La Singularidad Desnuda

Un universo impredecible de pensamientos y cavilaciones sobre ciencia, tecnología y otros conundros

Archive for 31 agosto 2008

Música para el domingo – Funkytown (Lipps Inc)

Posted by Carlos en agosto 31, 2008

El domingo es día de asueto y nada mejor que un poco de música para amenizarlo. Por ejemplo, esta canción inolvidable de Lipps Inc titulada “Funkytown“. Grabada en 1980, se convirtió inmediatamente en número uno en todo el mundo. Llena de ritmo y fuerza, fue la canción oficial de la Vuelta Ciclista a España aquel año de 1980 (Vuelta que por cierto ganó Faustino Rupérez), e indicó el camino por el que se desarrollaría la música disco en los años siguientes, con predominio del tecno (serían los años en los que la sintonía de la Vuelta la pondría Azul y Negro). ¡Que la disfruten!

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Autocatálisis y sistemas autorreplicantes artificiales

Posted by Carlos en agosto 29, 2008

Sopa prebiótica (ilustración de Jac Depczyk)

Sopa prebiótica (ilustración de Jac Depczyk)

La autorreplicación no es sólo uno de los ingredientes fundamentales de la vida, sino que la precede y eventualmente da lugar a la misma. Así, las diferentes hipótesis planteadas sobre el origen de la vida -dispares en sí la genética precedió al metabolismo o no, o en si la proto-vida se desarrolló en medio de los océanos o en superficies minerales submarinas o subterráneas, por citar algún ejemplos- coinciden en la aparición de sistemas autorreplicantes o autocatalíticos. Contrariamente a lo que pueda pensarse, un sistema de estas características no ha de ser de manera forzosa extremadamente complejo, y de hecho se han podido conseguir en el laboratorio en la última década. Véase por ejemplo el trabajo de Natasha Paul y Gerald F. Joyce, del Scripps Research Institute, titulado

publicado en Current Opinión in Chemical Biology en 2004. Lo interesante de los sistemas autorreplicantes es que pueden explotar el entorno hasta dominarlos completamente. Un buen ejemplo es el proporcionado por Douglas Philp, de la Universidad de St Andrews. En un trabajo de 2006 con Eleftherios Kassianidis titulado

y publicado en Angewandte Chemie International Edition, mostraron una molécula que actuaba como plantilla para su propia replicación. Lo más interesante sin embargo es que si se da la composición química adecuada, incluso sin la presencia de la molécula en cuestión, el proceso se pone en marcha, llegando un momento en el que la sopa química está compuesta casi exclusivamente por copias de dicha molécula. Estos resultados han sido presentados la última reunión nacional de la American Chemical Society, celebrada en Filadelfia del 17 al 21 de agosto, en una comunicación que tiene por título

El trabajo, realizado conjuntamente por Douglas Philp y Jan Sadownik, un miembro de su grupo, describe como cuando en una sopa química formada por 24 aldehídos se añade una cierta maleimida, se dispara una reacción autocatalítica en relación con la molécula señalada anteriormente. A pesar de que las posibilidades de interreacción entre los compuestos de la mezcla son inmensas, esta reacción domina totalmente la dinámica del sistema, amplificando la especie autorreplicante hasta una proporción 15:1 (i.e., el 93% de la sopa química). En palabras del propio Philp, “esto muestra que se puede extraer orden del caos“.

Esta investigación no sólo da pistas sobre los procesos autocatalíticos que pudieron dar lugar al origen de la vida, sino que puede resultar de gran interés también en relación al diseño de sistemas para la producción bajo demanda de compuestos químicos específicos, una suerte de ingeniería molecular a través de sistemas autorreplicantes artificiales que podrían ser controlados a través de las especies presentes en la sopa química primordial. Se trata sin duda de uno de los grandes desafíos de la química moderna para los próximos años.

