La Singularidad Desnuda

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

Archive for the ‘Física’ Category

Consejos para un aspirante a físico de partículas

Posted by Carlos en noviembre 25, 2009

La pulsión por ser físico de partículas es una de las manifestaciones más frecuentes de ese nerd que todos llevamos dentro. En la mayor parte de las ocasiones conseguimos refrenar tan seductor instinto, pero si alguien se decide a sucumbir plenamente a ese oscuro objeto de deseo y -lo más importante- si encuentra la ocasión de unirse a un grupo de investigación en el que dar rienda suelta al sensual goce del Universo de altas energías, hay algunos consejos que pueden ser de gran utilidad, tal como Tommaso Dorigo nos cuenta en su blog A Quantum Diaries Survivor.

A modo de resumen -los interesados disfrutarán sin duda de la lectura de las reflexiones completas de Tommaso en dos posts: aquí y aquí- estos consejos son:

  1. Desnúdate [¡intelectualmente!] delante de unos pocos elegidos. Quién más, quién menos infló su CV para obtener el puesto de becario en el laboratorio, así que mejor que tu jefe sepa cuanto antes que, bueno, hay algunas lagunas en tus habilidades y conocimientos. Más vale una vez colorado que ciento amarillo.
  2. Conviértete en alguien conocido. No sólo es importante trabajar, sino que los demás vean que trabajas y que estás metido en todos los fregados (científicos, claro). Acude a tres veces más seminarios y reuniones de los que en realidad precisas. Puedes aprovechar el tiempo haciendo pruebas con el portátil, y pillarás algo de comer.
  3. Sé un tonto hoy si quieres ser un gurú mañana. Éste es fantástico. El consejo número 2 está bien como un primer paso, pero además de dejarse ver hay que hacerse ver y oír. Hay que preguntar frecuentemente en las presentaciones, aunque parezca que la pregunta es tonta o denota ignorancia. No hay que subestimarse ni sobreestimar el nivel del resto de la audiencia. Además en muchas ocasiones las preguntas serán pertinentes y se aprenderán cosas. Incluso puede que estimules [¡intelectualmente!] al orador.
  4. Revisa tus artículos. A diferencia de otros campos (o no, pero dejémoslo así), en física de altas energías es posible ir de co-autor en un artículo sin haber hecho una contribución decisiva al mismo, e incluso sin haberlo leído antes de que salga impreso. Leer los borradores y sugerir correcciones o apuntar comentarios sobre algún aspecto te hace aprender sobre el tema del artículo, sobre el arte de la comunicación científica, y te da puntos en el prestigiómetro.
  5. Habla de ti mismo en tercera persona. Esto es algo que hasta Maradona sabe, y que más allá del aspecto sintáctico se traduce en que hay que ser humildes pero no muy humildes, y no dejarse pisar el terreno. De la pose de autoconfianza a una genuina seguridad sólo hay un paso, pero hay que darlo.

No están mal traídos estos consejos, y aunque uno no sienta la llamada de Planck con tanta intensidad como para meterse a la física de partículas profesional, los consejos son bastante universales. ¡Que Fermi te acompañe!

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Detectada una atmósfera de carbono en una joven estrella de neutrones

Posted by Carlos en noviembre 7, 2009

Cassiopeia A supernova remnant

NASA/CXC/MIT/UMass Amherst/M.D.Stage et al.

Casiopea A es un objeto fascinante. Se trata de una estrella de neutrones remanente de una supernova que tuvo su origen a unos 3,3-3,7 kpc de distancia de la Tierra, hace unos 300 años (se piensa el evento podría corresponderse con registros históricos de 1680). La imagen superior muestra restos de material en expansión a una velocidad de unos 4 000 km/s y a temperaturas de unos 30 millones de kelvins. La onda de choque de la nube de material distorsiona las líneas de campo magnético, creando una especie de acelerador de partículas natural que convierte a Casiopea A en la radiofuente más intensa del firmamente (fuera del Sistema Solar).

