Los números de Chernóbil

Esta de moda Chernóbil (otra vez).  Una nueva serie producida por HBO que se estreno apenas hace un mes, ha revivido de nuevo una radiofobia colectiva, es decir, ese temor, casi atávico, por el enemigo invisible de las «radiaciones ionizantes».  Mucho se ha hablado del más grave accidente nuclear de la historia en estos 33 años; algunos han querido minimizar sus efectos y otros los han exagerado extraordinariamente (principalmente medios de comunicación, organizaciones antinucleares y naturalmente la población general.)  Pero para entender realmente la dimensión de la «amenaza nuclear», los efectos pasados, presentes y futuros de Chernóbil (y de otros accidentes nucleares), hay que entender los números detrás de ellos.

«Ahora que vemos la serie Chernobyl de @HBOLAT, algunos números interesantes sobre la exposición a radiación: 1 Sievert (Sv) es la unidad moderna de radiación total recibida (=1 J/kg), 1 Roentgen (R) la unidad mencionada en la serie equivale a ~0.01 Sieverts (Sv) o 10 mSv»
Junio 2 de 2019
http://bit.ly/trino-chernobil

Como dice el refrán (y si no dice, debería) «los números harán tu vida mejor.»

Es muy distinto decir «el terremoto que sacudió a Japón en 2011 desvío el eje de rotación de la Tierra» a expresarlo como «durante el sismo de magnitud 9.2 al frente de la costa de Japón en 2011, el norte geográfico se desplazo 0.0000001% de su posición.»  ¿Notan la diferencia?

También es muy distinto afirmar que «el bosque alrededor de la planta de Chernóbil todavía es radioactivo», a expresarlo en términos de «el nivel de radiación en la plaza de la abandonada Pripyat, a 5 km de la planta de Chernóbil, es aproximadamente de 1000 nSv/h, lo que equivale a 5 veces el nivel de radiación ambiental en la ciudad de La Paz (Bolivia)»

Yo sé que no a todos nos gustan los números. La verdad es que los seres humanos somos casi todos malos para manipularlos; simplemente hay unos que lo hacen más frecuentemente que otros. Pero tampoco nos gustan las verduras e igual nos las comemos. Así que ¡manos a la obra!

Actividad, exposición y dosis

Para entender a Chernóbil, hay que conocer tres conceptos simples: actividad, exposición y dosis.

Se llama actividad al número de átomos, en un material radioactivo, que se descomponen en un segundo.

Si solo se descompone 1, decimos que la actividad es de 1 Becquerel (1 Bq=1 descomposición por segundo).

Normalmente, cuando lidiamos con sustancias radioactivas (como parte del Potasio en los bananos, ¡sí¡ los bananos contienen sustancias radiactivas) el número de desintegraciones es de miles de millones.

Los físicos entonces hablan de una actividad de 1 Curio, para referirse, sin muchas palabras, a 37 mil millones de desintegraciones por segundo (1 Ci = 37000000000 Bq).

A las personas que tienen cáncer de Tiroides se les administra Yodo radioactivo (¡si! una sustancia radiactiva se usa para curar).  Una dosis típica contiene Yodo suficiente para producir 100 mCi (mili Curios), es decir 100 milésimas de Ci.

¿Es eso mucho o poco? Digamos que no es normal.  Si fuera bueno, te lo darían en las hamburguesas.

Los médicos nucleares (¡sí! hay médicos nucleares) saben que si una persona toma más de 600 mCi de Yodo radioactivo en su vida (las centrales nucleares y otros procesos pueden producir este tipo de Yodo y descargarlo en la atmósfera), posiblemente esta intoxicada con radioactividad.

Hasta ahora todo fácil ¿no?

Pero ¿cuántos son los Curios de Chernóbil?

Los lugares más contaminados en 1996 alrededor de la planta destruída, tenían «suficientes elementos» radiactivos para producir 400 mCi por cuadra (un área de 100 por 100 metros).  Es decir, incluso si barrieras el campo de un estadio, no recogerías suficientes elementos radioactivos como para intoxicarte.  Bueno, aunque tampoco estarías a salvo.

Exposición

Una cosa es que hayan elementos radiactivos y otra que hagan algo.

El efecto normal que la luz invisible (rayos X y gama) y las partículas (electrones, positrones, protones, neutrones y núcleos de Helio o partículas alfa), emitidas por los elementos radioactivos producen sobre la materia circundante (aire, agua, vacas, gente, etc.) es la de ionizar los átomos y moléculas de las que están hechas.  En condiciones normales, esos mismos átomos y moléculas son neutros y realizan sus funciones porque lo son; si están ionizados pueden haber problemas (cáncer, mutaciones, muerte celular, etc.)

Es por esto que decimos que la radiactividad produce «radiaciones ionizantes» y es a las radiaciones ionizantes a lo que le tememos cuando pensamos en lo nuclear (radiofobia).

La medida de cuánto puede la radiación ionizar el aire se expresa en una unidad que escuchamos con frecuencia en la serie de HBO: los Roentgen (si no la han escuchado cuando la vean por segunda o tercera vez, sé que lo harán; pongan más atención).

1 Roentgen de radiación produce cerca de 300 micro Coulombs de carga en 1 kilo de aire.  Pero ¡¿qué demonios es eso?!  No es muy importante saberlo; bastará con decir, por ahora que los lugares más peligrosos alrededor del núcleo del reactor expuesto de Chernóbil, al menos durante los días siguientes a la emergencia, registraban niveles de radiación cercanos a los 10000 Roentgen.

Muchos de los detectores con los que contaban los empleados, no podían medir más allá de unos 10 R, por lo que al principio las autoridades del reactor subestimaron (como vemos en la serie) la gravedad del desastre.

Fue solo cuando llegaron los primeros bomberos, y que fueron expuestos seguramente a entre cientos y miles de Roentgen mientras apagaban el incendio, que empezaron los peores efectos de la radiación a sentirse.

¿Cuántos Roentgen marca hoy Chernóbil?  Más de 30 años de medicina nuclear, nos han enseñado que la exposición no es la mejor manera de medir los potenciales efectos biológicos nocivos de la radiación.  Existe una cantidad mejor.

Dosis

Una manera de medir la radiación ionizante, distinta a la capacidad que tiene para ionizar el aire (nuestros cuerpos no están hechos de esa sustancia), es decir una manera distinta de hacerlo con Roentgens, es determinar la cantidad total de esa energía que puede absorberse en la materia expuesta a ella.  A esta cantidad la llamamos «dosis».

La dosis se mide en Grays (Gy), siendo 1 Gy igual a 1 Julio de energía absorbida (aproximadamente 4 calorías) por cada kilogramo del cuerpo en cuestión.

Cuando se desintegra un átomo, puede producir distintos tipos de radiación ionizante (recuerde, luz invisible y partículas).  Cada una de ellas produce efectos nocivos diferentes sobre el organismo.  Las más dañinas normalmente son las más rápidas (neutrones rápidos) y las más pesadas (partículas alfa).

De modo que expresar la radioactividad en Curios (desintegraciones por segundo) no ayuda, sino indicamos qué tipo de partículas están implicadas y cuánta energía por cada partícula es emitida.  Tampoco ayuda del todo expresarla en Grays.  Un Julio de energía de rayos gama depositado en el cuerpo humano producirá un efecto casi 10 veces menor que el que produce el mismo Julio de energía pero de neutrones veloces.

Por esta razón (y aquí llegamos al final de la enumeración de nuestras unidades), en años recientes se ha introducido un nuevo patrón, el Sievert, capaz de cuantificar el «daño» producido sobre el organismo, ajustado por el tipo de partículas que lo produce.

Así 1 Gy de rayos gama (1 Julio de rayos gama absorbido por kilogramo) corresponde (por definición) a 1 Sievert.  Pero 1 Gy de partículas alfa, corresponde en realidad a 20 Sieverts.

¿Ya se enredo?  No espero que entienda todo; pero al menos que sepa que 1 Sievert es en realidad una cantidad muy peligrosa de radiación ¡aléjese!

De los Sieverts a la realidad de Chernóbil

Llegados a este punto tenemos todos los elementos cuantitativos para juzgar en su justa medida a Chernóbil, Fukushima y todos esos mensajeros del apocalipsis que los medios y algunos activistas antinucleares nos han querido vender.

Para juzgar qué tan grave es una cierta dosis de radiación, hay que tener en cuenta los efectos biológicos que han sido observados a lo largo de décadas de investigación teórica y experimental en medicina nuclear.  Algunos de estos efectos no solo se han estudiado en el laboratorio o en entornos clínicos; los mismos desastres nos han enseñado a valorarlos de forma más realista.

Para empezar debemos distinguir entre una exposición única a radiación ionizante y la exposición continuada a ella (por períodos de días a años.)  Naturalmente las dos están relacionadas.

Así por ejemplo, si por alguna razón te expones por un período breve de tiempo (unos minutos) a 1 Sv de radiación, quizás no sientas nada inmediatamente.  En unas horas, sin embargo, sentirás desagradables efectos físicos, nauseas, mareo, tal vez fiebre.   Te recuperaras de esos efectos, pero a largo plazo la probabilidad de que desarrolles algún tipo de cáncer asociado específicamente con esta experiencia será de alrededor de un 5%.

¿Cuánta radiación recibieron los primeros bomberos que llegaron a Chernóbil? Posiblemente unas decenas de Sv.  Precisamente por eso murieron unas horas a varios días después de esta severa exposición.

En total 31 personas murieron en Chernóbil, incluyendo bomberos y empleados de la central (aquellos que vemos en la serie bajando a los alrededores del reactor destruído para tratar de encender las bombas de agua), por estar sometidos a niveles muy altos en las horas siguientes al desaste.

600 000 personas, los liquidadores, trabajaron en los siguientes meses y años para mitigar los graves efectos ambientales del desastre.  Se ha calculado que la dosis más alta recibida por los liquidadores más expuestos fue de 0.3 Sv (o 300 mili Sieverts, mSv.)  En promedio, sin embargo, estos 600 000 héroes anónimos, recibieron 100 mSv y los menos expuestos apenas absorbieron 5 mSv.

¿Murieron todos? ¡falso!

Para empezar, y como vimos antes, si bien 0.3 Sv (la máxima exposición recibida por los liquidadores) pueden ser suficientes (dependiendo de la persona) para producir algún malestar, es muy improbable que te mate en el corto de plazo.

La cifra exacta de personas que murieron por los efectos de la radiación después del desastre se desconoce.  Lamentablemente, el desastre ocurrió en un tiempo y un país en el que el seguimiento cuidadoso de todos los implicados era difícil.

Usando distintas fuentes de evidencia, la OMS y la ONU han calculado que el número total de muertos fue poco más de 9000.  Investigadores independientes han estimado que la cifra podría ser tan alta como 60 000.  Cualquiera que sea la verdad, es claro que no fueron millones.

¿Y los «niños mutantes» que nacieron después del desastre?  Los estudios epidemiológicos muestran que si mujeres embarazadas se exponen por una sola vez a 300 mSv, no hay mayores riesgos sobre el desarrollo del feto (distinguibles de otros efectos más comunes).

La dosis promedio de los habitantes de la zona cercana al desastre y que fueron trasladados a otras ciudades, fue de 10 mSv, muy por debajo del umbral para efectos nocivos sobre el embarazo (una exposición total de 50 mSv es considerada segura para un trabajador en el sector de la energía nuclear).

¿Y el cáncer? ¡mucho más difícil de cuantificar!  Los únicos datos fiables parecen indicar un incremento en un factor de 2-3 en la tasa de cáncer de tiroides entre las personas que eran niños durante el tiempo del accidente y que posiblemente tomaron leche contaminada con Yodo radioactivo y otros isótopos.

Aparte de eso y en la ausencia de estudios epidemiológicos anteriores a Chernóbil en esa misma zona, no se puede saber si las muertes por cáncer que se han producido entre los habitantes de la región, incluso entre los liquidadores, se produjeron por la exposición a radiación o por otros factores (contaminación ambiental, cigarrillo, obesidad, etc.)

Los epidemiólogos han calculado, por ejemplo, que fumar produce un riesgo de cáncer equivalente a una exposición de 1 Sv.  Ser obeso, 300 mSv.  Incluso ser fumador pasivo es casi tan «peligroso» como exponerse de súbito a 150 mSv, que es igual al riesgo que corren los que no comen vegetales.

Chernóbil ¿inhabilatable?

Una cosa es recibir una dosis de radiación de golpe.  Otra muy distinta es dejar radiactividad regada por todas partes en miles de kilómetros cuadrados.  Ese, dice, la mayoría es el peor crimen de Chernóbil y con ello (generalizan) el riesgo de seguir usando la energía nuclear y exponernos a futuros accidentes.

Pero evaluamos con números, esta afirmación.

¿Cuál es realmente el nivel de radiación remanente en Chernóbil? ¿es realmente imposible volver a vivir en la denominada zona de exclusión (una región con cerca de 35 km de radio)?

Cuando hay una fuente permanente de radiación ya no se usa la dosis total, sino una «tasa» o «nivel» de dosis (dosis por segundo, por hora, por día, por año, etc.)

Aunque sea difícil aceptarlo, estamos sometidos todo el tiempo a radiación ionizante que no tiene como fuente ningún desastre nuclear pasado o presente.  Esta radioactividad es producida por isótopos presentes en las rocas con las que construimos nuestros edificios (ej. Uranio y Torio), en nuestros alimentos (Yodo, Carbono, Potasio) y en el aire que respiramos (ej. Radón).

La dosis que recibimos de estas fuentes ambientales depende de dónde vivamos.  Así por ejemplo, en Medellín (la ciudad en la que vivo) y en ciudades situadas a una altura similar sobre el nivel del mar (1500 metros), la dosis es de unos 70 nSv/h (nano Sieverts por hora).  En La Paz (Bolivia) asciende a unos 120 nSv/h, y en el lugar con los niveles de radiación ambienta más altos (Ramsar, cerca al mar Caspio en Irán), alcanza los 2000 nSv/h.  El promedio mundial se estima en unos 300 nSv/h.

Dado hablar de Sieverts, nano Sieverts, etc. no es tan fácil, especialmente para los que no han leído este blog (¡ustedes ya se salvaron!), se ha sugerido entre los expertos desde hace un par de décadas, usar, como medida del nivel de radiación, el tiempo de exposición a la radiación ambiental promedio que tendrías que acumular para igualar una cierta dosis.

Me explico.

Como habíamos mencionado antes, la dosis recibida en promedio por los habitantes alrededor el desastre de Chernóbil fue de 10 mSv.  Para conseguir esa dosis, solo por exposición a la radiación ionizante ambiental, harían falta 4 años.  Es decir, los habitantes de la zona, en tal vez un par de días, «envejecieron radioactivamente» 4 años.

Obviamente los efectos de una dosis de radiación obtenida en un breve período de tiempo no son los mismos que una exposición continuada a un nivel de radiación muy baja.  Pero la comparación ayuda.

Prueben ahora con estos datos.

La máxima dosis recibida en la población de Fukushima durante el peor momento del desastre de la planta nuclear en esta zona en 2011, fue el equivalente a 13 años-equivalentes del fondo de radiación (13 años en unas horas o días).

Los liquidadores más expuestos de Chernóbil recibieron 100 años-equivalentes durante solo varios meses.

Si alguien se parará hoy debajo del reactor de Chernóbil para tomar una foto por solo 1 minuto, al material fundido del reactor (la denominada pata de elefante o el «coronium»), recibiría la dosis de 10 años-equivalentes.

Pero volvamos a la habitabilidad de Chernóbil.

Algunos estimativos (claramente exagerados) estimaban que Chernóbil no podía habitarse durante 26000 años (!)  Para estimar o (mejor desestimar) esta conclusión, basta que conozcamos los niveles actuales de radiación en la zona alrededor del reactor.

En esta página se reporta permanentemente las dosis que recibiría quién visitará la «peligrosa» zona de exclusión (y que reciben algunos habitantes que regresaron a la zona y no han muerto, además de toda la flora y fauna que hoy abunda en la región).

Como vemos, el nivel de radiación en la mayoría de los sitios es mayor a unos cientos de nSv/h.  Es decir varias veces mayor que la recibida en la ciudad de la Paz (Bolivia).