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Evidencia de magnetorrecepción en grandes mamíferos

Posted by Carlos en agosto 27, 2008

La magnetorrecepción, esto es, la capacidad sensorial para percibir los campos magnéticos, es una habilidad bien conocida en numerosas especies animales, desde insectos como abejas y termitas hasta aves migratorias, pasando por peces como la carpa y las anguilas. También se ha podido obtener evidencia de que hay mamíferos con esta capacidad, en particular varias especies de roedores (i.e., Cryptomys hottentotus, Phodopus sungorus, Spalax ehrenbergi) y una de murciélagos, pero no hay evidencia conclusiva de que los grandes mamíferos la tengan. O no la había, ya que un reciente trabajo aparecido en PNAS indica que vacas, venados y corzos exhiben en campo abierto un comportamiento que sugiere el alineamiento con el campo magnético terrestre. Este trabajo ha sido realizado por Sabine Begall, del Departamento de Zoología General de la Universidad de Duisburgo-Essen, y colaboradores, lleva por título

y aparecerá en el número del 9 de septiembre de PNAS. En este trabajo, los autores han tomado datos del alineamiento de 8,510 vacas (en 308 rebaños) y 2,974 ciervos (en 241 localidades), y han comprobado que no sólo éste es significativamente diferente (a nivel 0.01) de un alineamiento aleatorio, sino que muestran una preferencia al alineamiento en sentido Norte/Sur (el ángulo medio es 6.4º/186.4º, con relación al Norte magnético). Los datos se han obtenido de diferentes fuentes. Una de ellas es Google Earth, que proporciona imágenes de rebaños de vacas en todos los continentes. También se ha realizado trabajo de campo (tanto diurna como nocturna) en la República Checa, incluyendo tanto observación directa como de las marcas dejadas por los animales en pasto o nieve.

Hay diferentes motivos diferentes del campo magnético que pueden influir en el alineamiento de los animales. Los más obvios son los accidentes geográficos, la presencia de agua, animales en periodo de lactancia, etc. Estos se han tenido en cuenta durante la fase de preparación de los datos, eliminando los ejemplares que no estaban pastando o descansando en campo abierto y llano. Otro factor es el viento, con el que los animales se pueden alinear para minimizar pérdidas de calor. Sin embargo, este factor no puede dar cuenta de que los animales tengan una alineación consistente en dirección N/S en muy diferentes localizaciones geográficas y en diferentes épocas del año. Más aún, la observación directa se hizo en días sin viento. El sol es otro factor importante, ya sea por termorregulación, orientación, o sencillamente para evitar destellos. Nuevamente puede excluirse como factor central debido a la presencia de observaciones nocturnas, la eliminación de ejemplares que se hallan claramente tomando el sol, y la ausencia de indicación de que haya estrés por calor en los animales. De hecho no hay correlación entre la orientación de los animales y la hora del día en la que se hizo la observación de campo.

Queda pues la opción del campo magnético como la mejor explicación hasta el momento. De hecho, cuando la posición del animal es más cercana a los polos (y por lo tanto la diferencia en dirección entre el Norte geográfico y el Norte magnético es mayor), hay diferencia significativa en los alineamientos cuando se usa como referencia el Norte geográfico, pero no la hay (ni siquiera a nivel 0.1) cuando se usa como referencia el Norte magnético. Otra pista al respecto la da el hecho de que en zonas en las que hay un campo magnético fósil de gran intensidad, las vacas tienen a estar desalineadas con relación al Norte magnético.

Es un cierto misterio por qué se produce este alineamiento. En términos biofísicos no hay grandes requisitos para que se tenga habilidad magnetorreceptora, y de hecho se ha argumentado que otros grandes mamíferos como caballos, cetáceos e incluso humanos la poseen (hay al parecer pequeñas diferencias en la latencia del movimiento rápido de ojos y de la actividad electroencefalográfica de individuos orientados N/S frente a los orientados E/O). La cuestión es cuál es la ventaja evolutiva que el ejercicio de esta habilidad puede suponer a los rumiantes. Los autores especulan con la posibilidad de que permita mantener una orientación espacial constante, de utilidad en caso de que tengan que realizar una huida rápida. De todas formas, lo más sorprendente es que este comportamiento haya permanecido inadvertido desde los albores de la ganadería.