Con todo, lo más interesante está en el interior de la nube. Se trata de una jovencísima estrella de neutrones que ofrece una ventana de observación única a la infancia de este tipo de objetos astronómicos. Utilizando dos conjuntos de datos recopilados por el Observatorio de Rayos X Chandra relativos al espectro de emisión de Casiopea A, Wynn C. G. Ho (de la Universidad de Southampton) y Craig O. Heinke (de la Universidad de Alberta) han realizado un estudio de la posible composición atmosférica de esta estrella de neutrones. Quien haya tenido ocasión de leer la fantástica “Huevo de Dragón” de Robert L. Forward recordará como los cheela habitaban la superficie de una estrella de neutrones rodeada de una milimétrica atmósfera compuesta fundamentalmente de hierro. Este tipo de atmósfera es el que se puede esperar en estrellas de neutrones maduras, pero no se corresponde con las características de Casiopea A. Ho y Heinke han considerado diferentes composiciones atmosféricas tales como carbono, helio, nitrógeno, oxígeno, e hidrógeno, así como un modelo de cuerpo negro. Los resultados los exponen en un trabajo titulado

publicado en Nature. Como indica el título del trabajo, la conclusión es que Casiopea A está rodeada de una finísima atmósfera de carbono (de unos 10 cm, pero con la densidad del diamante). Una atmósfera de estas características es consistente con el espectro observado, y a diferencia de otras composiciones atmosféricas sugiere que la superficie no tendría pequeñas regiones calientes, sino que la región de emisión superficial sería comparable al tamaño de la estrella (~12-15 km, lo que encaja muy bien con el tamaño predicho de unos 10-14 km). En otras palabras, no habría variación en la emisión a medida que la estrella rota, y por eso no se observarían pulsaciones, nuevamente de manera consistente con los datos.

Estructura de Casiopea A

Credit: X-ray: NASA/CXC/Southampton/ W. Ho et al.; Illustration: NASA/CXC/M.Weiss

Dependiendo de la distancia exacta a la que Casiopea A se encuentre, pueden obtenerse estimaciones de su temperatura y masa (que en el primer caso corresponden a temperaturas medias superficiales, a diferencia de los púlsares, en los que la temperatura medida es la de la región caliente, y por lo tanto una cota superior de la temperatura superficial). Dicha temperatura ronda los 1,8 millones de kelvins, y la masa de la estrella está acotada en 1,5-2,4 masas solares. La temperatura en las capas por debajo de la superficie puede superar los 100 millones de kelvins, lo que significaría que los materiales que por acrecimiento caigan en la estrella estarían sujetos a combustión nuclear (lo que acabaría con el hidrógeno en menos de un año, y con el helio en menos de un siglo). Entre diez mil y un millón de años en el futuro, la temperatura habrá bajado lo suficiente para que empiece a formarse una atmósfera de materiales ligeros.

Otra interesante propiedad de Casiopea A es la ausencia de un campo magnético fuerte. Queda por ver si el campo magnéticode la estrella progenitora está de alguna forma atrapado en el interior de la estrella de neutrones y emergerá en el futuro, o si de alguna forma esta baja actividad magnética es una propiedad permanente de esta estrella de neutrones. En ese caso podría haber un gran número de estrellas de neutrones análogas ocultas en el firmamento. Fascinante.

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Ruptura de simetría en redes de filamentos de actina produce una “cola cometaria” que impulsa a las células

Posted by Carlos en octubre 1, 2009

Las células de nuestro organismo son capaces de desplazarse en determinadas circunstancias: durante el desarrollo embrionario, durante la respuesta inmune, etc. Dicho desplazamiento (esto es, el desplazamiento por arrastre; hay otro tipo de desplazamiento basado en el impulso mecánico de flagelos, como en el caso de los espermatozoides) se realiza a través de redes de microfilamentos de actina, una proteína. Un artículo interesante describiendo este proceso es el titulado

realizado por Ananthakrishnan y Ehrlicher, y publicado en el International Journal of Biological Sciences, una revista de acceso abierto. Una de las cuestiones más interesantes en relación a este fenómeno es la ruptura de simetría que finalmente da lugar al movimiento. Cuando se observa el proceso se aprecia cómo se forma una envoltura simétrica de actina, y cómo esta envoltura se “rompe” de manera asimétrica, dando lugar a una especie de cola cometaria que propulsa a la célula, ya sea de manera suave o pulsante. Pulsando sobre la imagen inferior puede verse un vídeo ilustrativo.