A unos centenares de metros del edificio del reactor (que hoy esta además cubierto con un moderno «sarcófago» de acero), el nivel de radiación no es mayor que 10 000 nSv/h, es decir, comparable con algunos de los sitios que tienen los más altos niveles de radiación ambiental en el planeta.

Ciertamente los niveles presentes están muy por debajo de los niveles considerados riesgosos para la salud.  Así por ejemplo. Si montarás una carpa en la zona adyacente al edificio del reactor, y permanecieras allí durante un día, recibirías una dosis total de 0.24 mSv, que es 100 veces menor que los límites de seguridad en la industria que maneja radiaciones ionizantes.

¿Entonces?

Esto no significa que deberíamos empezar a hacer encuentros de Boy Scouts en Chernóbil; o que debamos convertir algunas de esos miles de kilómetros cuadrados en tierras productivas para la agricultura (desplazando lobos, águilas y bisontes en peligro de extinción que han encontrado allí un nuevo paraíso terrenal sin los dañinos humanos); pero inhabitable, inhabitable, las tierras de Chenóbil no son.

Una comparadora de dosis

Preparando este blog me propuse hacer mi propia calculadora, que decidí llamar más apropiadamente «comparadora» de dosis de radiación ionizante.  No es nada que requiera mucho ingenio o inteligencia, pero tampoco se hace en un par de minutos.

En este enlace encontrarán la «comparadora», que no es otra cosa que una hoja de cálculo (como las que se hacen en Excel) pero que puede usarse en Internet.  Para usarla, necesitan solamente una cuenta en Google.

Advertencia

Hablar del desastre de Chernóbil y sus consecuencias medio ambientales y humanas, radiaciones ionizantes, riesgo nuclear, contaminación por isótopos radioactivos, efectos de las radiaciones ionizantes sobre la salud, etc, etc. nunca es fácil.

Es posible que haya cometido algunos errores en esta entrada y agradecería al lector juicioso o informado que me lo hiciera saber en los comentarios.

Sin embargo, espero que la iniciativa implícita en este esfuerzo, rinda sus frutos: ponerle números a Chernóbil y a la supuesta amenaza implícita en la explotación de la energía nuclear, es mejor que describir cualitativamente unos peligros que tal vez no son tan graves.

Que cada quien, sin embargo, ¡interprete los números como mejor le parezca!

Algunas fuentes:

• https://en.wikipedia.org/wiki/Roentgen_(unit)
• https://en.wikipedia.org/wiki/Absorbed_dose
• https://en.wikipedia.org/wiki/Effective_dose_(radiation)
• http://www.endmemo.com/convert/radiation%20exposure.php
• https://www.britannica.com/science/radiation/Historical-background
• https://www.merckmanuals.com/professional/injuries-poisoning/radiation-exposure-and-contamination/radiation-exposure-and-contamination
• https://mitosnucleares.wordpress.com/2019/06/03/mito-2-chernobil-sera-inhabitable-durante-24-000-anos-avanzado/
• http://www.pref.fukushima.lg.jp/site/portal-english/en21-4.html
• https://blog.xkcd.com/2011/03/19/radiation-chart/
• http://www.srp.ecocentre.kiev.ua/MEDO-PS/index.php

Encuentros cercanos del séptimo tipo

Esta entrada es sobre una película que tal vez no han visto. Sea que la vayan a leer o no después, por favor ¡vean la película!

Acabo de ver «Arrival» (la Llegada), la nueva película de aliens que ha «invadido» las carteleras del mundo (noviembre de 2016).  Si bien no puedo comparar la sensación que me ha dejado la nueva película con la impresión duradera de los (ahora) clásicos Contacto y 2001: una Odisea del Espacio, si puedo decir que su aproximación al problema del primer contacto con Aliens, me ha dejado de una pieza.  No hay duda de que es cada vez más sofisticada y posiblemente acertada la manera como el cine esta ilustrándonos el que podría ser el evento más importante de los ~400 siglos de historia de la mente humana (si es que algún día tenemos la suerte de que pase).  He aquí algunas impresiones de un fanático de la ciencia ficción y al mismo tiempo de un científico obsesionado (como muchos) por entender o prever cómo serán los «otros».

«Arrival: un paso más adelante hacia la creación de películas inteligentes sobre encuentros extraterrestres ¡imperdible!»
Noviembre 9 de 2014
http://bit.ly/trino-arrival

Dice la hipótesis Sapir–Whorf que percibimos el mundo en una forma que depende profundamente de la manera como se organizan nuestro lenguaje.  O en otras palabras, que vemos el mundo como «hablamos».

Esta es la idea en el corazón de «Arrival» (la Llegada) el más reciente film de gran factura, que aborda el «trillado» tema del contacto con una civilización extraterrestre.  Muchas otras películas (y series) lo han hecho en el pasado.  Algunas con seriedad y acierto – Contacto, Encuentros Cercanos del Tercer Tipo, 2001, Distrito 9 (dentro de lo que se podría esperar de un tema tan incierto como este) y otras son apenas una caricatura antropocéntrica y fantástica del asunto – El día que la Tierra se detuvo, El día de la Independencia, V la Batalla final.

Después de ver un puñado de aproximaciones diferentes al problemas y de reflexionar profesionalmente sobre el tema desde la ciencia, veo en «Arrival» una solución novedosa y sofisticada al que se sabe podría ser el obstáculo más grande que enfrentaremos cuando llegue el momento de encontrarnos con «los otros»: ¿cómo comunicarnos con ellos?

El asunto ha sido minimizado y hasta ridiculizado en otras películas.  Desde extraterrestres que hablan un inglés fluído (El día en el que la Tierra se detuvo, V la batalla final), o lo aprenden sin inconvenientes (ET), hasta otros que producen sonidos guturales extraños (El depredador) pero que usan un software en sus naves no muy difícil de «hackear» (Día de la Independencia).

Todo esto es aceptable, excepto porque en las películas mencionadas, el problema de la comunicación es casi siempre lo de menos.  Con la única excepción del clásico Encuentros Cercanos del Tercer Tipo (en donde el lenguaje es otra vez protagonista),  la comunicación con los extraterrestres se supone es resuelta por algún milagro y una vez superado este «pequeño» escollo, que vengan los demás problemas.

En «Arrival» es diferente: el lenguaje es la historia y al mismo tiempo el asunto mismo del intercambio con la civilización extraterrestre.  Podría uno esperar encontrarse algún asunto trillado en todo esto.  Pero la película esta lejos de tratar el tema de forma trivial.

La primera aproximación que tenemos a la «lengua» de los recién llegados es a través de una grabación de audio.  Ninguna sorpresa por supuesto.  Nada comprensible (como se esperaría de los sonidos producidos por cualquier especie distinta a la nuestra), pero en el rango audible (algo en lo que pecan los productores pero que hace de la película una verdadera joya en el tema de edición de audio).  Yo esperaría que organismos que vienen de un planeta diferente produjeran sonidos en rangos de frecuencias posiblemente inaudibles, pero le perdono al director y sus asesores esta falta de creatividad «acústica».

Hasta ahí no pasaría de ser una película de aliens más.  La verdadera sorpresa comienza cuando la Doctora Louise Banks (una experta en lingüistica interpretada por Amy Adams) intenta lo impensable: comunicarse con ellos a través del lenguaje escrito.  Pero no con mensaje electrónicos como lo vemos en la mayoría de las películas (que no sabemos como en esas películas logran extraerse de las igualmente incomprensibles comunicaciones digitales de los extraterrestres).  Sino a través del «viejo» método del tablero y el marcador (hubiera preferido la tiza, pero se los perdono también a los realizadores).

Pero si no podemos entenderles ¿cómo esperamos que ellos entiendan lo que escribimos en una tabla?.

No es esa la idea.  Al intentar comunicarnos con ellos a través de la manipulación de la materia (el polvo negro del marcador y la electricidad estática en una lámina de plástico) lo que logra la doctora Banks es un acto de imitación de parte de los extraterrestres: «te escribo para que me escribas».

Los heptápodos (que es el nombre que le dan los científicos a los extraterrestres por sus siete extremidades y lo que da también nombre a esta entrada), responden sin demoras y en la pantalla emerge un lenguaje extraterrestre escrito, completamente nuevo en la historia del cine (o por lo menos completamente nuevo para mi).

En este lenguaje en el que las palabras, las frases y en general las ideas se expresan completas sobre círculos, no hay símbolos en el sentido humano de la palabra.  Tampoco hay una sucesión tempral de idea.  Solo patrones complejos de manchas formados con una extraña tinta que emerge de las extremidades de los extraterrestres.  Es justamente en esa estructura altamente no trivial de su lenguaje en el que radica el secreto de su conocimiento sobre el Universo.

Científicos de todo el mundo se ponen en la tarea de «romper» este aparentemente indescifrable código escrito, primero para enseñarles algunas reglas de comunicación básicas a los extraterrestres y después para preguntarles sobre el propósito de su visita.

Con la ayuda de avanzadas técnicas geométricas y topológicas, matemáticos, físicos y lingüistas del mundo lo consiguen finalmente (como lo hacen en todas las películas del género).  Pero con una sola diferencia: en Arrival (como en la vida real) en el primer intento lo hacen mal.  La primera frase que descifran según su sistema de traducción es: «ofrece arma».

Como es obvio este mensaje (o mejor la traducción «amañada» de él) prende las alarmas entre los militares (que como en toda película de extraterrestres son los que mandan la parada en todo momento; la humanidad a la defensiva como siempre).  Por momentos parece que la película se va a convertir en un Día de la independencia más (bueno, pero con los Chinos y los Rusos a bordo), pero los creadores logran dar un giro inesperado a la historia.

El lenguaje que traen consigo les ha permitido a ellos y nos permitirá a nosotros como especie una vez lo asimilemos, percibir el tiempo de una forma diferente.  No como una sucesión de eventos, sino como un todo interconectado.  Ese es su regalo, la herramienta o el «arma» que nos vienen a ofrecer.

Con tan buena suerte que la persona que mejor entiende el código, goza ya de poderes innatos para percibir (así sea de forma vaga o en sueños) eventos futuros.  Este poder le permite a la Doctora Banks detener el inminente desenlace violento de la película y facilitar la transmisión pacífica, a través de ella, del mensaje que trae la civilización extraterrestre antes de que los aniquilemos sin misericordia.

El mensaje es entonces sencillo: nos traen el regalo de un lenguaje nuevo, universal y poderoso, que nos permitirá avanzar de formas impensables en nuestro entendimiento del Universo; todo, siempre y cuando nosotros les ayudemos 3,000 años en el futuro con algo que nunca revelan qué es (imagino que deberíamos esperar la secuela en 300 o 400 años para saberlo).

La película termina sin que se lance un solo rocket, estalle un solo helicoptero militar e incluso de que muera uno solo de los coprotagonistas.  Al contrario termina de forma pacífica justo donde comenzó, tal y como lo hacen las palabras y las frases de la lengua extraterrestre.

Como lo comentaba al principio, quede de una sola pieza al terminar la película.  Confieso que no había sido sorprendido tanto por una historia de ficción inteligente desde que tengo memoria.  Aunque esto parece un poco exagerado, les presento a continuación una lista de razones por las que considero esta como una película de extraterrestres sin parangón en la historia del cine; una joya que definitivamente cualquier fanático o científico que trabaje en el tema debería ver sin demora:

1. La película pone de relieve que uno de los más grandes obstáculos que enfrentaremos al encontrarnos con otra civilización será entendernos.
2. Los lenguajes que traerán otras civilizaciones, serán posiblemente como ellos mismos, totalmente inesperados.  No deberíamos esperar los rasgos comunes que vemos en los lenguajes escritos de los pueblos de la Tierra (que comparten todos la misma base biológica: el cerebro humano).
3. Intercambiar información lingüistica con otras civilizaciones podría ser tan o más importante en nuestro encuentro como intercambiar datos o conocimientos científicos.  Tal vez en sus lenguas este la clave de su comprensión superior del Universo.
4. Una comprensión superior del espacio-tiempo puede ser la clave para convertirnos en una civilización universal.  Es ese conocimiento el que le daba a los «heptápodos» de la película la capacidad de manipular la gravedad (que no es otra cosa que espacio-tiempo deformado), moverse sin dificultad sobre la Tierra, aparecer y desaparecer sin la vulgar necesidad de desplazarse materialmente en el espacio (la principal barrera que nos separa de otros lugares y tiempos en el Universo).
5. Conocer el futuro, como lo logra la Doctora Banks, no haría necesariamente imposible vivir la vida.  Tal vez le agregaría un elemento de disfrute que no comprendemos todavía.

Como siempre, no todo es color de rosa.  Abajo enumero algunos asuntos problemáticos con la película cuya solución es inútil esperar, pero que es bueno reconocer:

• El excesivo protagonismo de los militares que es común a todas las películas del género.  En un encuentro real yo esperaría que fueran autoridades civiles y científicas aquellas que estarían al frente de una situación como esta.
• ¿Por qué no fueron los heptápodos los primeros en aprender las lenguas humanas y tuvimos nosotros que descifrar su complicada lengua?
• ¿Cómo se logra descifrar en cuestión posiblemente de semanas una lengua que encierra secretos increíbles sobre el Universo, cuando difícilmente hemos descifrado lenguas de civilizaciones antiguas?
• ¿Por qué el Físico Ian Donelly no le cree a la Doctora Banks cuando esta le confiesa que su hija va a morir de cáncer? ¿acaso no fue suficiente demostración de su capacidad de conocer el futuro, lograr evitar que los Chinos y Rusos atacaran a las naves extraterrestres? ¿cómo puede alejarse de ellas justamente sabiendo que la niña puede morir?

En fin.  Espero que se vengan muchas otras películas que traten como esta el tema del contacto con civilizaciones extraterrestres con menos lugares comunes e ideas realmente novedosas.

Redescubriendo las Ondas Gravitacionales

Hoy 11 de febrero de 2016, el equipo científico de LIGO, el Laser Interferometer Gravitational wave Observatory, anunció la que es posiblemente una de las noticias más esperadas en la Astronomía Observacional del último siglo: la posible detección directa de ondas gravitacionales.  El logro científico y tecnológico es realmente alucinante.  Su significado para la Física Teórica y la Astronomía, sin embargo, se ha visto, desde mi muy personal punto de vista, exagerado; especialmente en algunos aspectos en los que para cualquiera que conozca la historia de la física en el siglo xx, resulta increíble el aparente desconocimiento de algunos, de lo ya conseguido en esta área.  He aquí una «perorata» de por qué deberíamos ver con una conciencia más amplia de la historia de la búsqueda de las ondas gravitacionales, este sonado hallazgo. 

«La detección de ondas gravitacionales (OG) será en realidad un logro más técnico que científico. Las OG en realidad se descubrieron en 1974»
Enero 13 de 2016
http://bit.ly/trino-LIGO

Un meme que refleja el sentir de algunos científicos

Mientras me preparaba para escribir esta entrada de Blog, Walter Tangarife, un buen amigo y destacado Físico Teórico Colombiano, me enviaba por correo una entretenida y clara entrada de Blog de Matt Strassler, escrita horas antes del sonado anuncio de LIGO.

Para quienes puedan leer en inglés fluidamente y prefieran una voz «autorizada» en lugar de la opinión de un Astrofísico paisa amargado como yo, vayan directamente a este enlace;  Matt, esencialmente, presenta en detalle algunas de las ideas y posiciones que quiero exponer a ustedes aquí (es un honor para mí que alguien de su estatura piense parecido).  Si después de leerla les quedan ganas, vuelvan aquí para leer lo que queda de esta entrada.

Mi sentimiento acerca del anuncio de LIGO esta claramente reflejado en el Meme con el que comienza esta entrada.  Sin dejar de reconocer la importancia del hallazgo (que se anunciará en tan solo unos minutos) y reconocer que estoy tan emocionado como cuando Colombia se gano el Miss Universo en dos ocasiones consecutivas (aunque la segunda solo fue una broma de mal gusto), hay algo que me deja un mal sabor de boca.

Ese algo es la idea que parece verse reflejada en casi todo lo que veo escrito por ahí, de que las ondas gravitacionales no se habían descubierto todavía y que el hallazo de LIGO representa un «salto cuántico» en nuestra comprensión de la naturaleza de este fenómeno.