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La Cassini identifica los puntos de origen de los géiseres de Encélado

Posted by Carlos en agosto 25, 2008

Tras sobrevolar el Polo Sur de Encélado en pos de las “rayas de tigre“, el análisis de la información obtenida por la Cassini ha permitido identificar con precisión el punto de origen de los géiseres de agua y material orgánico que tanto interés astrobiológico y geoplanetario han causado. La propia captura de las imágenes es todo un éxito de por sí, habida cuenta de que la sonda se desplazaba a una velocidad de 64,000 km/h en relación a Encélado. Paul Helfenstein, uno de los miembros del equipo de imagen de la Cassini, proporciona una analogía de la dificultad del proceso: es como obtener una foto perfectamente nítida de un distante cartel publicitario de carretera, usando un gran teleobjetivo a través de la ventana de un coche a toda velocidad. Dado que era imposible realizar un seguimiento de la zona objetivo a esa velocidad, la técnica empleada se ha basado en adelantarse a la trayectoria de Encélado, hacer girar la sonda a toda velocidad en dicha dirección, y tomar las imágenes en el momento en que las trayectorias predichas de cámara y satélite coincidían.

Surcos Baghdad y Cairo en Encélado (NASA/JPL/Space Science Institute)

Surcos Baghdad y Cairo en Encélado (NASA/JPL/Space Science Institute)

Las imágenes muestran fracturas en forma de V de 300 metros de profundidad, cuyos flancos se hallan cubiertos de depósitos de los géiseres. Las partículas de hielo que cubren extensivamente la superficie se creen originadas en la condensación del vapor caliente de agua que emerge de pequeñas grietas superficiales, y pueden llegan a sellarlas, provocando la aparición de nuevas fumarolas en otras partes del surco. Esta dinámica provoca el desplazamiento continuo de los géiseres a lo largo de las rayas de tigre, y una mejor compresión de la intensidad y alcance de esta actividad geológica puede dar pistas importantes sobre la posibilidad de que haya grandes depósitos de agua líquida en el subsuelo de Encélado (lo que por supuesto dispararía el interés astrobiológico del satélite).

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Música para el domingo – Baker Street (Gerry Rafferty)

Posted by Carlos en agosto 24, 2008

El domingo es día de asueto y nada mejor que un poco de música para amenizarlo. Por ejemplo “Baker Street“, uno de los temas más inolvidables de Gerry Rafferty. Incluido en City to City, el segundo álbum en solitario del escocés, fue su mayor éxito allá por 1975, y todavía hoy es recordada por la fantástica melodía del saxo. ¡Que lo disfruten!

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El enigma de Urano, o cómo la materia oscura podría explicar el calentamiento interno de los planetas gigantes

Posted by Carlos en agosto 22, 2008

Uranus

NASA, ESA, and M. Showalter (SETI Institute)

Urano, el tercer planeta en tamaño del sistema Solar, guarda en su interior uno de los enigmas a los que los científicos planetarios llevan dándole vueltas desde hace años. Cuando en 1986 se analizaron detenidamente los datos obtenidos de la observación del planeta en la banda de infrarrojos se comprobó que irradiaba una cantidad muy pequeña de calor interno, máxime en comparación con el resto de planetas del Sistema Solar exterior. Concretamente, si se calcula la relación entre el calor despedido por el planeta y el que recibe del Sol se obtiene un valor situado entre 1.00 y 1.14 (i.e., en el mejor caso Urano emite un 14% más de calor del que recibe del Sol), mientras que para el resto de gigantes (Júpiter, Saturno, Neptuno) la relación es siempre mayor que 1.7. Esto hace de Urano el planeta más frío del Sistema Solar, con temperaturas atmosféricas de hasta -224ºC.

Las causas por las que Urano es tan frío no acaban de estar claras. Su estructura interna es diferente de la de Júpiter y Saturno (gigantes gaseosos), pero similar a la de Neptuno, con el que comparte la denominación de gigante de hielo. De hecho, aproximadamente un 80% de la masa del planeta es roca y hielo. Para ser precisos, Urano tiene un pequeño núcleo rocoso rodeado de un manto de agua, metano y amoniaco en fase fluida debido a la combinación de presión y temperatura. Por encima, una atmósfera de hidrógeno, helio, y partes menores de agua, metano y amoniaco, que se va mezclando gradualmente con el manto líquido. La única -o la principal- característica distintiva de Urano frente a sus planetas hermanos es la extrema inclinación de su eje de rotación (98º), que prácticamente sitúa a los polos del planeta en el plano orbital. Esta inusual inclinación se atribuye a un colosal impacto en el pasado, y bien pudo tener otros efectos de carácter profundo en el planeta, incluyendo la desactivación de la producción interna de calor. Para ver por qué pudo suceder esto, es necesario ver algunas de las hipótesis planteadas en torno al calentamiento interno de los planetas gigantes.