Dayel et al. / PLoS Biology

Dayel et al. / PLoS Biology

El vídeo anterior está tomado de un artículo de Mark J. Dayel y colaboradores titulado

recién publicado en PLoS Biology. Dayel et al. han analizado mediante simulaciones y experimentos in vitro como pequeñas microesferas simétricas experimentan esta propulsión. En sus simulaciones una envoltura simétrica de filamentos de actina empieza a crecer en la superficie de la esera hasta que -al alcanzar un grosor del orden del radio de la esfera- se produce una rotura en dicha envoltura, y la esfera emerge de la misma dejando tras de sí una especie de cola cometaria de baja densidad. Hay diversos factores que entran en juego en el proceso: la mayor densidad de la red de filamentos junto a la superficie de la esfera que en el exterior de la envoltura provoca que sean más probables las microrroturas en esta última región. Una rotura de este tipo actúa de semilla para una rotura completa de la envoltura, debido a que la tensión de la red se realimenta positivamente en la zona de la fractura causando un fallo catastrófico en la misma, que se abre como las valvas de un molusco. Pulsando sobre la figura inferior puede verse un espectacular vídeo de una de las simulaciones.

Dayel et al. / PLoS Biology

Dayel et al. / PLoS Biology

Pueden verse más vídeos e ilustraciones en la página web de artículo. Realmente impresionante.

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Virus en superposicion cuántica

Posted by Carlos en septiembre 9, 2009

Ya hemos hablado en más de una ocasión del conspicuo experimento mental del gato de Schrödinger, ejemplo paradigmático de los quebraderos de cabeza que conlleva tener objetos macroscópicos en estados de superposición cuántica, tanto más si estos objetos son seres vivos. Aunque este experimento da mucho juego, el análisis del mismo ha sido básicamente un ejercicio conceptual. Al menos hasta el momento, ya que en los últimos tiempos se están poniendo las bases para llegar a analizar de manera práctica las implicaciones de este tipo de experimentos. La clave de esto está en el área de la denominada optomecánica cuántica de cavidades.

NCCR Quantum Photonics

NCCR Quantum Photonics

Imaginemos una microcavidad de apenas unas pocas micras de espesor y cuyas paredes internas son reflectantes. Si un haz de luz coherente empieza a rebotar en el interior de dicha cavidad se empezarán a producir interferencias, y determinadas longitudes de onda se verán reforzadas dependiendo de la frecuencia de resonancia de la cavidad. La presión de radiación resultante puede ejercer un impulso mecánico sobre un dispositivo apropiado. Si el dispositivo se diseña de manera adecuada, el objeto mecánico puede a su vez modificar la frecuencia de resonancia y por consiguiente la presión de radiación, eventualmente dando lugar a un acoplamiento optomecánico. Los esfuerzos de los investigadores se centran en alcanzar el estado estacionario del movimiento mecánico.

quantum optomechanics

Oriol Romero-Isart et al. - arXiv:0909.1469

Lo relevante de lo anterior es que es posible diseñar un experimento en el que el dispositivo mecánico es un objeto dieléctrico levitando dentro de la cavidad. Al no tener unión a otros objetos mecánicos, se supone que debería ser más fácil llegar al estado estacionario, y luego hacer que el movimiento del centro de masas del objeto esté en estado de superposición cuántica. El toque final lo proponen investigadores españoles y alemanes en un trabajo que acaba de aparecer en arxiv. El título del mismo es

y en el sugieren el uso de virus en un experimento como el descrito. El virus de la gripe común -por ejemplo- tiene un tamaño de unos 100 nm, comparable a las longitudes de onda de los láseres considerados en los experimentos. Más aún, los virus tienen una gran resistencia a las condiciones de vacío necesarias para el experimento, tienen propiedades dieléctricas, y ofrecen una ventana de transparencia a los haces de luz que evita el calentamiento del sistema.

quantum virus

Oriol Romero-Isart et al. - arXiv:0909.1469

Yendo un paso más allá, el experimento podría llegar a realizarse en el futuro con tardígrados, los famosos osos de agua que ocuparon un lugar destacado en los medios debido a su resistencia a las condiciones de vacío. Según los autores del trabajo este tipo de experimentos constituirán un primer paso para la compresión de cuestiones fundamentales tales como el rol de la consciencia en la mecánica cuántica.