Si bien no todos los que escriben blogs o notas de prensa sobre esto, son tan tontos como para no entender que esta no es la realidad estricta, también es cierto que el gran público, que es dado en consumir información sin poca digestión, merece que se le insista vehementemente en la realidad objetiva detrás de algunos descubrimientos espectaculares.  Casos recientes (y otros no tan recientes) como el de los neutrinos superlumínicos, el descubrimiento de la huella de «paquetes» de ondas gravitacionales en la radiación de fono o de bichos en un meteorito marciano, son pruebas fehacientes de que los comunicadores y científicos debemos ser más responsables al anunciar estas cosas que nos emocionan.

Las ondas gravitacionales existen y revolotean por todo el Universo.  Punto.  De esto no hay absolutamente ninguna duda.  Pero usted puede decir «tampoco había ‘duda’ de que existía el Bosón de Higgs y sin embargo se construyo el LHC para detectarlo».  Pero el caso es bien distinto.

Las existencia de las Ondas Gravitacionales fue primero intuida por Einstein a principios del siglo xx cuando desarrollaba su teoría de la Relatividad Especial y sembraba las bases de su Relatividad General; lo hizo al reconocer que la influencia de la gravedad no podía llegar instantáneamente de unos cuerpos a otros.

Su teoría de la relatividad (que ha sido confirmada una y otra vez y que hoy no es solo una teoría, sino el cuerpo teórico sobre el que se formulan TODAS LAS TEORÍAS físicas), afirma que algo que transporte información, incluyendo un «hey Luna, estoy aquí, orbítame», no puede propagarse instantáneamente entre dos puntos del espacio.

Así, si yo quito instantáneamente la Tierra, razonaba Einstein entre 1905 y 1907, la Luna solo se daría cuenta un poco más de un segundo después, de la ausencia de su «patrona» gravitacional.

¿Pero que transporta ese mensaje gravitacional entre los cuerpos?, se preguntaba Einstein en aquellos años.  No fue solo sino hasta que hubo completado su obra intelectual más maravillosa, la Teoría General de la Relatividad (y de cuya historia hable recientemente en esta página), cuando por fin encontró la respuesta: el espacio-tiempo es elástico, como una tela, y si se lo hala por aquí, el halon se propagará por el resto de la «tela» a una velocidad muy grande pero finita (la misma velocidad de la luz, ¿no es increible?).

A todos los fenómenos en los que información pura (no materia) viaja de un lugar a otro a través de un «medio» (materia, fuerzas o espacio-tiempo) y satisface ciertas propiedades matemáticas, lo llamamos una onda (o chisme físico, para los amigos).

A los chismes de espacio-tiempo las llamamos «ondas gravitacionales» (a mi me gusta más «ondas de espacio-tiempo«).

Pero una cosa es una intuición de Einstein o una predicción de una teoría muy bonita (pero falible como todas) y otra es ver el fenómeno o sus efectos en vivo y en directo.

Eso fue justamente lo que DESCUBRIERON en la década de los 70 y 80, Russell Alan Hulse and Joseph Hooton Taylor, Jr., observando el extraño baile de una binaria de estrellas de neutrones (la primera descubierta jamás) usando el para ello entre otros el radio telescopio de Arecibo.

Las estrellas de Neutrones son versiones aumentadas de los núcleos atómicos.  Como nadie sabe que es un núcleo atómico, difícilmente podría entender lo extremas de las condiciones alrededor de una estrella de neutrones.  Pero bueno, solo créanme (como tuve que hacerlo yo en mi momento).

Entre las cosas extrañas que pasan alrededor de las estrellas de neutrones esta el hecho de que el espacio-tiempo esta fuertemente arrugado, al punto que es difícil confundir esas arrugas con una «fuerza mágica de atracción» como confundió Newton el espacio-tiempo arrugado alrededor de la Tierra.

Si al espacio-tiempo arrugado alrededor de un bicho de estos le agregas la presencia de otro bicho similar que para colmo se mueve alrededor del primera (recuerden que forman un par binario), las cosas con el espacio-tiempo se ponen «peludas».

Lo primero que pasa es que cuando se «mira» el objeto desde la distancia, la gravedad que produce cambia periódicamente con el tiempo (esto debido justamente a qué desde ellas salen ondas de espacio-tiempo contándonos que allí hay una binaria de estrellas de neutrones).  Pero crear estos «chismes gravitacionales» no es gratuito.  Si dos personas se sientan a chismosiar todo el día en una ventana gastarán su energía hasta quedar exhaustas y tal vez morir.

Eso es justamente lo que pasa con las estrellas de neutrones binarias.  De tanto chismosiar al resto del universo de que están juntas dándose vueltas, consumen su energía.   ¿Se enfrían entonces?.  Por suerte las estrellas de neutrones tienen energía por todas partes.  La energía que se va en la forma de ondas gravitacionales, la sacan del movimiento una alrededor de la otra.  Como resultado, las dos empiezan a aproximarse mutuamente orbitando su centro común de movimiento en tiempos cada vez menores.

Si se usa un radiotelescopio suficientemente poderosos podrás ver el cambio en el movimiento de las estrellas de neutrones a medida que emiten Ondas Gravitacionales.  Ese fue justamente (parte) de los descubrimientos de Husle y Taylor que los llevo finalmente a ganar el premio Nobel en 1993.  Fue este también justamente el momento en el que descubrimos las ondas gravitacionales.

Comparación de las observaciones de las propiedades del pulsar binario de Husle-Taylor y la predicción de la Relatividad usando ondas gravitacionales. La coincidencia es perfecta. Este gráfico literalmente demuestra que las ondas gravitacionales existen.

¿Y entonces? ¿por qué tanta bulla con LIGO?  Lo que ha descubierto LIGO (ya lo puedo decir en presente porque mientras termino de escribir veo las redes sociales invadidas de los resultados espectaculares anunciados por el equipo del detector) es, no solo un fenómeno similar al descubierto por Husle y Taylor, la perdida paulatina de energía y posterior coalescencia de dos objetos de masas enormes, dos agujeros negros de más de 20 veces la masa del Sol, sino que además la DETECCIÓN DIRECTA de las ondas gravitacionales, los chismes, que emergieron durante este fantástico evento.

Representación artística más los datos tomados por LIGO de la coalescencia de dos agujeros negros de más de 20 veces la masa del Sol. Las curvas azul y roja representan las «observaciones» y la predicción de la teoría de Einstein. Juzguen por su cuenta la coincidencia entre ambos. Crédito: LIGO/NSF.

LIGO no ha descubierto las ondas gravitacionales.  Eso es claro.  Pero las ha detectado por primera vez y todos estamos felices por ello.

La mejor noticia de todas es que el día de hoy marca el nacimiento oficial de una nueva rama de la Astronomía: la Astronomía no electromagnética; es decir aquella que no depende de la luz y de otras ondas electromagnéticas para detectar cosas que están muy lejos.

A diferencia del pulsar binario de Husle y Taylor, los agujeros negros bailarines de LIGO nunca fueron vistos por un radiotelescopio o un telescopio en otras longitudes de onda.  Todo lo que sabemos ahora de este par (es decir lo que sabemos desde hace unos minutos cuando lo anunciaron oficialmente) lo aprendimos única y exclusivamente a partir de las ondas gravitacionales detectadas por LIGO.

Como dicen los anuncios publicitarios «ningún fotón fue herido o capturado en esta película».

Pero insisto. La detección no es igual al descubrimiento.  Estamos frente a un «salto cuántico» tecnológico, mas no a uno científico.  En esto podrían discrepar muchos de mis colegas.  Las posibilidades científicas que se abren en la ciencia son muchas, pero todo hay que decirlo, incluso en los momentos más emocionantes.  En realidad todos sabíamos que las ondas gravitacionales estaban ahí desde hace décadas.

Término con algo que me gusta aún más de todo esto y que se lo leí hace un par de horas a Matt (recuerden leer la maravillosa entrada de blog que recomende al principio): descubrir la coalescencia de dos agujeros negros es aún más espectacular para confirmar las predicciones de la Relatividad General que detectar unas ondas que sabíamos existían desde la presidencia de Reagan.

Para saber más:

• Entren a Google y escriban: «Gravitational+Waves+LIGO» y si no encuentran lecturas que los satisfagan están en la olla.
• Aún así les recomiendo esta nota de prensa publicada por mi buen amigo Juan Rafael Martínez en el periódico El Tiempo de Colombia: este enlace.
• Para los más ñoños lean el paper original anunciando el descubrimiento: este enlace.
• Aquí hay un interesante recuento histórico de la búsqueda de ondas gravitacionales en el último siglo: este enlace.
• Una entrevista exclusiva con Einstein acerca de la detección de las ondas gravitacionales: este enlace.

Notas:

• Edison en los comentarios hace unas precisiones que considero muy pertinentes y que han implicado cambios sutiles en el texto (resaltados en rojo).  La más importante es recordarnos que en realidad 1974 es tan solo el año en el que se descubrió la binaria de estrellas de neutrones.  En realidad las medidas que llevaron a confirmar que su período orbital estaba cambiando tal y como lo predecía la relatividad fue un trabajo que se extendió, casi una década, entre 1973 y 1982.  En mi «defensa» debo decir que la fecha de nacimiento de la Teoría Cuántica también se cifra en el año 1900, con el trabajo de Planck sobre la radiación de cuerpo negro, aunque todos sabemos que la teoría cuántica en realidad fue «entendida» y desarrollada durante dos décadas después de eso.

Otro Decálogo de Relatividad

Por estos días se respira Relatividad en cada rincón de Internet.  Ayer, 25 de Noviembre de 2015 se cumplieron 100 años del nacimiento de la famosa teoría (bueno, de su versión «general»).  Si bien es posible que estemos ya cansados de la multitud de lecturas que han circulado en todos los medios, conferencias, videos explicativos, documentales, etc. no hay que desaprovechar esta oportunidad para empezar a pensar cómo vamos a hacer para que la centenaria teoría pase de ser una curiosidad a lo que es realmente: la teoría que define el conjunto de reglas básicas con las que funciona el mundo en el que vivimos.  Los ofrezco aquí mi granito de arena: una lista sencilla de ideas, expresadas en las que espero yo sean palabras también muy sencillas, para entender la Relatividad desde una perspectiva más cotidiana.

«Ahora que la Relatividad General cumplió 100 años, toca empezar a pensar cómo se la vamos a enseñar a los niños ¿alguien se ofrece?»
Noviembre 26 de 2015
http://bit.ly/trino-relatividad-ninos

Si pudiéramos explicar la Teoría de la Relatividad ¿cómo podríamos hacerlo breve y claramente?.

Como las listas son un método rápido para comprimir y organizar el conocimiento, les ofrezco aquí 10 ideas básicas sin los cuáles no podría entenderse la relatividad y su importancia, no solo para la física sino también para nuestras vidas.

La relatividad no trata sobre lo que es «relativo». Al contrario; Einstein se devano los sesos por más de 10 años entre 1905 y 1915, para encontrar lo que no era relativo; es decir las cosas, cantidades, propiedades del mundo que no cambiaban dependiendo del que las viera.

¿Dónde esta la bolita?

Pi es una constante geométrica muy especial.  Aparece toda vez que un círculo, una circunferencia o una esfera asoma sus «narices» en la descripción idealizada del mundo que hacemos en un problema de física o astronomía.  Pero, ¿es Pi algo más que un número útil? o ¿es este número tan importante en el Universo de «verdad» como lo es en el Universo idealizado de las matemáticas y la geometría? Ahora que celebramos el Día de Pi más importante del siglo 21 (3/14/15,9:26:53 en formato americano), la pregunta por el verdadero lugar de pi en la descripción del universo físico vuelve a ganar actualidad.  Compilo aquí algunas leyes y relaciones físicas y astronómicas en las que el número Pi es protagonista sin que sea evidente «dónde esta la bolita».

«El Universo es Múltiplo de Pi #PiDay2015 »
Marzo 14 de 2015
http://bit.ly/trino-multiplo-pi

Celebrando Pi con dos amigos de Medellín: Shamadi que cumplió el 3/14 16 años y su mamá PI-edad (toda una familia «consagrada» a Pi).

El sábado 14 de marzo de 2015 fue una fecha muy especial para quienes gozamos con las curiosidades del fantástico número pi.  Si escribimos la fecha en el estándar americano, 3/14/15, y le agregamos una hora exacta del día, 9:26:53.589793238… el resultado, es una coincidencia que volvería loco a cualquier numerólogo: la fecha, con hora incluída, reprodujo por un brevísimo instante de tiempo la TOTALIDAD de los dígitos decimales del popular guarismo.

Para los aficionados y profesionales de las ciencias y las matemáticas que celebramos con entusiasmo la ocasión, la fecha no es más que un coincidencia sin ningún significado profundo (como parecen haberlo creído algunos), aunque si una oportunidad fantástica para hablar de matemáticas a diestra y siniestra, como no se hace normalmente el resto del año.

Como bien saben, yo soy uno de esos locos que vibra por Pi y por otros irracionales emparentados con él (lea mi entrada anterior Obsesión Irracional) y no me iba a perder tan singular celebración.  Para ello prepare y dicte una conferencia que ofrecí comenzando exactamente a la hora indicada.  Como no soy matemático, sino Físico y Astrónomo, mi enfoque para la charla fue el de intentar encontrar y mostrar a Pi escondido en el Universo.

El resultado me ha dejado a mí y creo también a quienes asistieron a la charla aquel 14 de marzo, impresionados: Pi parece estar en todas partes.

Pi en los ríos

Comencemos por los ríos.  Que aburrido sería el mundo si el camino que siguiera el agua al fluir desde las montañas hacia al mar, los lagos u otros ríos fuera completamente rectilíneo.  Por suerte el mundo es más interesante y los ríos parecen más serpientes grabadas en bajo relieve, que canales rectos fabricados por un aburrido arquitecto.

Los meandros del Río Amazonas (en esta foto un tramo en territorio peruano) también tienen relación con pi.

Los efectos y factores físicos que determinan la forma y longitud de los denominados «meandros» (las interminables curvas que dan los ríos) son diversos y complejos.  Aún así una propiedad numérica asombrosa emerge en medio de su serpenteante belleza.  Si se divide la longitud total de un río entre dos puntos arbitrarios (preferiblemente muy alejados uno de otro), por la distancia medida en línea recta entre esos mismos puntos, el resultado es siempre un número muy cercano a 3.   A este número se lo llama en inglés «meander ratio».

Si el río se extiende por kilómetros y los meandros se multiplican por decenas, el valor del «meander ratio» tiende a ser igual al valor de pi.  En términos matemáticos:

Distancia recorrida por el río / Distancia en línea recta = pi

Puesto de otra manera: si en un paseo al Amazonas te toca hacer un viaje en bote entre dos pueblos muy alejados, la distancia que recorrerás por el río (o el tiempo que tardarás en recorrerlo) será aproximadamente pi veces la distancia en línea recta (medida por ejemplo sobre un mapa) entre el punto de salida y de llegada.

Pi hará tu viaje por el Amazonas mucho más emocionante.

Pi y los Péndulos

El péndulo de un reloj de péndulo tiene también a pi escondido por ahí.

Receta para obtener Pi con una regla, una cuerda y un reloj.

• Ata un objeto pesado a una cuerda larga.
• Amarra la cuerda de un extremo de modo que el objeto quede colgando libremente.
• Haz oscilar al objeto de modo que la amplitud no sea muy grande (15 grados o menos).
• Mide el tiempo que le tarda al péndulo completar 5, 10 o 20 oscilaciones.
• Divide el tiempo total por el número de oscilaciones escogidas.

Ese número, que es igual a lo que le toma al péndulo realizar una oscilación, se llama el período de oscilación.

Si se multiplica el período por sí mismo (o se eleva al cuadrado como decimos en matemáticas), se multiplica luego el resultado por la aceleración de la gravedad (un número que en casi todas partes en la Tierra vale aproximadamente 9.8 m/s/s) y se divide lo que de por la longitud total del péndulo, el resultado SIEMPRE es el mismo: 39,4784…

«¡Pero este número no tiene nada que ver con Pi!» – se quejaran la mayoría.  Pero eso es porque no conocen los parientes del guarismo.  39.4784… es nada más y nada menos que 4 veces el cuadrado de pi.

Todos los péndulos del planeta, que oscilan con una amplitud pequeña, obedecen la misma regla básica:

Período x Período x gravedad / longitud = 4 pi x pi

Pero ¿dónde esta la bolita? ¿que tiene que ver un péndulo con un círculo o una esfera?.  He ahí el punto: ¡Nada!.  Tanto este ejemplo como el anterior con los ríos serpenteantes, demuestran que Pi es una constante que trasciende su definición original para aparecer donde nadie se lo espera.