Indudablemente hay un componente gravitatorio en este flujo de calor, pero ése no es el fin de la historia. Así, se ha propuesto que la interacción con materia oscura puede jugar un papel fundamental. Del mismo modo que hay un halo de materia oscura asociado a la galaxia, cuerpos de menor tamaño (estrellas y planetas) pueden interactuar localmente con nubes de materia oscura. Algunos modelos de materia oscura sugieren que ésta puede auto-aniquilarse, lo cual podría ayudar a solventar las dificultades que los modelos de materia oscura fría presentan en relación con la estructura a pequeña escala de las galaxias. Un análisis de este tipo lo realizan por ejemplo Matthew W. Craig y Marc Davis en un trabajo titulado

publicado en New Astronomy (preprint disponible aquí). Aunque no exento de problemas (e.g., hay que justificar que la materia oscura no se auto-aniquilara completamente en el Universo joven, y hacer compatibles los productos de la aniquilación con las observaciones del fondo de rayos gamma), un modelo de este tipo podría explicar fenómenos como el bajo número de satélites de materia oscura de la Vía Láctea. A una escala de tamaño menor, la energía de la aniquilación de materia oscura capturada por un planeta podría efectivamente contribuir al calentamiento planetario. De ser así, el caso particular de Urano proporcionaría restricciones en relación a las características de la materia oscura en el halo galáctico. Esta consideración ha sido precisamente analizada por Saibal Mitra en un trabajo titulado

publicado en Physical Review D. Los números no terminan de cuadrar sin embargo, y en el caso de la Tierra hay una discrepancia en el flujo de calor de dos órdenes de magnitud en relación con lo que la acreción con perfecta eficiencia de materia oscura del halo galáctico indicaría. Una alternativa es la planteada por Stephen L. Adler en un artículo titulado

que está disponible desde hace dos días en ArXiv. En este paper Adler considera el caso de que la materia oscura no se auto-aniquile, lo que favorecería una mayor interacción con la materia bariónica ordinaria. La densidad máxima de la materia oscura ligada gravitatoriamente al Sol es de 105 (GeV/c2)/cm3, y una nube de tal densidad bastaría para explicar los flujos de calor en los planetas jovianos. En el caso particular de Urano, Adler aventura que el impacto que inclinó su eje de rotación tuvo el efecto de dispersar la nube de materia oscura que lo rodeaba (sería un efecto similar al observado en el Cúmulo Bala), con lo que privaría al planeta de su fuente de calentamiento interno.

Es una hipótesis interesante, y que también podría tener implicaciones en relación con el calentamiento de los exoplanetas del tipo “Júpiter caliente”, pero depende de la naturaleza de la materia oscura, por lo que habrá que esperar a que se tenga más información en relación a la misma para determinar si sigue siendo factible.

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“Timelike Infinity” de Stephen Baxter

Posted by Carlos en agosto 21, 2008

Timelike Infinity es el punto de entrada (o quizás podríamos decir el carril de aceleración) para la secuencia Xeelee, y una de las más brillantes obras de Stephen Baxter. El propio nombre de la novela es toda una declaración de intenciones del autor: el infinito de tipo tiempo es una de las tres condiciones de contorno de Cauchy de un universo abierto como el nuestro, y representa a los eventos en el futuro infinitamente remoto del observador (las otras dos condiciones de contorno de Cauchy serían el Big Bang inicial, y el infinito de tipo espacio). Nos hallamos pues ante una trama con pretensiones de magnitud cósmica, tanto en los objetivos de los personajes como de la secuencia temporal en la que se desarrolla la historia.