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“La conspiración lunar ¡vaya timo!” de Eugenio Fernández Aguilar

Posted by Carlos en septiembre 3, 2009

La Conspiración Lunar ¡vaya timo!La conspiración lunar ¡vaya timo!” es un libro de Eugenio Fernández Aguilar, físico sevillano afincado en Cádiz y a la sazón editor del estupendo blog “Ciencia en el XXI”. Es el décimo título de la colección ¡vaya timo!, cuyo común denominador es el abordaje de mitos pseudocientíficos y supercherías de diverso pelaje, y cómo el pensamiento racional y el rigor científico pueden desmontarlos con facilidad. En este caso, el objeto de análisis son las teorías conspirativas que afirman que el hombre jamás llegó a la Luna, y que por lo tanto toda la evidencia del programa lunar no es más que un colosal montaje.

La idea de que nunca llegamos a la Luna es sin duda uno de los bulos más divertidamente ridículos que podemos encontrarnos, lo que no es óbice para que sea uno de los más extendidos. Además de la mentira y la manipulación –habituales en toda teoría conspiranoica que se precie– han contribuido a ello diversos factores, tales como la falta de conocimientos de muchos de los receptores del bulo y el efecto bloqueante que sobre el sentido común ejerce a veces el asombro ante una proeza tecnológica y científica como en su conjunto fue el Programa Apolo. Vaya en descargo de lo primero que algunos de los supuestos argumentos que se han esgrimido en pro de la conspiración lunar encierran medias verdades o sutilezas que requieren no sólo una aproximación crítica sino también una cierta compresión de los fenómenos subyacentes. Otros son sin embargo sonrojantes patochadas que sorprendentemente han encontrado su nicho memético y continúan propagándose. Tanto las afirmaciones del primer tipo como del segundo son en cualquier caso cuidadosamente demolidas en esta obra.

Tras una breve recapitulación del programa lunar y de las diferentes misiones Apolo que llegaron a depositar astronautas sobre la superficie de la Luna, el libro entra en materia con la conspiración mostrando en primer lugar a los actores principales de la misma, esto es, a sus más conocidos defensores y difusores, periodistas y escritores que han hecho de este bulo –y en algún caso de otros más– una forma de [ganarse la] vida. Acto seguido se consideran una a una hasta 50 hipótesis que intentan refutar la llegada del hombre a la Luna. Tal como el propio Eugenio comenta, estas 50 hipótesis no constituyen una lista exhaustiva pues no se puede desestimar la capacidad inventiva de los conspiranoicos, aunque sí que proporciona una muestra representativa de las objeciones más conocidas y de su tipología. Así, nos encontramos con hipótesis que aducen algún tipo de imposibilidad física para el viaje (e.g., atravesar los cinturones de Van Allen, soportar las temperaturas de la cara iluminada de la Luna, etc.), hipótesis que se centran en aspectos tecnológicos (e.g., los ordenadores de la época tenían una capacidad de cómputo insuficiente, el módulo lunar no tenía bastante combustible para volver, etc.), hipótesis basadas en supuestas inconsistencias o fallos en la evidencia audiovisual (e.g., fotos sin estrellas, sombras anómalas, la bandera que ondea sin atmósfera, etc.),  hipótesis construidas sobre material notoriamente falso (e.g., parodias documentales, vídeos secretos, etc.) y, como no, elementos conspirativos puros y duros (e.g., vídeos que se pierden, astronautas asesinados, lavados de cerebro, etc.). Cada una de estas hipótesis recibe su dosis de análisis crítico y es inexorablemente desmontada. El libro concluye con una lista de 10 pruebas contundentes de que sí se visitó la Luna, y con un capítulo de testimonios de cómo vivieron el alunizaje diferentes periodistas y científicos conocidos tales como Jesús Hermida, Miguel de la Quadra-Salcedo o Manuel Toharia entre otros.

