viernes, 19 de julio del 2019 Fecha
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Vamos, imparables, hacia el futuro

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en el futuro    ~    Comentarios Comments (0)

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ENTREVISTA
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Nicholas Negroponte; ” El 5G bo será rompedor. Es la fusión nuclear lo que cambiará el mundo.”
Arriba Un grupo de investigadores del MIT ha creado la presión de plasma más alta jamás creada. Así a bote pronto esto probablemente no te diga nada, pero es que lograr altas presiones y temperaturas…

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El fundador del Media Lab del MIT vaticina un salto para la humanidad gracias a la bioingeniería, la producción de alimentos artificiales y la irrupción de una energía limpia

Tiene motivos para presumir de dones proféticos, porque estuvo en primera fila del despertar digital y vio con claridad lo que vendría después. En los años ochenta y noventa, cuando la mayoría de la población desconocía o empezaba a acercarse a Internet, Nicholas Negroponte (Nueva York, 1943), informático y arquitecto, fundador y director del Media Lab del Massachusetts Institute of Technology (MIT), vaticinó que íbamos a tener ordenadores en los bolsillos, pantallas táctiles, televisión a la carta como la de Netflix, altavoces inteligentes y hogares conectados. Y entendió que vendrían profundos cambios sociales. Sus artículos en la última página de Wired o su libro El mundo digital (1995) eran seguidos como un oráculo.

Nicholas Negroponte, durante la entrevista este miércoles en Madrid.

Nicholas Negroponte, durante la entrevista este miércoles en Madrid. ULY MARTIN

El tiempo le ha dado la razón en casi todo. Negroponte conversa en Madrid, donde participa este jueves en la jornada Cruce de Caminos, organizada por Banco Caminos y Bancofar. Sigue confiado en sus visiones del futuro, que hoy suenan muy atrevidas. Claro que también era atrevido lo que decía hace 30 años.

Pregunta. ¿Cuál es el próximo hito para la humanidad?

Respuesta. El mundo digital se ha integrado en nuestras vidas. Lo que vendrá ahora ya no serán extrapolaciones de la informática, como las que hemos visto.

Pregunta. ¿Es la bioingeniería la próxima revolución?

Respuesta. Esa será una de las grandes cosas que vengan, sí. Tendremos humanos genéticamente modificados y corregiremos los errores de la naturaleza. Será un futuro muy distinto.

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P. ¿De verdad podremos vivir 150 o 200 años? ¿Lo haremos nosotros o nuestros descendientes?

R. Eso ocurrirá con seguridad en la próxima generación. Es un poco tarde para nosotros, porque revertir el envejecimiento es más difícil. Pero no hay duda de que sus hijos y mis nietos vivirán hasta los 150 años. Y haremos que los discapacitados puedan andar, luego podremos eliminar las enfermedades raras…

P. Y se alimentará al mundo con comida artificial.

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R. Crear carne que no proceda de las vacas es un proyecto maravilloso. Podremos replicar las células de las vacas sin hacer daño a animales, sin el CO2 que emiten, ahorrando agua, cuidando el medio ambiente, y logrando que la gente tenga carne.

P. ¿Nos salvará la tecnología también del cambio climático?

R. La tecnología es la única solución al cambio climático. No hay otra. Tenemos que encontrar la forma de producir energía, no necesariamente de fuentes renovables, como el viento o el sol, sino haciendo que la fusión nuclear funcione. En 50 años tendremos una economía distinta y un mundo mejor gracias a ella.

P. Usted pronostica avances enormes para la humanidad. ¿No teme que las miserias humanas, o los intereses políticos y económicos, impidan que lleguen a beneficiar a la mayoría?

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R. Los intereses corporativos suelen frenar algunos avances, pero no por mucho tiempo. Es bien conocido que quienes tienen intereses en el petróleo pueden forzar un retraso en las tecnologías alternativas. Por eso es tan difícil hacer pronósticos sobre cuándo llegarán algunas cosas, porque a menudo los retrasos vienen de fuerzas externas que no tienen que ver con la tecnología.

P. El 5G, el sistema que dominará las comunicaciones móviles, está siendo el centro de esta Segunda Guerra Fría, un campo de batalla entre EE UU y China por esa tecnología. ¿Quién ganará?

Resultado de imagen de China se pone por delante en la tecnología difçgitalResultado de imagen de China se pone por delante en la tecnología difçgital

R. Hace 15 años que EE UU se ha rendido en las tecnologías de la telecomunicación. Los principales actores ya no son empresas americanas. El repentino interés por el 5G, y en particular por Huawei, me parece increíble. Porque el 5G no es tan importante como están vendiendo. Es solo un cambio incremental sobre el 4G. El hito fue el 3G. Esto no es la fusión nuclear. Si alguien domina la fusión nuclear, cambiará las reglas del juego. El 5G no va a ser rompedor. Y si miramos lo que hace China en áreas como el 5G, está muy por delante de EE UU.

P. Usted representa el optimismo ante los cambios tecnológicos. Pero todo indica que la opinión pública ha ido pasando del entusiasmo al pesimismo.

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R. Sigo siendo optimista, pero eso es verdad. Hay un creciente sentimiento en todo el mundo de escepticismo, de que la tecnología ha creado muchos de los problemas que tenemos que arreglar. Si lo miras objetivamente y con perspectiva, la tecnología ha traído muchas soluciones, como en la medicina, y los problemas son sobre todo por cómo usamos la tecnología.