La narración comienza en la Tierra de dentro de unos 3200 años. En esa época la raza humana se haya sometida por una especie alienígena, los Qax. No es la primera vez que una ocupación de este tipo ha tenido lugar desde que allá por el año 3000 DC se desarrollaran los motores GUT y la tecnología de agujeros de gusano, la Humanidad se expandiera por el Sistema Solar y se empezara la exploración interestelar. El primer contacto con una raza alienígena -los Squeem- se produjo unos 400 años antes de la ocupación Qax, y el resultado fue nefasto a corto plazo: los Squeem sometieron a la Humanidad, aunque finalmente su dominio fue vencido. En este proceso se obtuvo el acceso a hipermotores (tecnología que al parecer los propios Squeem habían obtenido de los fabulosos Xeelee), lo que facilito una rápida segunda expansión humana. Dicha expansión se vio frenada en seco al entablar contacto con los Qax, y volver al estado de ocupación. En este caso, las perspectivas de futuro son sin embargo mucho más oscuras: los Qax han convertido la Tierra en una gigantesca biofactoría, con granjas de plancton a lo largo de todas las costas, y han proscrito el acceso a la tecnología avanzada desarrollada por el hombre (incluyendo los métodos de anti-senescencia que permitían alargar enormemente la vida).

Todo empieza cuando Jasoft Parz, una suerte de embajador humano, es convocado por el gobernador Qax. La reunión tiene lugar en un spline, una criatura viva y semi-sintiente adaptada para el viaje interestelar, y en ella el gobernador cuestiona a Parz sobre la llegada al Sistema Solar de una antigua nave terrestre. Se trata de la Cauchy, una nave que fue lanzada como parte del Proyecto Interfaz 1500 años antes en una trayectoria circular a velocidades relativistas. Su preciada carga es una de las bocas de un agujero de gusano, que por mor de la dilatación temporal sólo ha experimentado 100 años de tiempo propio. Esto significa que constituye una puerta temporal 14 siglos al pasado. Más aún, el gobernador informa a Parz de que otra nave terrestre, burlando todos los controles y empleando tecnología prohibida, ha despegado de la Tierra y ha atravesado el agujero de gusano. El Qax se halla totalmente fuera de juego y es incapaz de determinar una línea de acción, por lo que solicita consejo a Parz. Al no recibir información de utilidad de éste, finalmente decide crear otro agujero de gusano que conecte su presente con cinco siglos en el futuro, para de esta forma recibir ayuda de él mismo o de sus congéneres de dicha época. En el momento en que esta puerta temporal está lista, de ella emerge uno de los míticos nightfighters de los Xeelee, tripulado por un Qax. Éste les informa de los desastrosos resultados del viaje temporal de los humanos, y castiga al gobernador Qax por su incompetencia. Asimismo, comunica que una flota debe viajar a través del primer agujero de gusano para aplastar a la raza humana en el pasado. Dicha flota está compuesta por dos splines, y Jasoft Parz debe ir también, como parte de la humillación final para la Humanidad.

En la Tierra del año 3800 DC, Michael Poole -el ingeniero del proyecto Interfaz- recibe noticias de que una nave ha emergido del interfaz en Júpiter, aunque no se trata de la Cauchy. La única transmisión de radio de esta nave solicita su presencia, por lo que a pesar de su reticencia inicial, se desplaza a Júpiter desde su retiro en el Cinturón de Kuiper en compañía de Harry, una simulación informática de su padre. El mensaje fue enviado por Miriam Berg, antigua compañera sentimental de Poole y la única componente de la tripulación de la Cauchy que está a bordo de la astronave. El resto de ocupantes de esta nave son miembros del grupo encubierto que organizó su construcción y lanzamiento a través del interfaz. Dicho grupo se autodenomina los “Amigos de Wigner”, en referencia al experimento mental propuesto por el físico Eugene P. Wigner en el s. XX. Aunque su objetivo final es la salvación de la Humanidad, no muestran el menor interés en advertir a la Tierra de lo que se avecina en el futuro. Su plan -que se niegan a desvelar a Poole o a Berg- se basa en una interpretación radical de los postulados de Wigner, y es de una escala muchísimo mayor, tanto que cualquier sacrificio estaría justificado. Los eventos se precipitarán cuando desde la interfaz emerjan los splines Qax de 1400 años en el futuro dispuestos a acabar con la civilización humana.