El libro está escrito en un lenguaje claro y en un tono muy ameno. Destaca la cantidad de diagramas y de reproducciones en color de fotografías o fotogramas del proyecto lunar. Obviamente este detalle resulta fundamental, ya que muchas de las hipótesis consideradas se centran precisamente en anomalías en el material fotográfico. Algunas de las reproducciones fotográficas resultan un tanto pequeñas, por motivos quizás de producción. No obstante, todas las fotografías mostradas están en el dominio público y pueden consultarse por Internet. El mismo Eugenio recoge en su blog enlaces a las fotografías y vídeos relacionados en el libro. En resumidas cuentas, se trata de un libro muy entretenido y de lectura interesante, no sólo desde el punto de vista de refutar la conspiración lunar, sino también como medio para aprender sobre numerosos aspectos de las misiones Apolo y de las condiciones ambientales en la Luna.

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Los incidentes del LHC y la inmortalidad cuántica

Posted by Carlos en julio 27, 2009

Observación y función de onda son dos de los elementos de más sinuosa interpretación ontológica en el ámbito de la mecánica cuántica, y sobre los que el debate filosófico no cesa. Son múltiples los experimentos mentales concebidos a colación de la traslación a nivel macroscópico de fenómenos cuánticos en los que los citados conceptos juegan un papel central. El gato de Schrödinger es posiblemente el más conocido a nivel popular, y sobre la base del mismo se han construido escenarios más complejos en los que la participación de observadores adicionales pone a prueba la sutileza de los conceptos mencionados. Por ejemplo, ya comentamos hace tiempo el experimento del amigo de Wigner, una especie de versión matrioshka del gato de Schrödinger en el que se construye una cadena de observadores conscientes en cajas concéntricas, y que pone el acento en la relación entre consciencia y observación. Otro experimento relacionado con este extremo es el denominado suicidio cuántico.

El experimento del gato de Schrödinger

El experimento del gato de Schrödinger

La disposición de este experimento puede variar, pero para simplificar podemos imaginarnos que sustituimos al gato de Schrödinger por el propio Schrödinger, y que observamos el experimento desde su punto de vista. Supongamos por ejemplo que lo que hace Schrödinger es activar un dispositivo que incorpora un generador cuántico de números aleatorios que provocará o no el disparo de un cierto dispositivo letal incluido en la caja. El bueno de Schrödinger tiene una cierta probabilidad de sobrevivir, pero si repite el experimento una y otra vez la ruleta cuántica terminará por tocarle y su existencia tocará a su fin… o no. Y es que de acuerdo con la interpretación de los múltiples universos, cada vez que se activa el dispositivo se produce una ramificación en un universo en el que Schrödinger muere y otro en el que sobrevive. Es únicamente en este segundo universo en el que Schrödinger puede jugar de nuevo, y en el que se produce una nueva bifurcación. Eso quiere decir que existe un universo en el que –para incredulidad de Schrödinger, que llegará a sentirse invulnerable– siempre sobrevive. En este caso se puede hablar apropiadamente de inmortalidad cuántica. Nótese la reminiscencia antrópica del experimento, ya que el razonamiento sobre la propia existencia requiere que se sobreviva al experimento.