P. Los gigantes de Internet son vistos ahora como un gran oligopolio que hace negocio sin control con nuestros datos. Una especie de Gran Hermano.

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R. Pondré otro ejemplo. Cuando las revelaciones de Snowden, muchos americanos como yo nos sorprendimos de que el Gobierno nos estaba vigilando. Si vas a China, y acabo de estar allí, ves cientos de cámaras en la calle haciendo reconocimiento facial y creando una casi perfecta seguridad. Y la gente está satisfecha. Dicen: de acuerdo, quizás se viole lo que vosotros los occidentales consideráis intimidad, pero no tenemos delincuencia. Son cosas que se ven distintas desde cada cultura.

P. ¿Juega China con ventaja en la carrera tecnológica por la falta de garantías para la intimidad? Allí se puede crear una gigantesca base de datos genéticos que en Occidente no sería viable.

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R. Europa es quizás el líder mundial en protección de la intimidad. Por otro lado, hay mucha gente que muere en Alemania porque es ilegal compartir datos que permitirían salvarlos. Es un difícil equilibrio. Si me atropella un coche, no quiero que mis datos médicos estén protegidos, quiero que cuando llegue la ambulancia lo sepan todo.

P. ¿Cree que los gigantes de Silicon Valley deben ser divididos como otros monopolios en el pasado, lo que ha propuesto la senadora Elizabeth Warren?

R. No estoy seguro de que dividir a estas compañías garantice asuntos como la privacidad. A nadie le gusta que una empresa crezca tanto y sea dominante, pero lo que tenemos que mirar es qué sacamos de ellos, quién está contribuyendo más al conocimiento y la ciencia. Es sorprendente qué poco aportan muchas de esas grandes compañías. La gente joven quiere ser Mark Zuckerberg, no quieren ser Alan Turing. Es decepcionante. Necesitamos gente que invente y sea imaginativa como Turing.

P. ¿Están afectando las redes sociales a la calidad de la democracia? Allí se expanden ideas extremistas, mensajes de odio…

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R. No uso mucho las redes sociales. Soy más un observador. Está claro que están teniendo un impacto. En unas partes, están creando democracia, en otras partes la están debilitando. El balance es probablemente a favor de la democracia.

P. Diversos estudios alertan de la destrucción de millones de empleos por la robotización, incluso en la actividades más intelectuales. Esto está generando ansiedad en la población y abriendo debates como el de la renta universal. ¿Cuál es el futuro del empleo?

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R. Es más fácil automatizar la mayoría de actividades intelectuales que la mayoría de empleos en servicios, como preparar comida rápida. Es más fácil tener un robot abogado, o contable. El desplazamiento del empleo no dependerá de las capacidades intelectuales. En algún momento tendremos que repensar el concepto del trabajo. Una parte del concepto tiene que ver con tener un sentido, un propósito. La gente siempre tendrá un propósito, pero puede no ser llevar un salario a casa, que es lo que define el empleo hoy.

P. ¿Vamos a tener algún día una verdadera inteligencia artificial, que tenga conciencia?

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R. Esa es la pregunta, la conciencia, y la mayoría de la gente no se la hace. No estoy seguro de que lo vaya a ver en mi vida. Pero antes de eso veremos máquinas que tendrán sentido del humor, y será asombroso. Otra pregunta que no parece interesante es: ¿porqué los hombres apreciamos la música?

P. ¿Hay que reivindicar las humanidades, o la filosofía, en una sociedad hipertecnológica?

R. Las humanidades son la cosa más importante que puedes estudiar.

Física, la era cuántica y otros fascinantes conceptos

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (0)

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gran-muralla-galaxias

Los científicos para lograr conocer la estructura del universo a su escala más grande, deben retroceder en el tiempo, centrando sus teorías en el momento en que todo comenzó. Para ello, como  todos sabeis, se han formulado distintas teorías unificadoras de las cuatro fuerzas de la naturaleza, con las cuales se han modelado acontecimiento y condiciones en el universo primitivo casi a todo lo largo del camino hasta el principio. Pero cómo se supone que debió haber habido un «antes», aparece una barrera que impide ir más allá de una frontera que se halla fijada a los 10-43 [s] después del Big Bang, un instante conocido como «momento de Planck», en homenaje al físico alemán Max Planck.

El momento de Planck es la unidad de momento, denotada por m P c {\displaystyle m_{P}c} {\displaystyle m_{P}c}en el sistema de unidades naturales conocido como las unidades de Planck.


Se define como:

{\displaystyle m_{P}c={\frac {\hbar }{l_{P}}}={\sqrt {\frac {\hbar c^{3}}{G}}}\;\approx \;6.52485\;kg{\frac {m}{s}}}

donde

En unidades del SI. el momento de Planck equivale a unos 6,5 kg m/s. Es igual a la masa de Planck multiplicada por la velocidad de la luz, con frecuencia asociada con el momento de los fotones primordiales en ciertos modelos del Big Bang que aún perduran.

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Esta barrera existe debido a que antes del momento de Planck, durante el período llamado la «era de Planck o cuántica», se supone que las cuatro fuerza fundamentales conocidas de la naturaleza eran indistinguibles o se hallaban unificadas , que era una sola fuerza. Aunque los físicos han diseñado teorías cuánticas que unen tres de las fuerzas, una por una, a través de eras que se remontan al momento de Planck, hasta ahora les ha sido prácticamente imposible armonizar las leyes de la teoría cuántica con la gravedad de la relatividad general de Einstein, en un sólo modelo teórico ampliamente convincente y con posibilidades claras de ser contrastado en experimentos de laboratorio y, mucho menos, con observaciones.