Un Pi muy salado

Hasta un inocente salero tiene a pi por millones.

Pi esta hasta en la Sal de mesa.  Pero ¿dónde? ¿acaso los cristales de sal son esféricos o forman círculos cuando se los junta de cierta manera?. ¡Nada de eso!

A nivel microscópico la Sal de Mesa esta compuesta de una innumerable colección de átomos de Sodio y Cloro unidos por su mutua atracción eléctrica.  El átomo de Cloro, más grande y pesado que el de Sodio tiende a arrebatar al segundo su último electrón.  Con ello adquiere una carga eléctrica negativa.  El Sodio, que estaba en equilibrio eléctrico antes del «atraco», adquiere en el proceso una carga positiva.  Una vez cargados eléctricamente los dos átomos se atraen con una fuerza minúscula para nuestros estándares pero lo suficientemente poderosa a escala microscópica como para crear los granitos de Sal que terminan en nuestros alimentos.

En los años 1700s una serie de experimentos y teorías físicas permitieron precisar la fuerza con la que las cargas eléctricas se atraen.  Pues bien, justamente esas ideas nos enseñan como pi esta metido hasta en la sopa.

Si se eleva al cuadrado la carga (que es igual) de dos iones vecinos de Cloro y Sodio en la sal y se la divide primero por la fuerza de atracción eléctrica entre ellos y luego por el cuadrado de la distancia que separa sus centros, el resultado es siempre el mismo: 4 pi.

No importa que la sal haya sido extraída de una salina en la Guajira (Colombia), una mina en Africa o se encuentre disuelta en los océanos interiores de una Luna de Júpiter, la operación anterior siempre produce el mismo resultado:

carga x carga / (Fuerza x distancia x distancia ) = 4 pi

Los conocedores del tema se quejaran de que a la anterior ecuación le falta algo, una constante de la naturaleza llamada por los expertos permitividad eléctrica del vacío.    Sin embargo, es cierto también, como reconocerán esos mismos lectores agudos, que las constantes son simples reflejos de los patrones que usamos para medir las cantidades físicas.

Si se escogen de manera adecuada los patrones para medir carga, fuerza y distancia, la permitividad eléctrica del vacío podría volverse 1 y desaparecer de la anterior relación.  Aún así, no importa los patrones usados para medir el mundo eléctrico de los iones, el 4 pi de la relación anterior seguirá ahí.

Cuantos Pi

El color de la luz de Neón es un múltiplo de pi.

Hay un lugar increíble donde pi también esta presente. Es el mundo microscópico de los átomos y las partículas elementales.

Lejos de los círculos y las esferas del mundo que nos rodea, allí donde las reglas de la física convencional se rompen dando paso a reglas extrañas y ajenas a nosotros, Pi deja también su huella imborrable.

Un caso notable: las propiedades de la luz emitida por los gases.

Piensen por ejemplo en el Neón de las lamparas de un aviso luminoso.  Los átomos de Neón en estas lámparas están sometidos a una continúa descarga de energía que los excita permanentemente.  Esto significa que los electrones de los átomos allí presentes, en lugar de tener la energía más pequeña que puedan, están a veces excitados y listos para la acción.

Pero a un electrón excitado no le dura mucho la dicha.  Se calcula que pasará aproximadamente una cien millonésima de segundo antes que el electrón pierda la energía de su excitación y la entregue al espacio circundante como un rayo de luz.

La energía de los rayos de luz que salen de este proceso es muy precisa: ella es igual a la diferencia entre la energía del estado excitado y la mínima energía en la que puede estar el electrón.  Los átomos de cada elemento químico en el Universo producen rayos de luz de diferentes energías permitiéndole a los científicos identificarlos por su color.

Pero no todo es color de rosa (rosa Neón).  El mundo microscópico nos tiene preparada una trampa.  Uno de las leyes más importantes de la teoría cuántica dice que no es posible conocer con absoluta precisión todas las características de un sistema microscópico (los electrones excitados en el átomo de Neón por ejemplo).  Si conocemos con precisión la energía de excitación de un electrón, no podremos saber cuando adquirió o perdió esa energía.  Al contrario, si sabemos cuándo un electrón gana o pierde una cierta energía nos será imposible precisar cuánta energía exactamente tiene o tenía.

Si nuestros cuerpos macroscópicos obedecieran las leyes de la física cuántica, y en particular este, que es conocido como el principio de incertidumbre de Heisenberg, se podría conocer el peso exacto de una persona, pero no al mismo tiempo, su edad exacta.  Y al contrario, saber la edad con precisión (por ejemplo al celebrar su cumpleaños) nos impediría determinar su peso.  Extraño, ¿no?

El principio de incertidumbre en el Neón de una lampara hace que sus electrones no emitan siempre la misma energía cuando se desexcitan.  Dado que su excitación dura un brevísimo instante de tiempo y por lo tanto sabemos más o menos cuándo ocurrió, su energía no puede conocerse con la misma precisión.

¿Y dónde esta la bolita? o al menos ¿dónde esta pi?

Si se multiplica el tiempo que dura un electrón excitado, por el rango de energías en el que emite al desexcitarse, el resultado puede ser cualquiera pero nunca menor que un número mágico: 0.159154…

Como adivinaran este guarismo esta relacionado otra vez con pi: es el inverso del doble de pi.  Lo anterior puesto en matemáticas se lee como:

Incertidumbre en la Energía x Incertidumbre en el tiempo > 1/(2 pi)

Aquí no hay círculos o esferas.  Solo las reglas extrañas y fascinantes de la teoría cuántica, que parecen estar «contaminadas» también por el misterioso pi.

De nuevo, a mis agudos lectores les advierto que en la ecuación anterior falta una «constante» de la naturaleza: la constante de Planck.  El argumento sin embargo puede ser el mismo que utilizamos para la Sal y sus átomos eléctricos.  Aún mejor: la constante de Planck podría ser absorbida por la incertidumbre en la energía para convertirla en una incertidumbre en la frecuencia (Mega hertz) de la luz emitida.  ¡Ustedes escojan!

Expansión y Pi

La expansión del Universo también esta emparentada con pi.

Si los ejemplos anteriores no los han convencido de que Pi es algo más que círculos y esferas, he aquí un ejemplo para irse para atrás:  la expansión del Universo sería un múltiplo de Pi.

El fenómeno de la expansión del Universo fue descubierto en los años 20 por un Astrónomo Belga, George Lemaitre e independientemente por el que se llevo todo el crédito, Edwin Hubble.

Según la teoría de Einstein de la gravedad (la única capaz de explicar satisfactoriamente el fenómeno) el espacio entre las galaxias gana cada segundo kilómetros nuevos.  Las galaxias embebidas en esa red de carreteras que se ensancha, no necesitan moverse un ápice para que todos los días sus distancias mutuas aumenten.

Al ritmo al que se crea nuevo espacio en el Universo se lo llama Constante de Hubble (y en realidad no es constante y técnicamente tampoco sería de Hubble por las razones históricas previamente esbozadas).  Su valor actual ronda los 68 km/s/Mpc.  En «cristiano» esto significa que entre dos galaxias situadas una de otra a ~3 millones de años luz (1 Mpc) se crean 68 km cada segundo.  No parece nada para las enormes distancias que las separan, pero si se multiplica ese número por el número de segundos que ha vivido el Universo, el efecto se vuelve realmente notorio.

¿Dónde entra pi?

Según la teoría de la gravedad de Einstein el ritmo de expansión se relaciona con la cantidad de masa y energía que hay en el Universo.   A mayor masa, mayor será también el ritmo de expansión.  Pues bien si se divide el cuadrado de la constante de Hubble por la densidad total de masa y energía del Universo actual el resultado es un solo número: 8.37758…  Siguiendo la tradición de esta entrada, adivinaran que este número es pariente de pi.  En realidad su valor es igual a 8 pi /3.

En términos matemáticos:

Constante de Hubble x Constante de Hubble / Densidad de materia-energía = 8 pi / 3

Otra vez: ¿dónde esta la bolita?.  No hay ninguna esfera o círculo implicado en esta ecuación.  Lo único que tenemos son las reglas de la gravedad tal y como las describió Einstein en 1905 y que incorporan de manera natural el número pi.

Espero que quiénes hayan sobrevivido leyendo hasta este punto tengan ahora claro que pi es algo más que la razón entre el perímetro y el diámetro de una circunferencia.

A decir verdad el bendito numerito aparece con más frecuencia en las leyes de la física de lo que uno podría esperar.  Propiedades que uno pensaría no tendrían nada que ver con un círculo o una esfera, tales como el número y tamaño de las curvas de un río, la atracción entre dos átomos cargados o la edad del Universo, parecen misteriosamente emparentados con pi.

El Universo, tal parece, es un múltiplo de pi.

Big Bah!

Pocas cosas son menos discutibles en la Cosmología Moderna que el hecho que hubo un «Big-Bang».  Pero también pocos son los términos científicos con más acepciones y usos inapropiados que este.  Después de la reciente publicación de un sugestivo modelo teórico que podría hacer por la expansión del Universo lo que alguna vez Hawking hizo por los agujeros negros, una polvareda viral se ha apoderado de Internet, sugiriendo, equivocadamente, que uno de los logros más fantásticos de la mente humana, podría tal vez estar equivocado.  Como siempre, la parte más interesante del modelo ha quedado opacado.  He aquí algunas impresiones sobre el nuevo trabajo y lo que considero son los aspectos más interesantes del mismo.  Aprovecho también para intentar clarificar algunos conceptos y hechos bien conocidos de la Cosmología, obtenidos después de más de un siglo de ingentes esfuerzos observacionales y teóricos, que ni este, ni otros modelos novedosos, seguramente van a cambiar.

«Si de algo está segura la Cosmología es que hubo un Big-Bang: con ‘singularidad’ o sin ella»
Febrero 14 de 2015
http://bit.ly/trino-big-bang

La escena empieza a repetirse con demasiada frecuencia.  Un artículo científico con un contenido sugestivo se publica en un journal especializado. Científicos comunicadores, periodistas y aficionados con buen ojo, encuentran la historia y empiezan a hablar de ella en blogs, sitios de noticias y hasta en medios convencionales de comunicación.  La historia se hace viral, aún cuando el 99% de quienes la leen con avidez no pueden entenderla y una fracción muy pequeña recurrirá a la fuente original para hacerlo.  Al final solo quedan unos titulares de prensa «sensacionalistas», una increíble confusión entre la mayoría de la gente y el «mal sabor de boca» entre los científicos al ver como todo el mundo consume con un mínimo escepticismo noticias del tipo «la-ciencia-se-partirá-en-dos-después-de-este-trabajo».

Pero esta entrada no es para discutir, otra vez (ver mi entrada anterior Tres Universos) este interesante fenómeno sociológico y cultural, que parece estar complicando cada vez más la relación entre el público y los científicos. 

Lo que quiero aquí es comentar la última noticia que parece haber inundado cada rincón de Internet y según la cual (y cito literalmente) «Ecuaciones de la mecánica cuántica predecirían que el Universo no tendría un principio, es decir que tal vez no hubo un Big-Bang» (he aquí la entrada de blog – en inglés – que hizo popular la historia.) 

Big-Bang o no Big-Bang, he ahí la cuestión

Una representación gráfica de la evolución del Universo en los últimos 13,800 millones de años. El Big-Bang sería lo que paso más o menos antes del nacimiento de la «radiación cósmica de fondo» (superficie verdosa)

Digámoslo bien claro: ¡es obvio que hubo un Big-Bang!

Como la evolución biológica, la idea del Big-Bang, una manera muy popular de referirse a una teoría que nació en la segunda década del siglo XX, no esta en discusión en los círculos especializados en Cosmología.  Ningún cosmólogo serio duda de ella.  Y la razón es muy simple: la evidencia observacional y teórica de que hubo un Big-Bang es demasiado sólida.

La confusión viene del hecho de que no parece estar muy bien definido en la literatura popular, lo que se entiende en los círculos especializados por Big-Bang.  Los cosmólogos tampoco han ayudado mucho a precisar el término y autores muy respetados lo siguen usando para referirse a un instante de la historia del Universo en lugar de un período muy peculiar de esa misma historia.

El Big-Bang (o Hot Big-Bang como lo llaman los expertos) no es un único instante del tiempo cosmológico, sino la suma de las etapas por las que paso el Universo hace alrededor de 13,800 millones de años y que convirtieron un escupitajo de plasma informe y con propiedades muy peculiares en algo más parecido a lo que vemos hoy en día a nuestro alrededor, con núcleos atómicos y electrones revoloteando en un Universo en expansión.

George Lemeitre, el padre de la teoría del Big-Bang y Einstein, el creador de la teoría de la gravedad que la inspiro. En un principio a Einstein le parecía la teoría de Lemeitre una abominación, aunque se basará en su propia teoría de la gravedad

Así fue como lo propuso el mismísimo George Lemaitre, quién concibió la idea por primera vez alrededor de 1927.  De acuerdo con Lemaitre, las leyes de la gravedad descritas por Einstein sumadas con el entonces recién descubierto fenómeno de la expansión del Universo, conducían naturalmente a la conclusión de que el Universo habría pasado en un principio por un estado muy caliente y denso que el llamo el «huevo primigenio».  

«Salvajes especulaciones teóricas con tintes teológicos y pseudo científicos», decían algunos por allá a mediados del siglo XX.  El mismísimo Einstein, epítome de la intuición científica, prefirió reconocer que las matemáticas podrían equivocarse si predecían este sin sentido, a admitir, usando sus propias palabras, una «hipótesis abominable» como esta.  En 1949, Fred Hoyle, enemigo número uno de la teoría de Lemaitre acuñaría el término Big-Bang durante una entrevista para la BBC, para referirse peyorativamente a esta idea.  

El Universo le tenía reservada una sorpresa a Hoyle y a todos los escépticos del «Big-Bang».  En los años 60, dos radio astrónomos americanos descubrieron una señal electromagnética procedente de cada rincón del cielo que tenía las características inconfundibles de lo que los teóricos habían predicho serían los «ecos» de ese «Big-Bang», el calor remanente del infierno inicial.  La bautizaron, «Radiación Cósmica de Fondo».  

Penzias y Wilson, descubridores de la Radiación Cósmica de Fondo, la prueba indiscutible de que hubo un Big-Bang

Hoy, 50 años después de este descubrimiento y casi 90 años después de la atrevida hipótesis de Lemaitre, cientos de instrumentos, incluyendo telescopios en Tierra, en globos y en el espacio, no solo han confirmado sin ningún lugar a dudas que la radiación cósmica de fondo son los restos del Big-Bang, sino además que trae consigo secretos increíbles sobre lo que paso en aquellos violentos tiempos.

Si todo esto no fuera ya muy bueno, existe un segundo hecho difícilmente explicable sin apelar a un Big-Bang.

En los lugares más prístinos del Universo, aquellos no contaminados por la manía de las estrellas de crear elementos nuevos de la tabla periódica, la composición de los gases sigue una proporción constante y universal: por cada 3 kilos de Hidrógeno, hay siempre 1 kilo de Helio.

¿Cuál es la causa de que exista una proporción tan «particular» entre los dos elementos más abundantes del cosmos?.  Si el Universo hubiera existido por siempre en un estado parecido al actual (frío y muy diluído) la proporción de 3 a 1 no sería más que un simple resultado del azar.  Cabría preguntarse ¿por qué hay Helio en fin de cuentas? ¿por qué no solo Hidrógeno siendo el elemento más simple? ¿o por qué no existen todos los elementos de la tabla periódica en cantidades por igual?.  La respuesta a estas preguntas solo es posible admitiendo que hubo un Big-Bang.

Si se pone todo lo que sabemos sobre las reglas de la física nuclear en un Universo increíblemente caliente y denso, constituído por una proporción igual de protones y neutrones (lo que ya no sería arbitrario sino bastante justo), y que además se expande a la velocidad predicha por la teoría de la gravedad de Einstein, la proporción de 3 a 1 entre Hidrógeno y Helio es un producto natural de las leyes de la física.  En pocas palabras, solo en un primitivo Universo-reactor-nuclear que se expande, el Hidrógeno y el Helio podrían tener esta proporción como resultado de la acción de las leyes y no como una condición arbitraria, sobrenatural.