LHC black hole

Credit: Ecuador Ciencia

Viene todo esto a cuento de un comentario en Accelerating Future acerca de los nuevos problemas detectados en el LHC y que una vez más provocan un retraso en su puesta en funcionamiento. Concretamente, en esta ocasión se han detectado dos fugas entre el circuito de helio y el aislamiento de vacío, lo que en principio provocará que el reinicio del LHC no se produzca hasta mediados de noviembre. Recordemos que este es el tercer incidente serio que afecta a la fecha de entrada en estado operacional del LHC, tras la explosión de la envoltura criostática de uno de los gigantescos imanes cruadrupolos el 27 de marzo de 2007, y de un escape masivo de helio líquido el 19 de septiembre de 2008. Estos incidentes en modo alguno comprometen la seguridad del LHC, y de hecho no tienen nada que ver con los hipotéticos riesgos existenciales (e.g., creación de microagujeros negros estables, materia extraña, etc.) del mismo, cuidadosamente estudiados y descartados. No obstante, si hay alguien que aún abriga algún temor (o está deseando hacerlo), aquí puede encontrar una fuente adicional de inquietud: si el LHC fuera un dispositivo que desencadenara el Apocalipsis una vez activado, y de ser correcta la interpretación de los múltiples universos de la mecánica cuántica, estaríamos en la misma disposición que Schrödinger en el experimento del suicidio cuántico. Existiría entonces un universo en el que veríamos que el LHC fallaría persistentemente (en los universos en los que no fallara cesaría nuestra existencia). La ocurrencia de nuevos incidentes -tanto más si estos son cada vez más improbables- que continuaran retrasando la plena operatividad del LHC podría hacer que alguien se planteara si no estamos en la línea de universo “afortunada” (eso, y que los ingenieros del CERN serían como los mecánicos de Fernando Alonso, claro).

Si alguien ha llegado a inquietarse realmente con lo anterior, puede reconfortarse en el hecho de que está sujeto a la interpretación de los múltiples universos, de que lo acontecido hasta ahora no entra dentro de lo excepcional, y de que la puesta en marcha del LHC está prevista para otoño de este año, por lo que en el peor caso tenemos todo el verano por delante.

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Evolución de Algoritmos Cuánticos

Posted by Carlos en julio 10, 2009

Una de sesiones más interesantes de lo que llevamos de conferencia ha sido la referida a evolución de algoritmos cuánticos. El ponente de la misma ha sido Lee Spector (uno de cuyos trabajos sobre inteligencia artificial comentamos aquí in ilo tempore), y durante aproximadamente 2 horas nos desgranó un tutorial sobre algoritmos cuánticos que desembocó en la interrelación de los mismos con la programación genética. Antes de llegar a este último punto, comenzamos recordando uno de los experimentos más clásicos (y no por ello menos sorprendente) de la mecánica cuántica, esto es, el interferómetro de Mach-Zehnder.

Interferómetro de MAch-Zender (credit: Danielmader)

Interferómetro de Mach-Zender (credit: Danielmader)

En este experimento se emplean dos espejos semi-reflectantes (abajo a la izquierda, y arriba a la derecha) que con una probabilidad del 50% dejan pasar un fotón incidente o lo reflejan en dirección perpendicular. La intuición clásica indica que dado que hay dos bifurcaciones, cada una de las cuales es equiprobable, un fotón tendría un 50% de probabilidades de llegar al segundo espejo semi-reflectante por el camino superior y un 50% de hacerlo por el camino inferior. Una vez en el mismo, tendría un 50% de probabilidades de ser reflejado y un 50% de atravesarlo. Sumando el 25% de probabilidad de que el fotón llegue por el camino superior y se refleje y el 25% de que llegue por el camino inferior y atraviese el espejo, llegamos a que un 50% de los fotones llegarían al detector 2. Sin embargo, esta intuición no es correcta ya que la realidad indica que el 100% de los fotones llegan al detector 1. Esto es debido a que al ser reflejado un fotón se produce un cambio de fase de media longitud de onda en el mismo. De resultas del mismo se produce una interferencia destructiva al superponer los estados que desembocan en el detector 2, por lo que ningún fotón puede llegar al mismo. La única posibilidad factible son los caminos que llevan al detector 1.