Si hablamos de singularidades en agujeros negros, debemos dejar la R.G. y acudir a la M.C. “…según las leyes de la Relatividad, el eje más horizontal siempre es espacio, mientras que el más vertical siempre es tiempo. Por tanto, al cruzar el horizonte lo que nosotros entendemos por tiempo y espacio ¡habrán intercambiado sus papeles! Puede sonar raro y, definitivamente, es algo completamente anti intuitivo, pero es la clave de que los agujeros negros sean como son y jueguen el papel tan importante que juegan en la física teórica actual. Al fin y al cabo, dentro no es lo mismo que fuera…”

Si ahora queremos cuantizar, es decir encontrar la versión cuántica, la gravedad escrita como RG lo que tenemos que hacer es encontrar la teoría cuántica para la métrica.  Sin embargo, esto no conduce a una teoría apropiada, surgen muchos problemas para dar sentido a esta teoría, aparecen infinitos y peor que eso, muchos cálculos no tienen ni tan siquiera un sentido claro.  Así que hay que buscar otra forma de intentar llegar a la teoría cuántica.

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Como tantas veces hemos comentado, los trabajos que se han realizado sobre poder construir una teoría cuántica de la gravedad nos llevan a un número sorprendente de implicaciones. Por un lado, sólo se ha podido conceptuar a la gravedad cuántica, siempre y cuando, el universo tenga más de cuatro dimensiones. Además, se llega a considerar que en la era de Planck, tanto el universo como la gravedad pudieron ser una sola cosa compacta estructurada por objetos cuánticos infinitamente diminutos, como los que suponemos que conforman las supercuerdas. A esta escala, el mismísimo espaciotiempo estaría sometido a imprescindibles fluctuaciones muy semejantes a las que causan las partículas al nacer y desaparecer de la existencia en el espacio-tiempo ordinario. Esta noción ha conducido a los teóricos a describir el universo de la era cuántica como una especie de extremadamente densa y agitada espuma que pudo haber contenido las vibrantes cuerdecillas que propugnan los cosmólogos cuerdistas.

Los físicos especulan que el cosmos ha crecido a desde una «nada» primigenia que al nacer comenzó el principio del tiempo y que, en ese parto, contenía toda la materia y toda la energía.

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Según la física cuántica, “la nada” no existe. En vez de esto, en la escala más pequeña y elemental del universo hallamos una clase de “espuma cuántica”.

John Wheeler explicó el término de “espuma cuántica” en 1955. A este nivel subatómico, la energía se rige por el principio de Incertidumbre de Heisenberg; sin embargo, para comprender este principio y cualquier aseveración de física cuántica, es importante antes entender que el universo se rige por cuatro dimensiones: tres comprendidas por el espacio que un objeto ocupa (vectores “X”, “Y” y “Z”) y una última, que es el tiempo.

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La Física actual no puede describir lo que sucedió en el Big Bang. La Teoría Cuántica y la Teoría de la Relatividad fracasan en éste estado inicial del Universo infinitamente denso y caliente. Tan solo una teoría de la Gravedad  Cuántica que integre ambos pilares fundamentales de la Física, podría proporcionar una idea acerca de cómo comenzó el Universo.

Según los primeros trabajos sobre la teoría cuántica de la gravedad, el propio espaciotiempo varió en su topografía, dependiendo de las dimensiones del universo niño. Cuando el universo era del tamaño de un núcleo atómico (ver imagen de abajo), las condiciones eran relativamente lisas y uniformes; a los 10-30cm (centro) es evidente una cierta granulidad; y a la llamada longitud de Planck, todavía unas 1.000 veces más pequeño (abajo), el espacio tiempo fluctúa violentamente.

 

La Gravedad de Einstein y la Cuántica de Planck… ¡No casan!

Los físicos han intentado con denuedo elaborar una teoría completa de la gravedad que incluya la mecánica cuántica. Los cálculos de la mayoría de las teorías propuesta de la «gravedad cuántica» arrojan numerosos infinitos. Los físicos no están seguros si el problema es técnico o conceptual. No obstante, incluso prescindiendo de una teoría completa de gravedad cuántica, se puede deducir que los efectos de la teoría cuántica, habrían sido cruciales durante los primeros 10-43 segundos del inicio del universo, cuando éste tenía una densidad de 1093 gramos por centímetro cúbico y mayor. (El plomo sólido tiene una densidad de aproximadamente diez gramos por centímetro cúbico.) Este período, que es el que corresponde a la era de Planck, y a su estudio se le llama cosmología cuántica. Como el universo en su totalidad habría estado sujeto a grandes incertidumbres y fluctuaciones durante la era de Planck o era cuántica, con la materia y la energía apareciendo y desapareciendo de un vacío en grandes cantidades, el concepto de un principio del universo podría no tener un significado bien definido. En todo caso, la densidad del universo durante este período es de tal magnitud que escapa a nuestra comprensión. Para propósitos prácticos, la era cuántica podría considerarse el estado inicial, o principio, del universo. En consecuencia, los procesos cuánticos ocurridos durante este período, cualquiera sea su naturaleza, determinaron las condiciones iniciales del universo.