Timelike Infinity es una novela brillante que conjuga satisfactoriamente elementos de space opera, viajes en el tiempo, y ciencia ficción hard. De hecho, uno de los grandes logros de Baxter en esta obra es encontrar un equilibrio entre la historia “local”, descrita y concluida de manera autocontenida (con algunos detalles ciertamente imaginativos, tales como la descripción física de los Qax, seres increíblemente frágiles físicamente y sin embargo de longevidad potencialmente indefinida), y la historia “global”, ese Universo en el que se desarrollan acontecimientos de escala inimaginable de los que los Xeelee son protagonistas. En este sentido, se introducen diferentes pinceladas sobre la gran obra de ingeniería cósmica de los Xeelee -el Anillo- y sobre el destino final del Universo, que hacen realmente volar la imaginación. Estos aspectos serán tratados en detalle en Ring,la impresionante conclusión (en el sentido cronológico) de la secuencia Xeelee.

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Objetos hipercompactos: Chandrasekhar destapa la caja de Pandora

Posted by Carlos en agosto 20, 2008

Subrahmanyan Chandrasekhar

Subrahmanyan Chandrasekhar (1910-1995)

Corría el verano de 1930 cuando un joven indio licenciado en física emprendió el viaje en barco desde Madrás a Southampton, en su camino para incorporarse como estudiante de doctorado a la Universidad de Cambridge. Se trataba de Subrahmanyan Chandrasekhar, que gracias a una beca del gobierno indio podría realizar su tesis doctoral bajo la supervisión del prestigioso físico británico Ralph H. Fowler (yerno por cierto de Ernest Rutherford). El joven Chandrasekhar estaba fascinado por la física estelar, y por cómo la mecánica cuántica había conseguido dar cuenta de uno de los problemas con los que físicos y astrónomos se habían visto enfrentados hasta apenas un lustro antes: la estabilidad de las enanas blancas. La evidencia obtenida mediante observación astronómica indicaba que las enanas blancas poseían una gran densidad, que se suponía soportada gracias a la agitación térmica del gas. Sin embargo, una vez que la estrella se fuera enfriando y la agitación térmica se redujera, la estrella debería contraerse aparentemente sin límite, lo que no tenía ningún sentido en aquella época.

La solución a este rompecabezas la daría el mencionado R.H. Fowler cuando mostró como un efecto cuántico entraba en juego deteniendo la implosión: el principio de exclusión de Pauli impide que dos fermiones ocupen el mismo estado cuántico, por lo que a medida que la estrella se contrae los electrones presentes en el plasma ven limitados sus movimientos a cubículos cada vez más pequeños. Esto implica que sus movimientos se hace cada vez más rápidos (conclusión a la que se puede llegar bien a través del principio de incertidumbre de Heisenberg, o a través de la dualidad onda-partícula, asumiendo una longitud de onda del orden del tamaño del cubículo), lo que resulta en una presión adicional (adecuadamente denominada de “degeneración electrónica”) que sustentaba a la estrella frente a su gravedad.

El joven Chandrasekhar decidió ocupar las casi tres semanas de viaje en barco en estudiar los detalles de la solución de Fowler, y lo que podía derivarse de la misma en relación a la estructura de la enana blanca (i.e., como iría variando la densidad y presión en función de la profundidad). Aplicando lo que se conocía para las estrellas de la secuencia principal, Chandrasekhar obtuvo un resultado que le inquietó: en enanas blancas lo suficientemente masivas la densidad sería tan elevada que los electrones se moverían a velocidades relativistas. En estas circunstancias ya no se podía aplicar un enfoque clásico, y había que intentar meter en el juego a la relatividad especial. La conclusión de los nuevos cálculos arrojó un resultado inesperado: en el caso de las enanas blancas poco masivas los efectos relativistas podían ser ignorados y se encontraba un punto de equilibrio entre gravedad y presión de degeneración electrónica que suponía la estrella tendría un radio inversamente proporcional a la raíz cúbica de su masa; sin embargo, en el caso relativista la presión de degeneración disminuye, ya que los electrones necesitan cada vez más energía para aumentar su velocidad. En el límite (cuando los electrones se mueven a velocidades cercanas a la de la luz) hay una masa crítica por encima de la cual la presión de degeneración no es capaz de sostener a la estrella frente a su propio peso. Hoy denominamos a esa masa crítica el límite de Chandrasekhar, y su valor es de entorno a 1.4 masas solares.