Este experimento admite una vuelta de tuerca muy interesante: imaginemos que tenemos bombas cuya espoleta se activa en el momento que detectan un fotón. Dada una de estas bombas, podemos saber si funciona correctamente (o por el contrario es defectuosa) simplemente exponiéndola a la luz, aunque obviamente esto conduciría a la pérdida de todas las bombas plenamente funcionales. Un procedimiento más astuto hace uso del montaje anterior, y da lugar a lo que se conoce como comprobador de bombas de Elitzur-Vaidman. Básicamente, sustituimos el reflector inferior derecho por la bomba. Ahora, si la bomba es defectuosa se comportará como un espejo y el sistema será equivalente al anterior, es decir, todos los fotones llegarán al detector 1. Sin embargo, si la bomba funciona correctamente el fotón no puede seguir en estado superpuesto camino superior/camino inferior, ya que la explosión de la bomba supone un proceso de medida, y la función de onda debe colapsar a uno de los dos estados. Por lo tanto, puede pasar que la bomba explote (si el estado al que el fotón colapsa es el camino inferior), o que no lo haga (si el estado es el camino superior). En este segundo caso, al llegar al segundo espejo semi-reflectante no se produce interferencia destructiva, y hay un 50%-50% de posibilidades de que llegue a un detector o al otro. Si llega al detector 2 estamos seguros de que la bomba es buena. En otro caso hay que repetir el experimento hasta que eventualmente la bomba explote, el fotón llegue al detector 2, o tengamos una certeza razonable de que la probabilidad de que la bomba sea defectuosa es despreciable.

Dándole otra vuelta más de tuerca al sistema, podemos sustituir la bomba por un computador que ejecutará un algoritmo y producirá o no un fotón de salida. Nuevamente, inspeccionando los detectores podemos determinar cuál sería la salida del algoritmo, sin necesariamente ejecutarlo. Este montaje fue propuesto por Onus Hosten et al. en un artículo titulado

publicado en Nature (véase también este comunicado de prensa). Toda esta discusión constituyó un punto de entrada para ilustrar el concepto de superposición de estados y -tras una breve disgresión sobre la mente humana, la consciencia y su computabilidad- entrar en la noción de qubits y puertas lógicas cuánticas.Estas últimas las vimos a través de su notación matricial. Por ejemplo, si tenemos un qubit con valor \alpha|0\rangle + \beta|1\rangle, la siguiente matriz representa un NOT:

\left(\begin{array}{cc} 0 & 1 \\ 1 & 0 \end{array} \right)

ya que al multiplicarla por el vector columna (\alpha,\beta) obtenemos el vector columna (\beta,\alpha) (puede verse por ejemplo que en el caso clásico en el que \alpha=1, \beta=0 o viceversa se obtiene el resultado complementario). Más interesante es la puerta lógica SNR (square root of NOT):

1/\sqrt{2}\left(\begin{array}{cc} 1 & -1 \\ 1 & 1 \end{array} \right)

Al aplicarla una vez a un qubit que es 1 ó 0 se obtiene una suerte de aleatorización, ya que se pasa a un estado de superposición equiprobable entre ambos valores. Al aplicarla por segunda vez, se obtiene sin embargo el complemento:

\left(\begin{array}{c} 1 \\ 0 \end{array} \right) \Rightarrow \left(\begin{array}{c} 1/\sqrt{2} \\ 1/\sqrt{2} \end{array} \right) \Rightarrow \left(\begin{array}{c} 0 \\ 1 \end{array} \right).

Una de las posibilidades para la aplicación de técnicas de programación genética es tratar de buscar puertas cuánticas ad hoc, mediante la evolución de las matriz que la define. Yendo más allá, se puede pensar en programación genética para combinar puertas lógicas preexistentes y obtener un circuito que desarrolla un cierto propósito buscado. Un ejemplo de esto nos lo dio con un trabajo (que hay que decir ya tiene unos años) en el que se consiguió una solución nueva y eficiente a un problema simple (pero por algo hay que empezar). El trabajo en cuestión es

del propio Lee Spector et al., y que apareció en las actas del CEC 1999. Otras líneas de desarrollo apuntan a la construcción de algoritmos híbridos que combinan elementos clásicos con elementos cuánticos. Un área apasionante sin duda.