Observaciones astronómicas indican que el universo tiene una edad de 13,73 ± 0,12 millardos de años (entre 13 730 y 13 810 millones de años) y por lo menos … Sin embargo…

El universo estaba a 3.000° Hace doce mil quinientos millones de años; a 10 mil millones de grados (1010° K) un millón de años antes, y, tal vez, a 1028° K un par de millones más temprano. Pero, y antes de ese tiempo ¿qué pasaba? Los fósiles no faltan, pero no sabemos interpretarlos. Mientras más elevada se va haciendo la temperatura del universo primigenio, la situación se va complicando para los científicos. En la barrera fatídica de los 1033° K –la temperatura de Planck–, nada funciona. Nuestros actuales conocimientos de la física dejan de ser útiles. El comportamiento de la materia en estas condiciones tan extremas deja de estar a nuestro alcance de juicio. Peor aún, hasta nuestras nociones tradicionales pierden su valor. Es una barrera infranqueable para el saber de la física contemporánea. Por eso, lo que se suele decir cómo era el universo inicial en esos tempranos períodos, no deja de tener visos de especulación.

Los progresos que se han obtenido en física teórica se manifiestan a menudo en términos de síntesis de campos diferentes. Varios  son los ejemplos que de ello encontramos en diversos estudios especializados, que hablan de la unificación de las fuerzas fundamentales de la naturaleza.

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Resultado de imagen de La Relatividad generalResultado de imagen de La Relatividad general

En física se cuentan con dos grandes teorías de éxito: la cuántica y la teoría de la relatividad general.

Cada una de ellas ha demostrado ser muy eficiente en aplicaciones dentro de los límites de su ámbito propio. La teoría cuántica ha otorgado resultados más que satisfactorios en el estudio de las radiaciones, de los átomos y de sus interacciones. La ciencia contemporánea se presenta como un conjunto de teorías de campos, aplicables a tres de las grandes interacciones: electromagnética, nuclear fuerte, nuclear débil. Su poder predictivo es bastante elocuente, pero no universal. Esta teoría es, por ahora, incapaz de describir el comportamiento de partículas inmersas en un campo de gravedad intensa. Ahora, no sabemos si esos fallos se deben a un problema conceptual de fondo o falta de capacidad matemática para encontrar las ecuaciones precisas que permitan la estimación del comportamiento de las partículas en esos ambientes.

La teoría de la relatividad general, a la inversa, describe con gran precisión el efecto de los campos de gravedad sobre el comportamiento de la materia, pero no sabe explicar el ámbito de la mecánica cuántica. Ignora todo acerca de los campos y de la dualidad onda-partícula, y en ella el «vacío» es verdaderamente vacío, mientras que para la física cuántica hasta la «nada» es «algo»…

                  Nada está vacío, ya que, de donde surge es porque había

Claro está, que esas limitaciones representativas de ambas teorías no suelen tener mucha importancia práctica. Sin embargo, en algunos casos, esas limitantes se hacen sentir con agresividad frustrando a los físicos. Los primeros instantes del universo son el ejemplo más elocuente.

El científico investigador, al requerir estudiar la temperatura de Planck, se encuentra con un cuadro de densidades y gravedades extraordinariamente elevadas. ¿Cómo se comporta la materia en esas condiciones? Ambas teorías, no dicen mucho al respecto, y entran en serias contradicciones e incompatibilidades. De ahí la resistencia de estas dos teorías a unirse en una sólo teoría de Gravedad-Cuantíca, ya que, cada una de ellas reina en un universo diferente, el de lo muy grande y el de lo muy pequeño.

Resultado de imagen de Principio de incertidumbreResultado de imagen de Principio de incertidumbre

Todo se desenvuelve alrededor de la noción de localización. La teoría cuántica limita nuestra aptitud para asignar a los objetos una posición exacta. A cada partícula le impone un volumen mínimo de localización. La localización de un electrón, por ejemplo, sólo puede definirse alrededor de trescientos fermis (más o menos un centésimo de radio del átomo de hidrógeno). Ahora, si el objeto en cuestión es de una mayor contextura másica, más débiles son la dimensión de este volumen mínimo. Se puede localizar un protón en una esfera de un décimo de fermi, pero no mejor que eso. Para una pelota de ping-pong, la longitud correspondiente sería de unos 10-15 cm, o sea, bastante insignificante.La física cuántica, a toda partícula de masa m le asigna una longitud de onda Compton: lc = h / 2p mc

Por su parte, la relatividad general igualmente se focaliza en la problemática del lugar que ocupan los objetos. La gravedad que ejerce un cuerpo sobre sí mismo tiende a confinarlo en un espacio restringido. El caso límite es aquel del agujero negro, que posee un campo de gravedad tan intenso que, salvo la radiación térmica, nada, ni siquiera la luz, puede escapársele. La masa que lo constituye está, según esta teoría, irremediablemente confinada en su interior.

En lo que hemos inmediatamente descrito, es donde se visualizan las diferencias entre esos dos campos del conocimiento. Uno alocaliza, el otro localiza. En general, esta diferencia no presenta problemas: la física cuántica se interesa sobre todo en los micro-objetos y la relatividad en los macro-objetos. Cada cual en su terreno.

Resultado de imagen de La teoría cuánticaResultado de imagen de los macro-objetos cosmicos

Sin embargo, ambas teorías tienen una frontera común para entrar en dificultades. Se encuentran objetos teóricos de masa intermedia entre aquella de los micro-objetos como los átomos y aquella de los macro-objetos como los astros: las partículas de Planck. Su masa es más o menos la de un grano de sal: 20 microgramos. Equivale a una energía de 1028 eV o, más aún, a una temperatura de 1033° K. Es la «temperatura de Planck».