Concepción artistica de la superficie de la enana blanca h1504+65

Concepción artística de la superficie de la enana blanca h1504+65

Este resultado era perturbador, fundamentalmente por lo que implicaba en relación a las estrellas que llegaran a su etapa final con una masa superior a este límite. Una implosión sin límite era algo simplemente absurdo para la mentalidad de la época. A pesar de esto, Chandrasekhar consiguió publicar su análisis en un artículo titulado

que apareció en 1931 en el Astrophysical Journal. La comunidad científica hizo sin embargo oídos sordos al mismo, y no sería hasta cuatro años más tarde, después de que Chandrasekhar hubiera finalizado su tesis doctoral en un área relacionada pero diferente (politropos rotatorios), que retomaría este tema. Lo hizo además de manera espectacular por la ingente cantidad de trabajo que tuvo que llevar a cabo para profundizar en su análisis: resolvió numéricamente las ecuaciones de estado para un conjunto de diez enanas blancas de diferentes densidades centrales (hay que recordar que en 1935 no había computadores para hacer los cálculos numéricos, sino únicamente toscas calculadoras mecánicas manuales). Los resultados fueron publicados en un artículo aparecido en las Monthly Notices of the Royal Astronomical Society que llevaba por título

El límite de masa quedaba claramente vindicado: las simulaciones numéricas producían enanas blancas de masa inferior a la masa crítica. No obstante, seguía estando en el aire qué ocurría con las estrellas de masa superior. Este fue precisamente el flanco débil por el que el ilustre Arthur S. Eddington, haciendo acopio de principio de autoridad, se negó a aceptar el resultado de Chandrasekhar. Para él era preferible conjeturar la existencia de algún mecanismo que compensara la pérdida relativista de presión de degeneración (y que de este modo permitiera la existencia de enanas blancas de masa arbitraria), a admitir que pudiera darse una implosión sin límite. Su preeminencia en la comunidad física era tal, que su oposición puramente filosófica a los resultados de Chandrasekhar eclipsó la evidencia matemática que sustentaba a estos últimos.

En el debe de Sir Arthur quedará para la posteridad el haber “quemado” tanto al joven Chandrasekhar como para hacerle cambiar de área de investigación. En cualquier caso, podemos imaginar que de manera similar a como hiciera Galileo siglos atrás, Chandra se despidiera con un “Y sin embargo, implosiona”.

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El amigo de Wigner y los misterios de la mecánica cuántica

Posted by Carlos en agosto 18, 2008

Eugene Paul Wigner

Eugene Paul Wigner (1902-1995)

La física se está volviendo terriblemente compleja, tanto que para cuando un físico aprende lo suficiente para comprender la naturaleza de los problemas ya es demasiado viejo para solucionarlos.

Eugene Wigner, físico y matemático húngaro

Eugene P. Wigner fue un físico y matemático de origen húngaro, fundamentalmente conocido por su investigación en el área de la mecánica cuántica y la física nuclear, la cual le valdría en 1963 el Premio Nobel de física. Científico de enorme talento, realizó también incursiones en un campo de índole más filosófica en relación a la interpretación de la mecánica cuántica como descripción de la realidad física, y más concretamente del papel que un observador consciente juega en el modelado de dicha realidad.

A grandes rasgos, un sistema se describe mecanico-cuánticamente mediante una función de onda que evoluciona en el tiempo y que contiene nuestro conocimiento sobre el mismo y los estados en los que puede encontrarse. A nivel macroscópico esta descripción no es determinista, ya que a partir de la función de onda sólo pueden determinarse probabilidades de cada uno de los estados del sistema. En un nivel práctico, el proceso de observación de dicho estado constituye una medida del sistema, y si se repite un gran número de veces la distribución de probabilidad de los resultados tenderá a reproducir la predicción de la función de onda. Existen en cualquier caso un número de cuestiones de fondo de naturaleza ontológica, tales como por ejemplo la realidad física de la función de onda, o el significado preciso de medida u observación.

