia la Tierra.
Uno de ellos es el sistema de vigilancia de colisión automatizado del Jet Propulsion Laboratory de la NASA. Este programa explora continuamente los catálogos más actuales de asteroides para determinar las posibilidades de un impacto con la Tierra en los próximos 100 años. Sin embargo, todavía no tenemos un programa de descubrimiento de NEOs automatizado y con dedicación exclusiva.

Nuestro Sistema Solar está lleno de material residual de las primeras fases de su formación, desde partículas de polvo a objetos con diámetros de cientos e, incluso, miles de kilómetros.
En los últimos 15 años, muchos programas diseñados para otros fines han descubierto más de 4.000 objetos con tamaños mayores de 300 metros, todos potenciales asesinos globales aunque no necesariamente en la trayectoria de la Tierra. El Gran Telescopio para Rastreos Sinópticos, que se está construyendo actualmente en Cerro Pachón, inspeccionará el cielo cada tres noches y podrá detectar muchos más NEOs.

Los astrónomos cada vez nos volvemos más conscientes de estos disparos sobre nuestro planeta, pero es mi deseo que los políticos y los organismos que pueden proveer fondos vean la necesidad de generar este tipo de programas para protegernos contra impactos que podrían dañar seriamente o, incluso, acabar con nuestra civilización. En actualidad no hay nada en camino, pero si ocurriese un evento como el de Chelíabinsk sobre Santiago los efectos seguramente serían mortales.


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