Singularidad o no Singularidad

Una cosa es el Big-Bang y otra la singularidad que se supone existió en el inició del tiempo.

Si el Big-Bang se apoya sobre bases observacionales y teóricas tan firmes ¿cuál es entonces la bulla?

El asunto crítico que el nuevo trabajo aborda no tiene que ver con el hecho de que el Universo haya pasado o no por un Big-Bang, en la acepción explicada aquí.  El problema estriba en que no tenemos todavía suficiente información para saber que tan altas pudieron ser las temperaturas y densidades de aquellos tiempos.

Si extrapolamos (groseramente) nuestro conocimiento sobre el funcionamiento de la gravedad (que se basa en el estudio de objetos muy normales, los planetas, el Sol, las estrellas y las Galaxias) a esas convulsionados tiempos, una conclusión parece inevitable:  no hay ninguna razón para no creer que la densidad y temperatura pudieron ser infinitas en algún instante del pasado.  A esta condición aparentemente inevitable los cosmólogos la llaman la «singularidad inicial».  

No hay noticia de algo en el Universo que tenga una propiedad con un valor «infinito».  En realidad «infinito» es un concepto más que un número.  Los números naturales, por ejemplo se dice que son infinitos por que no hay nada que impida que si uno empieza a contar, termine algún día.  El infinito se refiere así a una condición sin límite más que a un valor concreto.  ¿Qué significa entonces el «infinito» de la densidad y temperatura del comienzo?  

Nadie sabe a ciencia cierta,  pero si hubo una singularidad inicial ella marcaría el inició mismo de TODO, incluyendo… prepárense… del espacio y el tiempo mismo.  ¡Increíble!.  En estas condiciones preguntarse por lo que ocurrió antes de la singularidad inicial, sería, como lo explica Stephen Hawking, como preguntar que hay al norte del polo norte.  La pregunta carece en sí misma de sentido.

Me atrevería a decir que no hay prácticamente ningún cosmólogo en sus cabales que actualmente acepte que todo comenzó en una singularidad.   La razón es que no hay que olvidar que la idea de la singularidad viene de extrapolar (groseramente) hacia atrás nuestro conocimiento sobre el Universo en condiciones normales a condiciones que nunca hemos explorado experimental o teóricamente.  Creer en una extrapolación es bastante atrevido, incluso para gente que es capaz de «inventar 3 teoría sobre el Universo al terminar el desayuno».

Pero una cosa es confiar en que no hubo una singularidad inicial y otra es que alguien encuentre una «prueba» de ello.  Esta es parte de la «nueva noticia».

De acuerdo al trabajo reseñado y bajo ciertos supuestos razonables, incluyendo admitir una versión alternativa de la teoría cuántica, el Universo podría no habría pasado por un estado de «singularidad».  Es decir, el Universo nunca habría tenido durante el Big-Bang una densidad o temperatura infinitas.

Ahora bien.  Si no hubo singularidad, el espacio y el tiempo pudieron existir mucho antes que el Big-Bang y el tiempo podría tener una extensión infinita hacia el pasado.  Lo que no es correcto sin embargo es decir que esta conclusión elimina las fases muy calientes y densas por las que paso el Universo al iniciar los últimos 13,800 millones de años, es decir que elimina el Big-Bang.

¡No!  ¡el Big-Bang sigue ahí! La radiación de fondo y la proporción de 3 a 1 del Hidrógeno y el Helio lo evidencian.  Nos tocaría ahora es explicar por qué hace 13,800 millones de años las condiciones de ese supuesto Universo preexistente y eterno cambiaron para producir el Universo que vemos hoy.

La información en nuestras células también nos precede, ha existido desde hace miles de millones de años, pero igual se puede precisar la fecha de concepción de cualquiera de nosotros.

Creer que eliminar la singularidad inicial es demostrar que no hubo un origen, es como pensar que cada uno de nosotros no puede señalar la fecha de su nacimiento, puesto que al fin y al cabo la información que llevamos en nuestras células se ha replicado en distintos contenedores (antes de ayer un pez, después un mono primitivo, hoy dentro de mí) desde hace miles de millones de años.  Esto suena muy sugestivo, pero es obvio que algo nuevo se construyo con esa información en el momento mismo de la concepción de cada una:  la materia y la información de la que estoy hecho me precedieron, pero eso no me quita el derecho a precisar el momento en que esa materia e información se convirtieron en quien soy.

El Universo, con singularidad o sin ella, empezó a hacer algo muy distintos de lo que era, hace alrededor de 13,800 millones de año.  La historia de lo que vemos hoy, tuvo un origen en aquellos tiempos.

¿Dónde esta la bolita?

¿Qué tiene entonces este trabajo realmente de especial?.  En realidad todo, pero las cosas más valiosas han sido pasadas por alto por la mayoría de las reseñas leídas en internet;  esto puede ser por una omisión involuntaria o porque son más difíciles de explicar o sencillamente porque no llaman tanto la atención como el asunto «engañoso» de la «singularidad» y el Big-Bang.

Las ideas de este nuevo trabajo están intímamente emparentadas con las ideas de Hawking sobre la evaporación de los agujeros negros.

Leyendo el trabajo original (que pueden encontrar en este enlace) me he topado con ideas que se me antojan muy parecidas, en su aproximación e impacto, a los trabajos pioneros de Stephen Hawking y su teoría de la evaporación de los Agujeros Negros (teoría que además catapulto a la fama científica internacional a este físico inglés hace ya más de 30 años, incluso antes de que fuera conocido por el público por su famoso libro Breve Historia del Tiempo).

La osadía de estos autores es intentar, como lo hizo Hawking en su tiempo con los agujeros negros, aplicar simultáneamente dos teorías que fueron desarrolladas y comprobadas en dominios muy diferentes, el microscópico ( la teoría cuántica) y el macroscópico (la teoría de la gravedad), a un mismo fenómeno: la expansión del Universo.  Es como mezclar manzanas y peras, como dice el dicho, pero si lo haces con intuición, elegancia matemática y rigor, tal vez puede ser el inicio de algo importante.

En el trabajo los autores describen el contenido macroscópico del Universo con las reglas de la teoría cuántica y la expansión con las de la teoría de la gravedad.  Al hacerlo deducen «nuevas» leyes para la expansión del Universo, su velocidad y cambio.  Estas leyes lucen muy similares a las conocidas tradicionalmente (y que son obtenidas solamente con la teoría de la gravedad) pero tienen elementos nuevos, no predichos previamente y que son la fuente justamente de las conclusiones más importantes del trabajo.

Según esas nuevas leyes, bajo una serie de suposiciones razonables, la expansión del Universo se debería estar acelerando justo en la cantidad que hemos observado que lo hace.  Voilá!  El dolor de cabeza de la Cosmología, a saber, explicar el origen de la expansión acelerada, que se hace normalmente introduciendo el concepto de una misteriosa energía oscura, quedaría resuelto.

Pero no todo es gratis: para que el modelo funcione correctamente debemos admitir que todo el Universo esta lleno de una nueva sustancia (invisible por supuesto), formada por unas partículas hipotéticas conocidas como «gravitones».

Por difícil que sea admitir que estamos reemplazamos un misterio (el de la Energía Oscura) por otro (el de la existencia de los gavitones), existe una diferencia fundamental entre la energía oscura y esta nueva propuesta.

La idea de los gravitones ya estaba «gravitando» en la física desde hace décadas.   Si la gravedad funciona siguiendo reglas cuánticas (lo que algunos fervorosamente creen),  los gravitones serían algo así como las «partículas de la gravedad».  Su existencia sería ubicua y su entrocamiento dentro del modelo planteado resultaría natural.

Una pregunta parece quedar de todo esto.  ¿Hay alguna manera de que verifiquemos o al menos pongamos a prueba la veracidad del modelo propuesto?.  Lamentablemente, ninguna por ahora.  De nuevo, la situación aquí es muy similar a la predicción de la «Radiación de Hawking»: casi nadie duda de que exista, pero su detección ha sido esquiva.

La ciencia sin embargo, no tiene afán (solo los humanos detrás de ella).  El proyecto científico es como un gran rompecabezas en el que lentamente se van agregando nuevas fichas aún cuando se entiende que el final esta muy lejos.  Este, como muchos trabajos por venir, podría brindar algo de luz sobre una esquina pequeña del rompecabezas o tal vez no ser más que un espejismo.  El tiempo y el interés de otros por desarrollarla mejor tienen la última palabra.

Otras lecturas:

• http://www.einstein-online.info/spotlights/big_bangs
  Una lectura del Sitio Einstein On-line con una aproximación similar a la expresada aquí.

Tres Universos

Desde que se inventaron los comunicados de prensa, cada dos o tres días ramas enteras de la ciencia sufren giros de 180 grados gracias a descubrimientos revolucionarios.  El Universo que nos «pinta» la prensa es fantástico y la ciencia de la que nos habla parece así avanzar a pasos agigantados.  Muy diferente es sin embargo el Universo que pintan los mismos artículos especializados que, aunque también exageran la mayor parte del tiempo, al menos son leídos por una comunidad mayormente escéptica y que entienden que de «de eso tan bueno no dan tanto»; o el de los propios científicos que entienden mejor el estado real del conocimiento, pero que se reservan para sí mismos o para sus colaboradores más cercanos, su propia visión del mundo.   ¿Cuál Universo, el de los científicos, el de los «papers» o el de los comunicados de prensa, es finalmente el Universo «verdadero»?

«Existen tres universos: 1) el que se describe en los artículos especializados, 2) el que existe en la cabeza de los científicos y 3) el fantástico Universo de los comunicados de Prensa »
Enero 20 de 2015
http://bit.ly/trino-3universos

Así se verían (supuestamente) los «anillos» de J1407b un «exoplaneta» del mundo (casi de ficción) de los comunicados de prensa.

No hay ninguna duda del enorme benefició que le ha hecho a la ciencia y a su difusión la existencia de comunicadores, periodistas y científicos por igual, que hablan de los descubrimientos científicos más recientes pero también de la ciencia establecida, en medios masivos de comunicación y ahora en Internet.  Me incluyó, por supuesto, en la última categoría, la de los científicos, esto para dejar constancia de que lo que digo a continuación es también una autocrítica.

Sin embargo, se esta volviendo también un poco confuso para la mayoría, especialmente para quienes no tienen nada que ver con los avatares internos de la ciencia, una actividad dinámica y cambiante por definición, entender cuál es el Universo «verdadero».

Todo parece indicar (o así lo parece demostrar el tono de los comunicados de prensa) que un día el Universo contiene materia oscura y al otro día no; que en la mañana descubrimos el planeta más parecido a la Tierra y en la tarde era solo ruido en la señal; que descubrimos los anillos gigantes de un planeta, pero que en realidad el planeta tiene la masa de una enana marrón; o que un lunes el Universo se formo después de la inflación y al viernes que ya no y tal vez lo hizo después de la colisión de dos «branas».  En otras área de la ciencia, las cosas no son peores.  El café y el chocolate son un día los mejores amigos del envejecimiento y el cáncer y al otro antídotos eficaces.

Una «confusión» similar (aunque muy natural) se vive al interior de la ciencia misma.  Cada artículo que se publica en revistas especializadas, dice resolver posiblemente la mayoría de los problemas que estaban abiertos en su disciplina o es la semilla para una disciplina completamente nueva.  Aquí la cosa, sin embargo, es un poco más natural.  Los científicos describimos nuestro trabajo convencidos de su valor y aunque sería posible decir que la mayoría de nuestros papers son en realidad pequeños esfuerzos en un proyecto mayor, la verdad es que para ser publicado no se puede andar uno con demasiadas modestias.

A pesar de lo natural (aunque incómodo) que sea admitir esto, por lo menos la mayoría de los lectores de los artículos especializados son colegas escépticos que no tienen ningún problema en dudar, por defecto, de lo que leen; naturalmente también están dispuestos a admitir el poder o la calidad de una idea, pero sin desconocer que el camino hacia la «verdad» científica es bastante arduo y que necesita mucho más que algunos «milagros literarios».

En tercer lugar esta el Universo que conocen o intuyen los científicos.  Aquel del que solo hablan con sus colegas o con sus estudiantes, pero que también se asoma en una que otra entrevista pública (aunque tal vez no sea lo más importante o notable para la mayoría).  Ese Universo, aunque también esta cruzado por pasiones y no esta exento de exageraciones, es posiblemente el más real de todos.  Solo quien esta metido con el fango hasta el cuello y lleva allí una buena fracción de su vida tiene una buena idea de que tan grave o prometedora es la cosa.  Pero de nuevo, la cosa no parece pasar de los entornos privados de los científicos donde se comentan las realidades a veces muy duras del avance científico, especialmente en la frontera del conocimiento.

Planetas similares a la Tierra: otra área en la que casi todo esta por hacer aún cuando los comunicados de prensa parecen indicar que la meta ya se consiguió.

¿Y entonces? ¿cuál es el modelo de realidad que debemos finalmente acoger?

Los comunicados de prensa no van a desaparecer.  Son muy importante en realidad para el avance de la ciencia misma.  A veces, ellos son la única manera para que la gente se de cuenta, así sea exagerando un poco, que hay un grupo de «nerds» tratando de resolver problemas muy difíciles y a los que les llevará seguramente mucho tiempo encontrar algo de valor, pero que aun así deben ser apoyados sin condiciones.

El tono de los artículos especializados no va a cambiar tampoco.  La mejor analogía que se me ocurre en este caso, es aquella con una corte en la que los abogados deben hacer lo que pueden para demostrar la culpabilidad o la inocencia del que esta en el banquillo.  Su profesión, como la de los científicos, les exige esgrimir los mejores argumentos en favor o en contra del «acusado», con la esperanza de que al final la única ganadora sea la verdad.  Así, es posible que la mayor parte de los papers no expresen la verdad científica definitiva, pero de la suma de ellos, incluyendo los que se contradicen mutuamente, esperamos (y así lo hemos visto en el pasado) salga una que otra verdad.

Si los científicos se sinceran demasiado no podrían admitir que los comunicados de prensa sensacionalistas existieran (o participar directamente en su elaboración) y tal vez no podrían tampoco publicar tan frecuentemente como se los exige una sociedad en la que la eficiencia esta por encima de cualquier otra cosa («un paper por año como mínimo», te dicen, no importa que lo que buscas en realidad requiera un par de años, una década para resolverse así sea parcialmente).

El conocimiento científico es como un buen vino: necesita maduración, a veces incluso por décadas, antes de poder consumirse o compartirse con gusto.   Disfrutar de una observación o una medida recién salida de los instrumentos de un rover marciano o un telescopio espacial, es divertido, pero la interpretación de esos resultados tomará posiblemente muchos años antes de convertirse en algo creíble o de ser parte del conocimiento «establecido» sobre el Universo.

Hay que educar más y mejor al público para filtre mejor la información que reciben incluso de fuentes autorizadas, especialmente cuando se habla de avances que apenas están saliendo del horno.  También para que aprecien el valor resultados científicos supuestamente «antiguos», es decir con edades inaceptables para los estándares de «novedad» de los medios, 5 o 10 años, pero a los cuales un período saludable de maduración les ha conferido un valor más alto de «conocimiento establecido».

No se debería presionar tanto a los científicos, especialmente a los más jóvenes, para que alardeen de pequeños logros.  Permitirles e incluso promover que trabajen por varios años hasta que se convenzan de que lo que van a decir tiene verdadera relevancia e impacto en el avance de sus disciplinas.  Alternativamente, el estilo de la literatura científica les debería dejar admitir la naturaleza eminentemente temporal de lo que dicen o reconocer abiertamente y sin ningún castigo, que el verdadero valor de sus papers se conocerá en los años futuros y que tal vez no sea muy grande.

Por otro lado los científicos mismos podríamos ser más sinceros y reconocer públicamente en cuáles aspectos del conocimiento científico estamos jodidamente atrasados y en cuáles prácticamente no hay duda de que lo que se sabe es coherente con el universo allá afuera.   Todas esas dudas y ese escepticismo que sentimos por el trabajo nuestro y por el de otros, debería ser evidente en la mayoría de nuestras manifestaciones públicas.  Nuestro trabajo, como comunicadores en algunos casos, debería ser el de enfatizar lo que apenas hoy, 20 o 30 años después de lo que en su momento fueron pequeños descubrimientos, se ha empezado a consolidar como una imagen más o menos segura del Universo.