Ahora bien, si queremos estimar cuál debería ser el radio en que se debe confinar la masita de sal para que se vuelva un agujero negro, con la relatividad general la respuesta que se logra encontrar es de que sería de 10-33 cm, o sea ¡una cien mil millonésima de mil millonésima de la dimensión del protón! Esta dimensión lleva el nombre de «radio de Planck». La densidad sería de ¡1094 g/cm3! De un objeto así, comprimido en un radio tan, pero tan diminuto, la relatividad general sólo nos señala que tampoco nada puede escapar de ahí. No es mucha la información.

Si recurrimos a la física cuántica para estimar cuál sería el radio mínimo de localización para un objeto semejante al granito de sal, la respuesta que encontramos es de un radio de 10-33 cm. Según esta teoría, en una hipotética experiencia se lo encontrará frecuentemente fuera de ese volumen. ¡Ambos discursos no son coincidentes! Se trata de discrepancias que necesitan ser conciliadas para poder progresar en el conocimiento del universo. ¿Se trata de entrar en procesos de revisión de ambas teoría, o será necesaria una absolutamente nueva? Interrogantes que solamente el devenir de la evolución de la física teórica las podrá responder en el futuro.

Dibujo20121227 SUSY particles - SM particles - in spanish

No sabemos por qué existen los fermiones y los bosones gauge que han sido observados en los experimentos. Todas las piezas del puzzle encajan a la perfección, pero la imagen mostrada en el puzzle no la han elegido las leyes físicas que conocemos, nos viene impuesta por la Naturaleza. Lo único que podemos decir es que la Naturaleza es así y nos gustaría saber el porqué, pero aún estamos muy lejos de descubrirlo (si es que es posible hacerlo sin recurrir a un principio antrópico).

De todas las maneras, en lo que se refiere a una Teoría cuántica de la Gravedad, tendremos que esperar a que se confirmen las teorías de supergravedad, supersimetría, cuerdas, la cuerda heterótica, supercuerdas y, la compendiada por Witten Teoría M. Aquí, en estas teorías (que dicen ser del futuro), sí que están apasiblemente unidas las dos irreconcialbles teorías: la cuántica y la relativista, no sólo no se rechazan ni emiten infinitos, sino que, se necesitan y complementan para formar un todo armónico y unificador.

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¡Si pudiéramos verificarla!

Pero, contar con la energía de Planck (1019 GeV), no parece que, al menos de momento, no sea de este mundo. Ni todos los aceleradores de partículas del mundo unidos, podrían llegar a conformar una energía semejante.

emilio silvera

¡Esa máquina sorprendente!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Cerebro y Mente    ~    Comentarios Comments (0)

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Mono pensante

El tamaño (del cerebro) sí importa

 

Cerebro de embrión de ratón en el que se inyectó el gen humano que determina la expansion del cerebro. NATURE

Noticia de Prensa en el diario El Mundo:

“¿Qué nos hace humanos? ¿Qué es lo que me permite a mí expresar mis ideas a través del código simbólico que estoy tecleando ahora mismo, y lo que le permite a usted descifrar estas combinaciones de letras? Hoy sabemos que compartimos más del 95% del ADN con nuestros parientes más cercanos del reino animal, pero los grandes simios no pueden resolver ecuaciones matemáticas, ni escribir poesía, ni fabricar ordenadores, ni elaborar tratados de metafísica.

… “descendemos de los monos” y “tenemos un antepasado común con los monos” no son contradictorios, ni siquiera uno es más correcto que el otro, …

Como dice Stephen Hawking, “sólo somos una especies avanzada de monos en un planeta menor de una estrella muy normal, pero podemos comprender el Universo y eso nos convierte en algo muy especial”. Pero, ¿cómo ha sido posible este salto evolutivo? ¿Dónde está la diferencia fundamental que nos ha permitido convertirnos en monos parlantes y pensantes, imaginativos e innovadores?

Cuando en una ocasión le hice esta pregunta al gran primatólogo Frans de Waal, su respuesta fue rotunda: “Nuestro cerebro es básicamente idéntico al de los simios, pero expandido. No hay nada nuevo salvo su tamaño, así que ahí debe residir la clave de lo que nos diferencia”. Según este científico, somos muy parecidos a los primates en nuestras emociones básicas y nuestras interacciones sociales, pero lo que nos distingue es sobre todo el lenguaje y todo lo que tiene que ver con nuestra capacidad para el pensamiento abstracto.

Hoy sabemos que la estructura cerebral de los primates humanos y no humanos es muy similar, pero también que el cerebro del ‘sapiens’ es tres veces mayor que el de los chimpancés y los bonobos. En este terreno, por lo tanto, está claro que el tamaño sí importa, y mucho.

Por eso mismo es tan importante un nuevo descubrimiento que se acaba de publicar en la última edición de la revista Science. Un equipo de investigadores alemanes del Instituto Max Planck de Biología Molecular ha logrado identificar un gen que poseemos los humanos, a diferencia de nuestros ‘primos’ simios, y que determina la expansión de nuestra corteza cerebral, la sede de nuestras capacidades lingüísticas e intelectuales. Al inyectar este gen en embriones de ratón, se comprobó que el tamaño de sus cerebros aumentaba de manera muy significativa e incluso adquiría los típicos pliegues de nuestra materia gris.