Desde el punto de vista más clásico, la interpretación de Copenhague sugiere que la función de onda no es más que una construcción matemática sin naturaleza real, y que el proceso de medida resulta en un colapso de dicha función, obteniéndose un resultado de la observación de acuerdo con las probabilidades indicadas por la función de onda. Un punto de vista diametralmente opuesto, la interpretación de los múltiples universos, se basa en la idea de decoherencia cuántica, y sugiere que cuando la interacción de un sistema con su entorno alcanza un estado irreversible (diferentes partes de la función de onda del sistema se entrelazan con la función de onda del entorno de manera que no pueden seguir interfiriéndose), se produce una ramificación en universos alternativos en los que la función de onda parece haber colapsado a cada uno de los posibles resultados de la interacción. Ambas interpretaciones –la de Copenhague y la de los múltiples universos– tienen a su vez diferentes variantes (véase también el apunte de Pedro J. en relación a estos aspectos).

El experimento del gato de Schrödinger

El experimento del gato de Schrödinger

Interpretaciones como la de los múltiples universos simplifican la cuestión del proceso de medida, en particular en relación a la participación de un observador consciente, aunque la divergencia de un número potencialmente infinito de universos pueda parecer una solución poco económica. Por otra parte, la interpretación de Copenhague adolece de la vaguedad de la noción de medida, y es precisamente en este contexto en el que Eugene Wigner propuso el experimento mental conocido como el “amigo de Wigner”. Este experimento es una extensión del conspicuo experimento del gato de Schrödinger, y en él suponemos que la celda del gato está dentro de una celda mayor en la que hay otro científico que participa en el experimento (además de Wigner que permanece en el laboratorio fuera de ambas cajas). De acuerdo con la interpretación de Copenhague del experimento clásico, el gato esta en un estado de superposición vivo/muerto hasta que el observador abre la caja y comprueba su contenido. En el experimento de Wigner se procede del mismo modo, pero dado que el amigo de Wigner está a su vez dentro de una caja, el primero no sabe qué es lo que este último ha observado hasta que él mismo abra la celda y le pregunte. La cuestión es: ¿está el gato en un estado macroscópicamente definido una vez que el primer observador abre la caja, o sólo cuando Wigner descubre el resultado final? De asumir que no lo está en el momento en el que el amigo de Wigner abre la caja del gato, sino que se produce una superposición “gato vivo-amigo feliz”/“gato muerto-amigo triste”, podemos aplicar el mismo razonamiento a Wigner con relación a un tercer observador, y así sucesivamente. Se ha producido una catástrofe de von Neumann que sólo se puede solventar si se asume que fue el primer observador consciente el que hizo que la función de onda colapsara.

Nuevamente, la interpretación de los múltiples universos elimina esta aparente necesidad de un observador consciente, pero no es la única. Por ejemplo, teorías de colapso objetivo, e.g., la abogada por Roger Penrose, simplifican la cuestión: tan pronto como la superposición de estados alcanza una complejidad crítica se produce el colapso de manera espontánea. Ambas interpretaciones resultan satisfactorias, partiendo por supuesto de la base que el observador consciente no ha de tener ningún papel especial, lo cual parece bastante razonable. Como dijo Einstein, “¿de veras piensas que la Luna no está cuando no la miras?

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Música para el domingo – Fast as a Shark (Accept)

Posted by Carlos en agosto 17, 2008

El domingo es día de asueto y nada mejor que un poco de música para amenizarlo. Por ejemplo, este potentisimo tema de Accept titulado “Fast as a Shark“. Se trata de la canción de apertura del cuarto álbum -Restless and Wild- de la banda alemana, considerado por su líder Udo Dirkschneider como el más importante de su discografía. Aunque nunca he sido un gran entusiasta del heavy metal, esta canción es realmente notable. Con un ritmo de bombo estremecedor, puede considerarse con retrospectiva que esta es la primera canción de speed metal, y quizás la mejor (aunque aquí entramos en cuestión de gustos). Obviando la voz desvencijada de Udo, los riffs de guitarra en la parte intermedia de la canción (1 minuto instrumental más o menos) son fantásticos. ¡Que lo disfruten!

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