Así, en lugar de estar alardeando públicamente de las fantásticas medidas de la polarización de la radiación de fondo y de sus posibles interpretaciones, deberíamos estar celebrando hoy, públicamente, la confirmación hecha con más de 30 años de observaciones detalladas del cielo en muy diversas longitudes de onda, de la imagen de un Universo que evoluciono a partir de un estado denso y caliente.  Aunque esto nos puede parecer obvio dentro de la cosmología, la verdad es que es de las únicas cosas de las que estamos casi completamente seguros.

Esta gráfica muestra los hoy populares resultados del satélite Planck que midió recientemente la polarización de la radiación de fondo.  Gran revuelo ha levantado como su análisis detallado ha puesto en entredicho el descubrimiento anunciado con bombos y platillos en 2014 de la observación de las huellas de las ondas gravitacionales producidas en los primeros instantes del Universo. Para no confundir más a la gente tal vez deberíamos simplemente mencionar lo que se sabe con certeza y que Planck ayudo a consolidar: el Universo comenzó en un estado denso y caliente hace 13,800 millones de años.

En lugar de hablar del posible origen del Metano Marciano y su conexión con la existencia de vida en el planeta rojo, deberíamos concentrarnos en insistir que hay más agua en el suelo marciano del que creíamos hace 20 años cuando comenzó nuestra exploración detallada del planeta.  Tal vez nos tome otros 20 o 30 años comprobar el origen del Metano descubierto por el Curiosity, pero ya pasaron los 20 años que necesitábamos para convencernos que el agua en Marte es más abundante de lo que creíamos.

Nos ufanamos de descubrir planetas pequeños, muy parecidos a la Tierra, pero poco se menciona el hecho de que casi nada se podrá saber sobre esos planetas, más allá simplemente de que existen.  En su lugar, los comunicados de prensa deberían estar promulgando como un hecho establecido ya sin ninguna duda la existencia de planetas alrededor de otras estrellas, la mayoría de ellos muy diferentes a aquellos en el Sistema Solar.  Ya no hay nadie que dude de eso, pero mucha tela esta todavía por cortarse en el terreno de los planetas parecidos al nuestro.

En fin.  Es posible que nos toque todavía convivir un tiempo más con esta «trinidad de Universos», desconociendo lo que saben los científicos y no se atreven a expresar sinceramente, leyendo más papers de los que deberían publicarse y sorprendiéndonos del Universo, casi de ficción que nos pintan los comunicados de prensa.  Pero si admitimos que deberíamos cambiar, tal vez radicalmente, la forma de comunicar la ciencia, quizás algún día podamos decir que al menos todos estamos hablando del mismo Universo.

La Aritmética de los Agujeros Negros

Están de moda los agujeros negros.  La película «Interestelar» le ha hecho un gran favor a la popularidad de estas rarezas naturales y a la física que los describe por igual.  Pero los agujeros negros han estado ahí, en los libros de física y en los sueños de los Astrónomos, desde mediados de la primera guerra mundial (si, ¡exacto! ¡antes de que su abuelito naciera!).  Y entonces ¿por qué la mayoría no sabemos casi nada sobre ellos? Les propongo en esta entrada echarle una mirada rápida (y ojalá muy práctica) a la «aritmética» básica de los agujeros negros.  Una guía de supervivencia «cuantitativa» para no sentirse muy perdido cuando le hablen del tamaño del horizonte de eventos, la dilatación del tiempo gravitacional, la «espaguetización» y hasta la evaporación de estas cloacas espacio temporales.  Prepare entonces una servilleta y un lápiz y desempolve las tablas de multiplicar porque vamos a desmitificar las matemáticas de estos bichos.

«Las matemáticas de un agujero negro son más fáciles de lo que creemos ¿qué tal un poco de «aritmética negra»?»
Noviembre 29 de 2014
http://bit.ly/trino-aritmetica-negra

Gargantua, el Agujero Negro de Interstellar que nos tiene a todos hablando de estos bichos

Cuando los agujeros negros se inventaron (A. Einstein y K. Schwarzschild, 1915),  en Estados Unidos todavía buscaban a Pancho Villa, andábamos en plena Primera Guerra Mundial y en Rusia apenas se cocinaba la revolución leninista.  No estamos hablando precisamente de ciencia de frontera.  Mucha agua ha pasado bajo los puentes de la física desde aquellos años.

Es cierto que no estamos tampoco hablando de ciencia del pasado.  El asunto sigue más vivo que nunca en la física teórica y nuevas ideas sobre su comportamiento y anatomía se vienen todavía cocinando.  Pero hay muchas cosas sobre estos «bichos» que ahora conocemos sobre bases relativamente firmes y que seguramente no van a cambiar mucho en los años venideros.  Algunas de ellas se vienen utilizando cada vez que se habla acerca de ellos o se los representa en los libros, la televisión o en el cine por igual.  

Para la mayoría de los mortales todo lo que tiene que ver con los agujeros negros parece que saliera de la manga de algún mago científico.  Pero no es así.  Les propongo que hagamos aquí un ejercicio para comprender, usando solamente aritmética básica, las propiedades más importantes de los Agujeros Negros.  Que no lo dejen con la boca abierta la próxima vez que le digan que los agujeros negros más pesados son los menos peligrosos o que en los planetas alrededor de un agujero negro supermasivo por cada hora en la Tierra pasan 27 años en su superficie (¿27?).  Esta es una guía de supervivencia a los Agujeros Negros para todos aquellos que solo se saben las tablas de multiplicar.

Comencemos por el principio

Fuente: http://bit.ly/1FJfoEN

Para empezar definamos en palabras llanas ¿qué es un agujero negro?.  La verdad, no se sabe exactamente.  De lo único que se tiene certeza es que existen en el Universo cuerpos sumamente compactos (mucha materia acomodada en muy poco espacio) alrededor de los cuáles las nociones elementales de espacio y de tiempo comienzan a fallar miserablemente.

La región del espacio en la que se producen los efectos más extremos alrededor de estos cuerpos se conoce como el «horizonte de eventos».  Esta frontera (que no necesariamente coincide con la superficie de nada y que puede ser esférica o achatada) define justamente lo que la mayoría llamamos un «agujero negro».

Así que el agujero negro no es nada tangible (o por lo menos no lo es en todo su volumen) sino más bien una región del espacio donde las cosas se vuelven muy extrañas.

Lo que pasa afuera del horizonte de eventos se conoce bastante bien.  No pasará mucho tiempo para que los telescopios más poderosos apunten a los vecindarios del horizonte de eventos de los agujeros negros más grandes del Universo y nos confirme que lo que la teoría dice que pasa, pasa en realidad.

Lo que pasa adentro del horizonte de eventos, sin embargo, es todavía motivo de especulación.  En teoría, no pasa nada extremadamente raro.  El problema es que no hay manera de que la luz de esas regiones llegue a los telescopios de la Tierra o de que podamos enviar una pequeña sonda para que haga medidas y nos cuente.  Como dicen por ahí «lo que pasa dentro de un agujero negro, se queda dentro del agujero negro».

Todo lo que hace interesante a la mayoría de los cuerpos astronómicos, su color, composición, temperatura, forma, esta escondido por la barrera «impermeable» del horizonte de eventos.  Solo un par de cosas se «ven» desde afuera: la masa del cuerpo (su peso, si quieren), su carga eléctrica (si la tienen… muy raro sería) y créalo o no su velocidad de rotación (¿cómo se puede ver rotar una cosa que no tiene forma?… ¡ya veremos!).

El tamaño no es lo de menos

Fuente: http://bit.ly/1vBZf0W

Comencemos por la propiedad más elemental: su tamaño.  No sería equivocado decir que el tamaño de un agujero negro obedece la regla aritmética más simple de toda la Astrofísica.  Si usamos como patrón de medida de la masa a nuestro propio Sol (no el kilogramo o la libra), el tamaño de un agujero negro (su diámetro, si quieren) es:

Diámetro de un agujero negro = 6 kilómetros x Masa 

¡Figuro repasar la tabla del 6!

Si existiera un agujero negro que tuviera una masa de 1 (un Sol), mediría de «punta a punta» 6 km (kilómetros).  Sencillo ¿no?.

Se cree que la mayoría de los agujeros negros del Universo, los que nacen en las explosiones de estrellas monstruosas, tienen masas de entre 3 y 12 Soles.  Esto significa que la inmensa mayoría de los agujeros negros del Universo tienen entre 6×3 = 18 km y 6×12 = 72 km respectivamente.  Wow! ninguno es más grande que el estado o departamento más pequeño de un país.

Si le parece que 72 km es mucho, piense que la Tierra, que tiene una masa de tan solo 3 millónesimas de Sol ocupa un espacio de 12,000 km.  ¿Si ve la diferencia? En un agujero negro 12 Soles están acomodados en 72 km, en la Tierra (un planeta normal) 3 millónesimas de Sol ocupan 12,000 km.  Los agujeros negros son los objetos más compactos del Universo.

Los agujeros negros más interesantes, sin embargo, son verdaderas «Gargantúas» («Gargantua.  Del ing. Gargantuan, cf. Gigantesco.  adj. Gigante», mi modesto aporte al Diccionario de la Real Academía de la Lengua).  Hay uno «durmiendo» en el corazón de la Vía Láctea con una masa de «apenas» 4 millones de Soles (recuerden que cuando digo Sol me refiero al patrón de masa que acordamos antes, no a una estrella real).  Entonces ¿cuánto mide esta bestia?.  Yo sé que las tablas que nos enseñan en la escuela primaria van solo hasta el 10 (o hasta el 12 para los más afortunados) de modo que multiplicar 6 por 4 millones no parece tan fácil.  Sin embargo, todos los que hayan vivido en países con monedas «primitivas» (tales como el peso Colombiano) están bien acostumbrados a hacer operaciones con números monstruosos: basta multiplicar los números pequeños y agregar los ceros respectivos.  

Así 6 km por 4 millones son 24 millones de kilómetros.  

Para hacerse a una idea de cuánto es esto, les recuerdo que la Luna esta a menos de medio millón de kilómetros de la Tierra (384,000 km para ser exactos) y en una nave espacial realmente rápida nos tomaría casi 4 días llegar hasta allá.   Así que el Agujero Negro central de la vía láctea mide de cabo a rabo ¡50 veces la distancia de la Tierra a la Luna! ¡vaya monstruo!

El «Gargantua» original, el de la película Interestelar, tiene una masa de 100 millones de Soles y por la magia de la aritmética debe por tanto medir algo así como 600 millones de kilómetros, es decir más grande que la órbita de Marte.

Rotar y no notar

Representación esquemática de los horizontes de un agujero negro rotante o de «Kerr» como le llaman los amigos (Fuente: http://bit.ly/1FJfoEN)

Se cree que la mayoría de los agujeros negros en el Universo nacen con alguna rotación.   Algunos realmente con mucha.

La razón es simple: todo lo que hay en la «villa del señor» rota así sea imperceptiblemente.  Si se empieza con una estrella gigantesca que da vueltas una vez cada semana y se deja a la gravedad hacer de las suyas y aplastar su corazón hasta el tamaño de una gran ciudad (un agujero negro) el resultado será crear un cuerpo con una rotación monstruosa.

Los objetos que rotan más rápido en el Universo, llamados cariñosamente «pulsares de milisegundo» (dan una vuelta cada pocos milisegundos) lo hacen de modo que sus superficies viajan en una «noria relativista» al 99% de la velocidad de la luz. ¡Que mareo!.  El dato realmente interesante para nosotros es que cualquiera de esos objetos es lo que podríamos llamar un agujero negro fallido: masas de algunos Soles y tamaños de algunas decenas de kilómetros.  De pulsares de milisegundo a «agujeros de negros microsegundo» hay un solo paso (o una raíz griega para ser exactos).

Un agujero negro que rota a la máxima velocidad posible (si, también aquí hay un límite absoluto como el de la velocidad de la luz) es diferente en forma y tamaño a uno «estático».  En lugar de una frontera (el horizonte de eventos) estos bichos tienen hasta 3.  La más importante para nosotros, el horizonte de eventos, es, en estos agujeros negros super rotantes, la mitad del tamaño del de uno normalito que tenga la misma masa.  No es muy diferente entonces, pero la diferencia puede hacerse notar en una película. Entonces:

Diámetro agujero negro que rota muy rápido = 3 kilómetros x Masa

Así por ejemplo, habíamos calculado que Gargantua (el agujero negro de Interestelar) medía 600 millones de kilómetros.  Ahora bien, como sabemos que rota como loco (o así lo dicen los creadores de la película) su tamaño (el de su horizonte de eventos) será de 300 millones de kilómetros: ¡el tamaño de la órbita de la Tierra! ¿Casualidad? ¡Nah!

Los agujeros negros no son aspiradoras

Fuente: http://bit.ly/1vLcJpR

Dice la leyenda que un agujero negro es como una aspiradora.  ¡Pamplinas!  Aquí la aritmética tiene la explicación.

La «fuerza» de atracción que cualquier cuerpo con masa (sea este una papa o un agujero negro), obedece una regla aritmética elemental descubierta por Newton.  La fuerza medida en kilos (o kilogramos-fuerza como diría el profesor de física) producida sobre un objeto que tenga una masa de 1 kilogramo por un cuerpo gigante será:

Fuerza de gravedad sobre 1 kilogramo = 10 kilos x Masa / (Distancia x Distancia)

Donde la masa esta en Soles y la distancia esta en millones de kilómetros.  Esta no es nada más y nada menos que la famosa ley de la gravitación universal.  No se parece a la que esta en los libros pero es porque la hemos convertido en una sencilla expresión aritmética.

Así, si una piedra de 1 kilograma pasa a 1 millón de kilómetros del Sol (el Sol mide 700,000 kilómetros) y no se evapora en el intento, sentirá una fuerza de 10 x 1 / (1 x 1) = 10 kilos.  Pero si la misma piedra pasa a 2 millones de kilómetros la fuerza será: 10 x 1 / (2 x 2) = 2,5 kilos.  ¡pura fórmula de tendero!  Como es obvio, más lejos, menos fuerza.

La fórmula anterior aplica sea que la masa forme una estrella normal, sea que forme un pulsar o un agujero negro.  A 1 millón de kilómetros de un agujero negro con una masa de 1 Sol la fuerza también será de 10 kilos.  ¡No hay ningún efecto de aspiradora!

Pero ¿qué pasa si en lugar de 1 millón de kilómetros ponemos la piedra a 100,000 kilómetros? (1/10 de millón de kilómetros).  Según la fórmula anterior la fuerza será ahora: 10 x 1 / (1/10 x 1/10) = 1,000 kilos (¿demasiado para sus conocimientos aritméticos? ¡no se preocupe! no insistiré más con esta fórmula).  A 100,000 kilómetros la piedra pesará 1 tonelada.  ¡Pero un momento!  ¿Si el Sol solo mide 700,000 kilómetros, como podríamos estar a 100,000 kilómetros de su centro? ¿no estaríamos ya adentro de él?  ¡Tiene razón! La fórmula anterior no aplica en este caso, Newton solo la dedujo para la fuerza en el exterior de los cuerpos, no en el interior.

Sin embargo en el caso del agujero negro que tiene apenas unos kilómetros de diámetro, 100,000 kilómetros es todavía MUY LEJOS de su frontera: ¡la tonelada sería muy real en este caso!

¿Nota la diferencia? No es que los agujeros negros sean aspiradoras, es que la fuerza de gravedad que producen puede crecer y crecer según la ley de gravitación universal casi sin control antes de que deje de ser aplicable.

Entonces ¿se le mide a un reto?: ¿cuál es la fuerza sobre la piedra cuando esta a 10 kilómetros de un agujero negro con una masa de 1 Sol? (vea la respuesta al final pero solo después de gastar unas 5 horas intentando).

Espaguetis y agujeros negros

Fuente: http://bit.ly/1vLcKdp

Viajar a las vecindades de un agujero negro puede no ser la experiencia mas agradable que se tenga en la exploración espacial.  Y no es que haya nada malo o peligroso con experimentar las extrañas consecuencias de ser «arrastrado» por un tiempo que fluye de forma extraña o vivir dentro de un espacio retorcido (cualquiera que sea el significado de estas dos cosas).