Probablemente éste no sea no sea el único ingrediente del ADN que explique algo tan complejo como la inteligencia del ‘sapiens’. Pero sin duda hoy estamos más cerca de descubrir el secreto de lo que nos hace humanos y comprender por qué -como ha escrito Oliver Sacks en su conmovedora despedida- podemos disfrutar del privilegio de ser “animales pensantes”.

¡El límite de las teorías!

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física Cuántica    ~    Comentarios Comments (20)

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Presentado en la XIX Edición del

Siempre andamos a vueltas con las teorías, y, tenemos que ser conscientes que las teorías tienen unos límites que están bien determinados. Veamos:

¿Cuáles son los límites de la teoría cuántica y de la teoría de la relatividad general de Einstein? Afortunadamente, hay una respuesta simple y las unidades de Planck nos dicen cuales son.

Resultado de imagen de Longitud de onda cuántica de la masa del Universo

Y precisamente esta constante es el segundo motivo por el que no encuentras los muebles en una posición diferente cada vez que entras en el salón.

Supongamos que tomamos toda la masa del universo visible y determinamos su longitud de onda cuántica. Podemos preguntarnos en qué momento esta longitud de onda cuántica del universo visible superará su tamaño.  La respuesta es: cuando el universo sea más pequeño en tamaño que la longitud de Planck, es decir, 10-33 centímetros, más joven que el tiempo de Planck 10ˉ⁴³ segundos y supere la temperatura de Planck de 1032 grados.  Las unidades de Planck marcan la frontera de aplicación de nuestras teorías actuales. Para comprender en que se parece el mundo a una escala menor que la longitud de Planck tenemos que comprender plenamente cómo se entrelaza la incertidumbre cuántica con la gravedad. Para entender lo que podría haber sucedido cerca del suceso que estamos tentados a llamar el principio del universo, o el comienzo del tiempo, tenemos que penetrar la barrera de Planck. Las constantes de la naturaleza marcan las fronteras de nuestro conocimiento existente y nos dejan al descubierto los límites de nuestras teorías.

Resultado de imagen de Resultado de imagen de Teoría cuántica de la Gravedad

La Gravedad Cuántica, el eslabón perdido para comprender la evolución del Universo. Los físicos teóricos la han encontrado, ellos saben que dicha teoría subyace en la Teoría de Supercuerdas que, desgraciadamente, es inverificable… ¡Por el momento! Se cree que llegar hasta las cuerdas requeriría disponer de la energía de Planck (1019 GeV).

En los intentos más recientes de crear una teoría nueva para describir la naturaleza cuántica de la gravedad ha emergido un nuevo significado para las unidades naturales de Planck. Parece que el concepto al que llamamos “información” tiene un profundo significado en el universo. Estamos habituados a vivir en lo que llamamos “la edad de la información”.

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La información puede ser empaquetada en formas electrónicas, enviadas rápidamente y recibidas con más facilidad que nunca antes. Nuestra evolución en el proceso rápido y barato de la información se suele mostrar en una forma que nos permite comprobar la predicción de Gordon Moore, el fundador de Intel, llamada ley de Moore, en la que, en 1.965, advirtió que el área de un transistor se dividía por dos aproximadamente cada 12 meses. En 1975 revisó su tiempo de reducción a la mitad hasta situarlo en 24 meses. Esta es “la ley de Moore” cada 24 meses se obtiene una circuiteria de ordenador aproximadamente el doble, que corre a velocidad doble, por el mismo precio, ya que, el coste integrado del circuito viene a ser el mismo, constante.

Resultado de imagen de La Información en unidades de Planck

      Representación gráfica de la obtención experimental de la constante de Planck

Los límites últimos que podemos esperar para el almacenamiento y los ritmos de procesamiento de la información están impuestos por las constantes de la naturaleza. En 1981, el físico israelí, Jacob Bekenstein, hizo una predicción inusual que estaba inspirada en su estudio de los agujeros negros.  Calculó que hay una cantidad máxima de información que puede almacenarse dentro de cualquier volumen. Esto no debería sorprendernos. Lo que debería hacerlo es que el valor máximo está precisamente determinado por el área de la superficie que rodea al volumen, y no por el propio volumen. El número máximo de bits de información que puede almacenarse en un volumen viene dado precisamente por el cómputo de su área superficial en unidades de Planck. Supongamos que la región es esférica. Entonces su área superficial es precisamente proporcional al cuadrado de su radio, mientras que el área de Planck es proporcional a la longitud de Planck al cuadrado, 10-66 cm2.  Esto es muchísimo mayor que cualquier capacidad de almacenamiento de información producida hasta ahora. Asimismo, hay un límite último sobre el ritmo de procesamiento de información que viene impuesto por las constantes de la naturaleza.

Resultado de imagen de representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias.Imagen relacionada

No debemos descartar la posibilidad de que seamos capaces de utilizar las unidades de Planck-Stoney para clasificar todo el abanico de estructuras que vemos en el universo, desde el mundo de las partículas elementales hasta las más grandes estructuras astronómicas.  Este fenómeno se puede representar en un gráfico que recree la escala logarítmica de tamaño desde el átomo a las galaxias. Todas las estructuras del universo existen porque son el equilibrio de fuerzas dispares y competidoras que se detienen o compensan las unas a las otras; la atracción y la repulsión. Ese es el equilibrio de las estrellas donde la repulsión termonuclear tiende a expandirla y la atracción (contracción) de su propia masa tiende a comprimirla; así, el resultado es la estabilidad de la estrella. En el caso del planeta Tierra, hay un equilibrio entre la fuerza atractiva de la gravedad y la repulsión atómica que aparece cuando los átomos se comprimen demasiado juntos. Todos estos equilibrios pueden expresarse aproximadamente en términos de dos números puros creados a partir de las constantes e, h, c, G y mprotón.