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Viajar por el (espacio-)tiempo, o cómo Marty McFly no fue el primer hombre en el espacio

Posted by Carlos en marzo 11, 2009

Hace unos meses teníamos ocasión de celebrar el primer centenario del nacimiento del concepto de espacio-tiempo, y aprovechando la efemérides hablamos un poco acerca de la geometría minkowskiana, y de cómo nos permite entender de manera muy intuitiva las aparentes paradojas que nuestra arraigada concepción del espacio y del tiempo como entes separados y absolutos provoca en el contexto relativista. Viene esto a cuento de una viñeta que Fernando, fiel lector del blog, me ha remitido (¡gracias, Fernando!). He aquí la viñeta, obra de Juan Lao, del blog Imageeknation (por cierto, un blog gráfico muy divertido y recomendable):

Juan Lao Tebar / Imageeknation

Juan Lao Tebar / Imageeknation

Esta viñeta está muy bien traída, y permite ilustrar la aparente futilidad que el viaje en el tiempo tendría en un universo newtoniano, con su espacio y su tiempo separados y absolutos. Recordemos en este sentido la versión cinematográfica (la de 1960) de “La máquina del tiempo” de H.G. Wells, en la que Rod Taylor se encuentra atrapado en el futuro tras unas compuertas que lo separan de los Eloi. Este problema lo soluciona volviendo a su tiempo en el s. XIX, desplazando unos metros la máquina del tiempo y regresando al futuro para presumiblemente aparecer esta vez detrás de la compuerta. En un contexto como éste cabe hacer una objección como la ilustrada anteriormente: la Tierra gira mientras orbita en torno al Sol, que a su vez orbita en torno al centro galáctico, que a su vez se dirige junto con toda la galaxia hacia el Gran Atractor, etc. En ese espacio absoluto, el punto ocupado por la máquina del tiempo en el instante absoluto t podría corresponder con el vacío espacial (o con el interior del Sol, o …) en el instante t‘. Este factor debería ser tenido en cuenta por el viajero temporal o su aventura acabaría de mala manera. Debería viajar entonces en el espacio y en el tiempo.

La situación en el marco relativista nos ahorra esta consideración. No existe un espacio y un tiempo absolutos y separados: cada observador percibe un espacio y un tiempo, que serán una mezcla del espacio y el tiempo percibido por un observador en movimiento relativo al anterior. Esto quiere decir que cualquier desplazamiento de tipo tiempo (recordemos, aquél en el que el intervalo espacio-temporal es s2<0) será percibido por algún observador como movimiento únicamente en su tiempo, mientras que los demás percibirán un movimiento en su tiempo y su espacio. Dicho de otra forma, en términos de nuestro héroe Marty McFly no existe una forma absoluta de determinar si se ha movido sólo por el tiempo, o si lo ha hecho también (y cuánto) por el espacio ya que espacio y tiempo dependen del observador. Podemos suponer que el condensador de flujo ajusta la trayectoria de manera que se recorra la línea de universo del punto de la superficie de la Tierra de donde parte el viaje temporal, y así depositar a Marty sano y salvo en su destino. Como decía Doc, el viaje en el tiempo es muy peligroso, por lo que es mejor dedicarse al otro gran misterio del Universo.

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Visualización de las transformaciones de Lorentz

Posted by Carlos en febrero 7, 2009

El siguiente vídeo (vía The Reference Frame) muestra una sencilla animación de las transformaciones de Lorentz y de como -a diferencia de las transformaciones galileanas- en las mismas el carácter de las trayectorias de tipo nulo (las trazadas por partículas sin masa) se mantiene en todos los sistemas de referencia (mientras que en las primeras la composición clásica de velocidades resulta en trayectorias sub- o super-lumínicas). El coste de esta invariancia es la pérdida de simultaneidad que tantos quebraderos de cabeza nos da en las diferentes paradojas planteadas al efecto.

Apunte relacionado: efectos ópticos de la relatividad espacial.

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2 galaxias 1 pozo gravitatorio

Posted by Carlos en febrero 2, 2009

 

J.D. "Illiad" Frazer / UserFriendly.org

J.D. "Illiad" Frazer / UserFriendly.org

Para saber más sobre la colisión venidera, puede consultarse aquí, aquí, o aquí entre otros muchos sitios.

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