Por increíble que parezca las endemoniadas fuerzas gravitacionales cerca al agujero tampoco serían un problema.  ¿Ha oído hablar de la microgravedad?  Cuando uno se deja caer hacia un planeta, una estrella o un agujero negro, la fuerza de gravedad parece desaparecer.  No es que no este ahí, es que al caer deja de tener sentido: la fuerza de atracción gravitacional solo es importante cuando intentas evitar que te succione.  Los astronautas lo saben muy bien: la estación espacial internacional que esta a solo 300 kilómetros de altura sobre la superficie de la Tierra cae continuamente y dentro de ella la fuerza gravitacional que nos aplasta en la superficie de la Tierra e incluso en un avión en vuelo, se esfuma.

Lo mismo pasaría si te dejaras caer en un agujero negro.  Entonces ¿cuál es el peligro?

Hay otra «fuerza» que se nota mucho menos en condiciones de gravedad «saludable» y que se vuelve mortal cerca a un agujero negro.  Se la llama la «fuerza de marea».  ¡Si! la misma que levanta los mares.  Esta fuerza es producto del hecho de que cuando un cuerpo (la Tierra por ejemplo) se expone a la gravedad de otro (la de la Luna por ejemplo) un extremo de él siempre estará más cerca que el extremo contrario.  Como la fuerza de gravedad disminuye con la distancia, el que esta más cerca sentirá una fuerza mayor que el que esta lejos.

Como resultado dentro del cuerpo afectado se experimentará una tendencia a ser estirado por esta diferencia.  La fuerza de estiramiento o «espaguetización» como la llaman cariñosamente algunos «agujero-negrosologos» será proporcional a la diferencia entre la fuerza de gravedad en los extremos.

Volvamos a la aritmética.  Una persona de 70 kilogramos y 1.7 metros de altura que este a una determinada distancia de un agujero negro sentirá una fuerza de espaguetización igual a:

Fuerza de espaguetización = 3 toneladas x Masa / (distancia x distancia x distancia)

Aquí la Masa es la del agujero negro y la distancia esta en miles de kilómetros.  ¿Por qué cambio tanto de patrón para la distancia? ¿primero eran kilómetros, después millones de kilómetros y ahora miles de ellos? La razón es que quiero que las fórmulas sean más sencillas.  Tenga paciencia.

¿Noto el numerito?  Cualquiera de nosotros (bueno algunos pesamos más de 70 kilogramos y medimos menos de 1.7 pero la diferencia no sería muy grande), sería estirado con una fuerza de 3 toneladas estando a una distancia más de 100 veces mayor que el tamaño del agujero negro.  ¡Para nada agradable!

Se calcula que la máxima fuerza de estiramiento que los ligamentos más fuertes del cuerpo humano pueden soportar es de unos 200 kilos.  Así que a 1,000 kilómetros de un Agujero Negro estaríamos vueltos unos muñecos de trapo.  El dato y la fórmula anteriores nos permiten calcular que la mínima distancia a la que nuestros cuerpos soportarían estar cerca a un agujero negro con una masa de 1 Sol sería de 5,000 kilómetros.  ¿Un alivio? ¡Nada de eso!  En esas condiciones estar en una nave espacial sería el equivalente a colgar de un árbol con una vaca amarrada a los pies.  Un poco incómodo, ¿no?

Que pasa, sin embargo, si en lugar de un agujero negro de 1 Sol ¿estuviéramos cerca a un Gargantua de 100 millones de Soles?  Si ponemos en la formula anterior la Masa de nuestro monstruo (100 millones) y como distancia usamos el tamaño del agujero (600 millones de kilómetros) el resultado es increíble:

Fuerza de espaguetización de Gargantua = 3 toneladas x 100 millones / (600 millones x 600 millones x 600 millones)

No hace falta ser Einstein para notar que este número es MUY PEQUEÑO (hay muchos millones en el denominador).   No hay ninguna duda: hasta yo me animaría a hacer un tour al borde de este monstruo.

La Espaguetización del Tiempo

Fuente: http://bit.ly/11K2h7e

Otra cosa se espaguetiza cerca a un agujero negro: el tiempo.  En realidad a los relojes de los viajeros no sufrirían ningún efecto (excepto obviamente el de la espaguetización que mencionamos antes).  El problema es cuando los compararán con los relojes de sus seres amados en la Tierra.

Uno de los triunfos más sonados de la teoría de la relatividad de Einstein fue descubrir precisamente que dos relojes que arranquen sincronizados pero hagan peripecias diferentes y visiten lugares con gravedades distintas, terminaran atrasándose o adelantándose mutuamente.  ¿Por qué?  No es la marca del reloj o el lugar en el que se porte, en realidad todos los procesos que cambien con el «flujo» del tiempo se verán afectados.  Los físicos prefieren decir que el tiempo mismo es el que se estira aunque no seamos capaces de precisar que es exactamente el tiempo como entidad separada de los relojes.  ¿Me puse muy filosófico? ¡volvamos a la aritmética!

¿Cuánto se atrasa entonces un reloj que viaja a las vecindades de un agujero negro?

Si estamos lejos del horizonte de eventos el grado de retraso será:

Retraso de los relojes por hora en una nave quieta = 3 horas x Masa / distancia 

Aquí la distancia esta otra vez en kilómetros.

Así, si estamos a 30 kilómetros de un agujero negro con una masa de 1 Sol (que tiene un horizonte que mide 6 kilómetros) el retraso por hora será de 3 x 1 / 30 = 0.1 horas o mejor 6 minutos por cada hora que pase.  Los relojes de una nave espacial que estuviera «parqueada» a 30 kilómetros de este agujero negro irían siempre detrás de los relojes de la Tierra.

Curiosamente la fórmula anterior sirve cambiando «horas» por «días» o por «años».  Así por cada día se acumularía un retraso de 0.1 días (~ 2 horas), por cada año el retraso sería de 0.1 años (~1 mes) y por una vida entera 70 años se acumularían 7 años de diferencia.

Pero hay una complicación adicional: mantener parqueada una nave alrededor de cualquier cuerpo astronómico no es barato.  En realidad la manera más inteligente de «flotar» alrededor de cualquier cuerpo, es hacerlo mientras se lo órbita.  La Estación Espacial Internacional por ejemplo «orbita» la Tierra cada 90 minutos y no hay necesidad de mantener un motor prendido para que no caiga.

Pero orbitar, implica moverse y cuando las fuerzas son millones de veces mayores que las de la Tierra, el movimiento necesario para mantenerse en órbita se vuelve extremo.  Con el movimiento, dice Einstein, se introduce un nuevo retraso en los relojes.   Las cosas se complican un poco, pero como se dijo desde el principio, estos son asuntos que han sido resueltos por los físicos desde hace décadas y no es difícil para uno de ellos (yo por ejemplo), convertir lo que sabe en una sencilla fórmula algebraica.

Así, el retraso por hora que sufren los relojes de una nave que orbita un agujero negro a una determinada  distancia (en lugar de estar allí estacionada) es:

Retraso de los relojes por hora en una nave orbitando = 5 horas x Masa / distancia

Los astronautas de una nave que orbita un agujero negro a 30 kilómetros tendrían sus relojes retrasados 5 x 1 / 30 = 1/6 de hora por cada hora, es decir 10 minutos por hora (en lugar de 6 como calculamos antes).  Parece una diferencia miserable (10 o 6 minutos, a quién le importa), pero después de 1 año una nave orbitando tendría una diferencia de 36 días respecto a una estacionada gastando su valioso combustible.

¿Y qué pasa en un Gargantua de 100 millones de masas solares?  En este caso, si nos paráramos en un planeta que tuviera una órbita de digamos 500 millones de kilómetros el retraso por hora sería: 5 horas x 100 millones / 500 millones = 1 hora por cada hora de retraso ¡la gente en el planeta vería morir a sus familiares en la Tierra en la mitad del tiempo que les tomaría a ellos envejecer! 

¿Por qué vimos entonces que en la película había un retraso de 27 años por hora en la superficie del planeta?  La razón es que cerca a un agujero negro que rota muy rápidamente, además de la necesidad de moverse tangencialmente para no caer, los cuerpos son arrastrados por la rotación del agujero negro hasta casi la velocidad de la luz.  Con esto el retraso de los relojes se hace aún más extremo y las fórmulas dejan de ser lamentablemente aritméticas.

Un paseo alrededor de Gargantua

Una fórmula de supervivencia final (si es que algún lector a sobrevivido hasta este punto).  Esta fue motivada por una pregunta que recibí en el blog que escribí sobre Interestelar (y que pueden leer aquí).  ¿Cuánto le toma a un planeta o nave espacial dar una vuelta alrededor de un agujero negro?

En la película vimos como la nave conseguía ir de un planeta a otro en unos minutos.  Sin embargo en el Sistema Solar las cosas aparentan ser muy diferentes: nos toma meses ir de un planeta a otro ¿por qué las diferencias?

De nuevo, la aritmética salva la patría.  El año en un planeta (o nave interplanetaria) que orbita un a un cuerpo muy pesado a la misma distancia que Marte orbita al Sol (20o millones de kilómetros) es:

Duración del año = 2 años / raíz cuadrada (Masa)

Otra vez la Masa del cuerpo central esta en Soles.  Sencillo ¿No?.

Esta es una forma «aritmetizada» de la que se conoce como la tercera ley de Kepler.  A la distancia a la que esta Marte del Sol, a una nave (Marte o cualquiera de sus dos lunas) les toma poco menos de 2 año para dar una vuelta.  Pero si lo que orbitas no es el Sol sino a Gargantua (100 millones de Soles) el año sufre un recorte asombroso.  A la nave le tomaría en este caso tan solo 2 años / raíz cuadrada (100 millones) = 2 años / 10,000 (¿que cómo saque la raíz de 100 millones?, con una calculadora por supuesto).

¡2 diez milésimas de año! ¡un abrir y cerrar de ojos!  Sabiendo que un año contiene 365 x 24 = 8760 horas, 2 diez milésimas de año equivalen a algo así como 18 horas (menos de 1 día).

En un sistema planetario con distancias parecidas a las que vemos entre los planetas del Sistema Solar y su estrella central pero esta vez orbitando un agujero negro, los años se contraerían a horas.  Y con ellos lo haría también la duración de las misiones interplanetarias.  Pasaríamos de esperar décadas para que una nave explorara un par de planetas lejanos, a esperar tan solo unos días para ver fotos increíbles de esos mundos.

Epílogo

En síntesis, 6 de las propiedades más importantes de los agujeros negros pueden ser calculadas con el uso de las tablas de multiplicar, una raíz cuadrada (o dos) y algo de familiaridad con números muy grandes (una habilidad que no es complicada para quienes compramos en pesos).  No hace falta un doctorado para no dejarse «meter las manos en la boca» en un película de ciencia ficción o sencillamente para sentir que aún la que parece se una rama esotérica de la física puede también ser motivo de conversación entre no expertos y por qué no de uno u otro cálculo en una servilleta.

Notas:

• La fuerza producida por un agujero negro de 1 Sol sobre una piedra de 1 kilogramo situada a 10 kilómetros (1/100,000 millones de kilómetros) de su centro sería: 10 kilos / (1/100,000 x 1/100,000) = 100,000’000,000 kilos, o sea 100,000 millones de kilos o 100 millones de toneladas.

• A todos aquellos ñoños que no se conforman con un par de fórmulas aritméticas y les gusta profundizar en las matemáticas de los agujeros negros les recomiendo las notas del Prof. E. Taylor, especialmente aquellas que tratan sobre Agujeros Negros rotante.
  http://www.eftaylor.com/download.html
  http://www.eftaylor.com/pub/SpinNEW.pdf

Interstellar: lo bueno, lo malo y lo feo

Si.  Esta es otra entrada de blog sobre Interstellar, la nueva película de Christopher Nolan que tiene a medio mundo hablando de agujeros negros, viajes interestelares y errores científicos en el cine.  Aunque ya casi todo lo que se tenía escribir, hablando en favor o en contra de la película, en inglés o en español, ha sido escrito, no iba a perder mi oportunidad para desahogarme y hablar de las cosas que me gustaron y las que no de la película.  Lo hago desde una perspectiva muy personal (como alguien que disfruta de las buenas historias, los efectos especiales y la música en el cine) pero también a través de la lente de un científico que aprecia que aún con las debidas licencias artísticas se respeten algunos hechos básicos sobre el funcionamiento del mundo.  Si no ha visto la película evite leer esta entrada y más bien reserve ya su asiento en la próxima función.  Buena o mala, esta es una película que hay que ver.

«Lo Mejor de Interstellar: Ciencia de Frontera de Agujeros Negros en la pantalla grande» – «Lo Peor de Interstellar: los rayos X del disco de acreción alrededor de un agujero negro harían imposibles planetas habitables» 
Noviembre 9 de 2014
http://bit.ly/trino-mejor-interstellar, http://bit.ly/trino-peor-interstellar

Ilustración de Juliana Jiménez Jaramillo. Foto por Melinda Sue Gordon/Warner Bros./Paramount Pictures. Tomado del Sitio «Bad Astronomy» http://bit.ly/bad-astronomer-interstellar

Como dice el dicho (y si no dice debería) «una película puede ser buena o mala, pero si todo el mundo habla de ella, hay que ir a verla».  Este es el caso de «Interstellar» o «Interestelar» (la diferencia es solo una letra y dónde le pones el acento), una película que como dice mi buen amigo Juan Carlos Figueroa, esta destinada a convertirse en película de culto, como paso con las también fantásticas «Avatar» y «The Matrix» (que también tienen el acento donde no es, Ávatar y Mátrix).

La película se estreno el viernes 7 de noviembre de 2014 y hoy domingo 9 de noviembre, tan solo dos días después, Internet esta saturado de entradas de blog, artículos, videos, entrevistas y hasta libros que hablan sobre ella.  Todo lo que tenía que escribirse medianamente inteligente e importante, ya se escribió, tanto en español como en inglés, de modo que mi entrada no le agrega mucho a la discusión (una lista de las páginas más interesantes que he leído esta al final de este escrito).

Como para un par de amigos y familiares (mi esposa, mi hija y mi mamá debo confesarlo) mi opinión es importante voy a contarles aquí lo que me gusto y no me gusto de la película. Al mejor estilo del séptimo arte, lo bueno, lo malo y lo feo de Interstellar.  Y para aquellos que nunca me leen porque escribo más de las 140 palabras que están acostumbrados a leer en el muro de Facebook (si vió, por eso es que nadie lee este blog) lo voy a hacer con una lista y (espero yo) en menos de 1,000 palabras (ya llevo 700, ¡chanfle!).

Lo bueno de Interstellar

Un diagrama del libro «La Ciencia de Interstellar» de Kip Thorne mostrando los detalles del cálculo de como se vería el disco de acreción alrededor de un agujero negro supermasivo.

• Agujeros negros a la orden del día.  Todo lo que ven en la película sobre los agujeros negros es real.  Es la primera película en la historia en la que un agujero negro supermasivo (es el nombre del tipo de agujero negro que se muestra allí) se representa con realismo científico.  Y no es para menos.  El asesor científico de la película en estas materias es el gran físico Kip Thorne, padre indiscutible de la idea de usar agujeros de gusano como máquinas del tiempo, y asesor también de la novela Contacto de Carl Sagan.  Fue tal el esfuerzo de Thorne y los artistas visuales de la película que hasta un par de papers fueron escritos resolviendo el problema de cómo se distorsionan las imágenes alrededor de un agujero negro rotante.  El mismo Thorne, en coincidencia con el estreno de la película, lanzo un libro, La Ciencia de Interstellar que creo yo se convertirá en un best seller (especialmente después de esta entrada de Blog).

• La Exploración Espacial es Importante.  Como todos los que leen esto ya vieron la película, recordarán que corren en ella tiempos en los que la ciencia y la exploración espacial han sido puestas en un segundo plano para dar paso a cosas más urgentes: sembrar la Tierra y salvar el planeta.  No es que la cosa sea muy distinto a como es ahora.  También, en el mundo muy real del presente, mucha gente ve la exploración espacial como un gasto oneroso e innecesario de recursos que se podrían usar para alimentar a los niños en Africa.  Pues bien, la película sale en defensa de la exploración y la ciencia de frontera como herramientas también para salvar a la humanidad.  ¡Bien por esa Nolan!