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En nuestro Universo todo es energía y el resultado de dos fuerzas contrapuestas que, al ser iguales en potencia, equilibran el todo y hace posible la estabilidad que podemos contemplar en las estrellas y en los átomos.

α = 2πehc ≈ 1/137
αG = (Gmp2)/ hc ≈ 10-38

La identificación de constantes adimensionales de la naturaleza como a (alfa) y aG, junto con los números que desempeñan el mismo papel definitorio para las fuerzas débil y fuerte de la naturaleza, nos anima a pensar por un momento en mundos diferentes del nuestro. Estos otros mundos pueden estar definidos por leyes de la naturaleza iguales a las que gobiernan el universo tal como lo conocemos, pero estarán caracterizados por diferentes valores de constantes adimensionales. Estos cambios numéricos alterarán toda la fábrica de los mundos imaginarios. Los átomos pueden tener propiedades diferentes. La gravedad puede tener un papel en el mundo a pequeña escala.  La naturaleza cuántica de la realidad puede intervenir en lugares insospechados.

Otro de los mundos imaginarios ideados por la artista. (Foto: Reuters)Resultado de imagen de Otros mundos

Lo único que cuenta en la definición del mundo son los valores de las constantes adimensionales de la Naturaleza (así lo creían Einstein y Planck).  Si se duplica el valor de todas las masas no se puede llegar a saber, porque todos los números puros definidos por las razones de cualquier par de masas son invariables.

Resultado de imagen de El número puro y adimensional 137

Nunca nadie ha explicado el valor numérico de ninguna de las constantes de la naturaleza. ¿Recordáis el 137? Ese número puro, adimensional, que guarda los …

Cuando surgen comentarios de números puros y adimensionales, de manera automática aparece en mi mente el número 137. Ese número encierra más de lo que estamos preparados para comprender; me hace pensar y mi imaginación se desboca en múltiples ideas y teorías. Einstein era un campeón en esta clase de ejercicios mentales que él llamaba “libre invención de la mente”. El gran físico creía que no podríamos llegar a las verdades de la naturaleza sólo por la observación y la experimentación. Necesitamos crear conceptos, teorías y postulados de nuestra propia imaginación que posteriormente deben ser explorados para averiguar si existe algo de verdad en ellos.

Para poner un ejemplo de nuestra ignorancia poco tendríamos que buscar, tenemos a mano miles de millones.

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Hablamos de portales cuánticos, fluctuaciones de vacío… Cuerdas y de Taquiones pero…

Un gran Físico nos decía:

“Todos los físicos del mundo, deberían tener un letrero en el lugar más visible de sus casas, para que al mirarlo, les recordara lo que no saben. En el cartel sólo pondría esto: 137. Ciento treinta y siete es el inverso de algo que lleva el nombre de constante de estructura fina”.

Resultado de imagen de el 137 la constante de estructura fina

 

 

Este número guarda relación con la posibilidad de que un electrón emita un fotón o lo absorba. La constante de estructura fina responde también al nombre de “alfa” y sale de dividir el cuadrado de la carga del electrón, por el producto de la velocidad de la luz y la constante de Planck. Tanta palabrería y numerología no significan otra cosa sino que ese solo numero, 137, encierra los misterios del electromagnetismo (el electrón, e-), la relatividad (la velocidad de la luz, c), y la teoría cuántica (la constante de Planck, h).

¡Sabemos aun tan poco!

emilio silvera

Ciencias Físicas y sus personajes

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Física    ~    Comentarios Comments (2)

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La vida de la ciencia

Y el Premio Nobel de Física es para… Englert y Higgs

Carlos Muñoz

Con el descubrimiento del bosón de Higgs se culmina el modelo estándar de la Física de Partículas. En este artículo revisamos la historia y la física detrás de este gran descubrimiento. Desde por qué sólo Englert y Higgs han recibido el Premio Nobel, hasta qué es eso del vacío de Higgs y cómo contribuye a generar las masas de las partículas elementales.

El Nobel, ¿por qué?

Desde que el 4 de julio de 2012, los representantes de los experimentos CMS y ATLAS del LHC anunciaron el CERN que tenían evidencias del haber detectado el bosón de Higgs, el Nobel estaba cantado. ¿Por qué?

· Primero, porque “el Higgs” es una nueva partícula elemental con propiedades muy especiales.

Tiene una masa enorme, 125 veces mayor que la del protón. Solamente el quark top es más pesado. Además, es la primera partícula con espín 0 (es un escalar). Todas las demás partículas son fermiones con espín ¹/2, como los quarks, electrones y neutrinos, o bosones (de gauge) con espín 1 como los fotones, los gluones y los W y Z.

· Segundo, y todavía más espectacular, porque el (campo de) Higgs define el vacío de la naturaleza, es de hecho el propio vacío.

En la teoría cuántica de campos que describe el mundo de las partículas elementales, éstas no son los objetos fundamentales sino los campos. Las partículas son las excitaciones energéticas de los campos. Lo podemos entender intuitivamente si pensamos en el campo electromagnético.

Si creamos un campo que se distribuye por el espacio y lo perturbamos (por ejemplo el campo creado por un electrón cuando éste se acelera), la perturbación se propaga en forma de ondas electromagnéticas (como la luz) que no son más que las partículas llamadas fotones. El campo es como el agua de un estanque y las partículas son como las ondas de agua que se producen cuando lanzamos una piedra.