• Las mujeres (y su poderosa intución) salvan el mundo.  Aunque el personaje central de la película y héroe, es un hombre, el señor Cooper (Matthew McConaughey, recuperándose de sus dietas anteriores), en realidad quienes se ocupan finalmente de las cosas importantes son dos mujeres: Murphy Cooper (la hija «rebelde» y científica) y Amelia Brand (la astronauta impulsiva).  La primera, que cuando niña parecía obsesionada con fantasmas y otras idioteces sobre naturales, termina convertida, para sorpresa de todos, incluso de su padre y maestros (que solo creían que el hombre de la casa, el hermano, que no termino en nada, sería el ingeniero), en una heroína científica.  Ni Kip Thor… digo ni el Prof. Brand (Michael Kane), ni ninguno de los otros genios masculinos en la película logran lo que esta muchachita sensible e intuitiva hace: decodificar los secretos sobre la unificación de la relatividad y la mecánica cuántica que su papá le dicta mientras esta atrapado en una proyección 3-D de una celda cuadridimensional muy parecida a la biblioteca de Babel de Borges.La segunda, Amelia, interpretada por Anne Hathaway, para el pesar de algunos de nosotros, en el último segundo de la película se nos presenta como la nueva Eva.  Buscando el amor por uno de los astronautas pioneros que atravesaron el agujero de gusano para buscar el mejor planeta habitable, logra encuentrarlo, después de ser abandonada por Cooper, solo para descubrir que el hombre ya ha muerto. Aunque no se dice explícitamente, se adivina que Amelia sería quien diera en el futuro la bienvenida a los viajeros provenientes de la Tierra a su nuevo planeta.

Lo malo de Interstellar

Un verdadero disco de acreción sería una fuente tan poderosa de rayos X y UV que es difícil imaginarse que algo pudiera habitar en sus vecindades inmediatas

• Un Universo sin Rayos X.  Después de leer las críticas a las imprecisiones científicas de la película se da uno cuenta que Interstellar (como muchas otras buenas películas de Ciencia Ficción, clásicas y modernas) no es precisamente lo más cercano a un documental de la PBS de Astronomía.  Yo personalmente le he perdonado a la película la mayoría de sus errores, no porque no ame la verdad y aprecie el respeto por las leyes de la física básica, sino porque entiendo que a veces para contar buenas historias se deben dar ciertas licencias.Pero hay cosas que no puede uno soportar, especialmente aquellas que están relacionadas con su área particular de investigación.  La mía es precisamente la interacción entre las estrellas (en este caso un Agujero Negro y su disco de acreción) y los planetas potencialmente habitables.  Si bien la película representa relativamente bien algunas condiciones comunes en ellos (fuerzas de marea poderosas, superficies y atmósferas heladas) otras son sencillamente olvidadas.  La más importante para mí: el efecto de los rayos X y la luz Ultravioleta.   Nuestro Sol y la mayoría de estrellas como él y más pequeñas, son bombillos poderosos de luz UV y rayos X.  Estas formas de luz son capaces no solo de esterilizar la superficie de un planeta habitable (la Tierra tiene su propia protección, la capa de ozono) sino que calientan sus atmósferas al punto que en la cantidad suficiente el planeta queda completamente empelota.En pocas palabras: pon suficiente luz UV y rayos X y la atmósfera de un planeta se evaporará sin miramientos.  Pues bien: los discos de acreción de los agujeros negros son una feria de luz de alta energía.  Me pueden dar todos los argumentos basados en la estabilidad de las orbitas de los planetas o la incidencia de luz y calor del disco de acreción del agujero negro, pero yo no puedo aceptar que los rayos X y la luz UV no conviertan el vecindario de «Gargantuan» en un moridero miserable.

• Un Elefante Negro en la mitad del Sistema Solar.  Una de las críticas iniciales a la película tenía que ver con el hecho de que las fuerzas de marea alrededor de un agujero negro como Gargantuan serían tan bestiales que no habría nave, ni siquiera con nombre «Endurance» (Perseverancia) que las soportaran.  Las dudas se aclararon después cuando se explico que el agujero negro era supermasivo y por la misma razón gigante (entre más grande el agujero negro más grande y más lejos del centro su borde; las fuerzas de marea que «espguetizan» todo lo que caiga en él disminuyen muy rápidamente con la distancia y no serían un peligro en este caso).Sin embargo nada se ha dicho sobre el agujero negro a la entrada, es decir aquel que descubrieron los astrónomos de la película cerca a Saturno.  Según los documentos de la película, este portal tendría un tamaño de unos 3 kilómetros.  Para hacer una puerta a un agujero de gusano de ese tamaño haría falta comprimir el equivalente a toda la masa de otro Sol dentro de ese espacio.  La masa no se vería (duh!, es un agujero negro) pero seguiría haciendo bullying gravitacional sobre los cuerpos que estén cerca.  ¿Cómo es entonces que ningún planeta, incluyendo el vecino Saturno, se enteraron de la presencia de un cuerpo casi tan pesado como el Sol puesto justo entre ellos?  ¡Un verdadero «Elefante Negro» en la mitad de Interstellar!

Lo feo de Interstellar

Como ven hay más cosas buenas que malas en la película, por lo menos desde mi perspectiva personal.  Encontrar entonces lo feo es aún más difícil y mucho más en el caso de una película fabricada con lo último de la tecnología audiovisual.  Sin embargo hubo dos detalles que no me gustaron, e incluso diría me disgustaron bastante al punto de poder llamarlos «lo feo» de Interstellar.

El primero la referencia pseudo científica que hace Amelia Brandon (Anne Hathaway) al amor como una «fuerza» interdimensional.  ¡No jodás!  Yo aprecio que la película muestre el amor de un padre por sus hijos como un motor que lo lleva a hacer ellos cosas más allá de lo que creeríamos puede hacer un humano.  Pero poner el amor en un nivel físico y llamarlo una «fuerza» ¡por favor!.  Lo otro es caer en el lugar común de a tripulación de la nave interestelar que se va muriendo uno a uno.  Primero es el científico de la misión, que miesteriosamente termina pereciendo por entrar de último a la nave cuando viene la ola gigante.  Después, y que no falte en película gringa, el negrito, que cae víctima de Mr. Ripley, digo de Matt Damon.  ¡Dejen en paz a los negritos, hombre!

Con todo la película fue enteramente de mi gusto y la recomiendo a ojo cerrado.  Aunque tuve el (dudoso) placer de verla completamente en inglés (y por la misma razón perderme el 50% de los detalles mientras hablaban en un incomprensible texano), disfrute muchísimo de los efectos audiovisuales (especialmente cuando el teatro quedaba en completo silencio por una escena que ocurría en el espacio donde no hay manera de escuchar nada… ¡genial!)

Sea que le digan que es buena (como lo hago yo aquí) o mala (como seguramente le dirán otros tantos) ¡hay que ver Interstellar!

Para saber más:

• http://slate.me/1srkkoT
  Una excelente entrada de blog que explica las cosas más extrañas de la película para aquellos que salieron de la sala de cine con cara de «What tha fu(|<?».
• http://bit.ly/1u1c6sU
  Página del Planetario de Medellín con algunas referencias interesantes y lo mejor el fragmento del poema de Dylon Thomas que se oye 3 veces en la película con la resonante voz de Michael Kaine.
• http://danielmarin.naukas.com/2014/11/09/los-aciertos-y-errores-de-insterstellar
  El mejor blog sobre la película que he leído en español (en realidad es el único, no hacen falta más).  Obviamente de Daniel Marin de Naukas.
• http://bit.ly/bad-astronomer-interstellar
  La ácida crítica de Phil Plait, «The Bad Astronomer» que podría dañarte el ratico viendo la película.  De ella entendí que Phil Plait es la última persona con la que iría a ver una película como esta.
• http://www.vulture.com/2014/11/michael-caine-interstellar-interview.html
  Una entrevista con el 2 veces ganador del Oscar y científico de la película, Michael Kaine.  ¡Excelente!
• http://www.ochoymedio.info/review/1759/Interestelar
  Interstellar desde la perspectiva de mi amigo Samuel Castro, un crítico de cine de verdad.  Sale bien librada por suerte.
• http://bit.ly/libro-ciencia-interstellar
  Dejen de leer pendejadas en Internet y vayan a las fuentes originales.  Este es el libro escrito por Kip Thorne sobre la ciencia detrás de Interstellar.  Genial, como todo lo que escribe el físico.  Recomendado: comprarlo en la tienda Kindle.  No se necesita un Kindle, se puede leer en el teléfono inteligente, una tableta e incluso en la nube.

Portada del nuevo libro, «La Ciencia de Interstellar» del asesor científico de la película Kip Thorne. ¡Hay que leerlo! Lo recomiendo adquirir en la tienda Kindle de Amazon.

Actualizaciones:

• Noviembre 12 de 2014.  Hay dos excelentes comentarios abajo que espero lean además de la entrada de blog.  Uno es de Camilo discutiendo el timing de las maniobras orbitales.  ¡Excelentes observaciones!.  El otro es de Sebastian Schuth que nos revela algunos secretos no contados sobre la preparación de la película y una perspectiva biológica de la misma.  ¡Gracias a los dos!

Ciencia Ficción

No.  Esta no es una entrada de blog sobre Interstellar (que se estreno en todo el mundo el viernes pasado, 7 de noviembre de 2014).  Tampoco es sobre «2001: Una Odisea del Espacio», ni sobre ningún otro clásico del cine o la literatura.  Voy a hablar aquí de Física: la madre de todas las ficciones.  No es fácil para mí (Físico y Astrónomo) referirme en términos que algunos encontrarán «desobligantes» de la que es considerada universalmente como la «Ciencia Matriz», aquella de la que surge el entendimiento de lo fundamental a todas los niveles.  Pero no aguanto tampoco este conflicto que creo existe entre el Universo que describe la física, en el idioma imprescindible de las matemáticas y el verdadero Universo rico y complejo que hay allá afuera.  Esta es mi reflexión muy personal sobre el verdadero mundo del que habla la física y el otro del que seguramente se pierde.

«Hablando de Ciencia Ficción: la Física. Entre las ciencias naturales la física se debate entre la realidad y la fantasía»
Noviembre 9 de 2014
http://bit.ly/trino-fisica

Durante muchos años hablando de física con propios y extraños, en reuniones familiares, conferencias o clases, he logrado capturar las que creo son las definiciones más comunes de lo que es la Física.

Definición 1: «Una ciencia muy importante, con la que se construyen bombas atómicas y láseres pero también que es prácticamente incomprensible por la mayoría de los seres humanos».

Definición 2: «Una de las ciencias naturales como la química o la biología;  debe ser muy importante puesto que la enseñan en el colegio; entiendo que tiene muchas aplicaciones aunque las desconozco».

Definición 3: «La más importante de todas las ciencias, aquella que describe los fenómenos fundamentales en la base de todo en el universo, desde una estrella hasta el cerebro humano; la mayoría de las cosas que vemos en el mundo se hacen con física; prácticamente todas las ciencias podrían considerarse áreas de la física».

Definición 4: «El esfuerzo humano por discernir que es lo que hay común a todas las cosas, las reglas en la base de todo en el universo a pesar de las diversidad que podemos apreciar; la física es al estudio del universo lo que los albañiles a la construcción de una ciudad: todo esta hecho de ladrillos y solo ellos saben de eso».

¿Cuál es la suya?. ¿Habrán otras?.  El caso es que en fin de cuentas y a diferencia de la química o la biología, es difícil encontrar a alguien que entienda razonablemente bien qué es la física (aunque las definiciones 3 y 4 están muy cerca) o que la defina sin usar el término «fenómeno físico» que conduce a todas luces a una definición circular.

¿Qué pasaría entonces si les digo (para incrementar la confusión) que la física es (además de muchas de las cosas antes mencionadas) una Ciencia Ficción?  Antes de que se rasgen las vestiduras los dos o tres colegas físicos que van a leer esta entrada de blog quiero aclarar que la palabra «ficción» aquí no tiene el significado popular de «falso», «mentiroso» o «mágico».  Para mí la Ficción es aquello que habla de mundos que no existen, mundos idealizados que pueden tener o no un inmenso parecido con el mundo real.

«¡Ah! ¡ya se por donde va el agua al molino!», vociferarán muchos.  «De lo que quiere hablar este tipo es de la idealización en física, del cuento de la vaca esférica… ¡muy trillado!».  Pues, si y no.   Para quienes no lo conocen, el cuento de la vaca esférica se burla de la tendencia que tenemos los físicos de sobre simplificar cosas realmente complejas con el fin hacer un cálculo rápidamente (o de hacerlo simplemente, porque a veces no hay otra forma).  Así, para calcular cuánta comida necesita una vaca asumimos, primero que la vaca es esférica y segundo, que esta en el vacío.  No es un chiste para contar en familia (se corre el riesgo de no recibir un trago más) pero es popular entre científicos.

La cosa va más allá.  En realidad todo en la física, incluso las teorías más sofisticadas, son una sobre simplificación del mundo rico y diverso que habitamos.   La física va construyendo en su andar histórico, un Universo por sí mismo, cada vez más parecido al Universo allá afuera, pero definitivamente, no el mismo.  Los principios y leyes que ella formula, casi todos expresables de forma exacta en términos matemáticos, describen un Universo de Ficción.  Un físico es alguien experto en ese Universo de Ficción, matemáticamente diseñado y construído por siglos de depuración teórica.

¿Es esto malo?.  ¡No!.  En realidad casi todo en la ciencia (en cualquier ciencia) funciona de manera parecida, aunque la física es un caso muy especial.  Usamos «modelos idealizados» para describir las cosas que hay allá afuera, un volcán, el centro del Sol, el interior de la célula, el corazón, también para entenderlos y explicar su funcionamiento, pero más importante para contar historias coherentes sobre el mundo en su totalidad.

Pero todo hay que decirlo: hay grados de «realidad científica».  Nadie duda que existan los «mamíferos», un concepto de la biología, pero si preguntas por un «electrón» (olvídense del hecho de que sea microscópico) las cosas se ponen pesadas.  Es más, me atrevería a decir que el «electrón» ha existido y dejado de existir en ese Universo de Ficción de la física a lo largo de los últimos dos siglos.

Un experto en electrones hoy es en realidad un experto en una entidad idealizada del mundo de ficción de la electrodinámica cuántica.  «Mañana», habrá otro electrón, el del Universo de ficción de la teorías M o el espumoso universo de la teoría cuántica de lazos.  ¿Y el electrón verdadero?  He ahí el punto.  Sea lo que sea eso que producía los minúsculos puntos luminosos en una pantalla de rayos catódicos de las que usábamos hace una década, ese no es el electrón de la Física Contemporánea.

Es más, todo hay que decirlo: los electrones han dejado de existir en el Mundo de Ficción de la Física para dar paso otra vez a un «continuo» curioso que hace cosas fantásticas desde transportar energía por líneas de conducción eléctrica a distancias geográficas o producir luz en un LED, hasta sostener el peso de un cadáver estelar.

Los Mamíferos, el Espermatozoide, el Benceno, la Fotosíntesis, el Sexo (incluso el sexo), siguen ahí.  Son bien reales.  Las Fuerzas, el Espacio-Tiempo, la Fricción, los Quarks, la Entropía son muy reales pero en el Universo de Ficción de la física.  O por lo menos en su versión actual.

Puede que esta sea una trivialidad para filósofos.  Una abominación para epistemologos.  Un anatema para físicos y entusiastas de la física.  Una epifanía para los enemigos de la ciencia o los amantes de la magia.  Una confirmación para imbéciles posmodernos (una redundancia).  Un ingrediente más del ya incomprensible panórama de la física revelado por las definiciones 1 y 2.

A mí, sin embargo me da tranquilidad entender que no hay ambiciones mesiánicas en la física.  Que tal vez todas las otras ciencias, incluyendo la astronomía (que no es física como la quieren pintar todos) están más cerca a la realidad y ciertamente no son irreducibles a su mundo de ficción.  Que el mundo real del que queremos hacer una copia fidedigna, guarda gemas impredecibles.  Que podrían haber dominios y hechos reales no expresables en términos matemáticos (¡pecador yo!).  En lugar de desanimarme a seguir usando y jugando con la física, pensar así me da un impulso renovado.  ¿Acaso el escritor deja de soñar y escribir sobre lo que sueña porque sabe que no es completamente real? 

¡Larga vida a la física y a la literatura por igual!

P.D. Definición 5 (la mia): «la física es una aventura intelectual para construir un Mundo de Ficción regido por reglas matemáticas y con un funcionamiento parecido al mundo real».