De manera semejante al fotón, el electrón está asociado a las vibraciones del campo del electrón o el Higgs a las vibraciones del campo de Higgs. En este último caso, dada la enorme masa del Higgs, esas vibraciones tan energéticas sólo se pueden producir en un acelerador como el LHC donde los protones colisionan a una velocidad próxima a la de la luz.  Hay que tirar una piedra muy pesada para que las ondas sean muy grandes.

Pero hay una diferencia crucial entre el campo de Higgs y el resto de los campos. Intuitivamente diríamos que el valor de cualquier campo en el vacío debería ser nulo, porque parece lógico que en el vacío no haya nada, al igual que un estanque vacío no tiene agua. Sin embargo, el campo de Higgs tiene un valor ¡no nulo! Es como si no pudiésemos vaciar el estanque del todo y siempre quedase un cierto nivel de agua. Es decir, que el vacío cuántico está lleno del campo de Higgs. El campo de Higgs está en todas partes, permea todo el universo.

Dado que en Mecánica Cuántica el vacío se define como el estado de mínima energía y en nuestro vacío siempre está en el campo de Higgs y por tanto hay energía, podemos decir que el vacío es un vacío de Higgs. Por eso el Higgs tiene espín 0, porque el vacío no puede tener orientaciones especiales.

· Y el tercero, porque el campo de Higgs genera las masas de todas las partículas elementales. ¿Quién da más por menos?

Lo podemos entender intuitivamente de la siguiente manera. Cuando las partículas elementales se mueven en el vacío (de Higgs), están interaccionando con el campo de Higgs del que está lleno dicho vacío. Las que más interaccionan tienen mayor masa porque es como si “rozasen” mucho con el campo y se viesen frenadas en su movimiento, como un objeto que se desplazase dentro del agua del estanque. Las que interaccionan menos se mueven más fácilmente y decimos que tienen menos masa. Como toda explicación intuitiva del mundo cuántico, ésta también es imperfecta porque el rozamiento no existe en ese mundo y por tanto las partículas con una velocidad dada no acabarán parándose. La interacción/rozamiento con el campo/fluido de Higgs sólo les produce el efecto de una masa.

No vamos a negar la evidencia, lo del campo de Higgs se parece mucho a la idea fallida del éter del siglo XIX, que lo permeaba todo para que las ondas electromagnéticas se pudiesen propagar en lo que aparentemente era espacio vacío, pero que en realidad estaba lleno del éter. El mecanismo resucitó en el siglo XX convertido en el campo de Higgs, pero de una forma que es compatible con la relatividad espacial y los experimentos nos dicen en el siglo XXI que ¡funciona!

El Nobel ¿Para quién?

La idea del Higgs surgió de cálculos teóricos hace la friolera de cuarenta y nueve años. ¿No merecen ser entonces los teóricos los primeros que reciban los honores del Nobel?, no sólo por el tiempo que lo han estado esperando, sino también por la extraordinaria imaginación que tuvieron al proponer tan extraña partícula y el espectacular mecanismo al que está asociada, que hace que se generen las masas de todas las demás partículas. Además, ¿quién se hubiese atrevido a escoger a tan sólo unos pocos experimentales entre todos los muchos que han contribuido a construir y manejar esa máquina monstruosa que es el LHC? Los estatutos de la Fundación Nobel dicen: “In no case may a prize be divided between more than three persons”. Lo que hay que reconocer es que sin el descubrimiento de los experimentales, los teóricos seguirían sin su premio, y así lo viene a expresar el Comité Nobel cuando en su anuncio dice “for the theoretical Discovery of a mechanism that contributes to our understanding of the origin off mass of subatomic particles, and which recently was confirmed through the discovery of the predicted fundamental particle, by the ATLAS and CMS experiments at CERN’s Large Hadron Collider”.

En realidad, la historia no se acaba con los trabajos de EB y Higgs (EBH) de 1964. El 12 de octubre del mismo año se recibe un artículo escrito por los estadounidenses Guralnik y Hagen y por el británico Kibble (GHK), donde proponen el mismo mecanismo para generar las masas de los bosones de gauge. ¿Se les debería haber considerado también para el Nobel? Por desgracia para ellos, su trabajo llegó a la revista tres meses y medio más tarde que el de EB. Además, en el artículo de GHK aparecen citados los tres trabajos anteriores de EBH y por tanto el Comité Nobel no pudo tener la seguridad de que no los hubiesen usado para sus propios resultados.

3. El Higgs, ¿por qué culmina el modelo estándar?

Con el descubrimiento de Higgs, que confirma el mecanismo con el que las partículas adquieren masa, podemos celebrar con orgullo la culminación del modelo estándar de la Física de Partículas. Sin embargo, no fueron EBH quienes aplicaron su mecanismo a la teoría correcta, al concentrarse erróneamente en su aplicación a los modelos hadrónicos. El honor le correspondió al estadounidense Weinberg y al paquistaní Salam, cuando de manera independiente se encajaron todas las piezas del rompecabezas en 1967 y construyeron la teoría electrodébil. Para ello aplicaron el mecanismo de EHB al modelo de los leptones del estadounidense Glashow (los tres recibieron el Nobel en 1979), de forma que consiguieron generar masas para los bosones mediadores de la interacción débil W y Z a través de un valor no nulo en el vacío para el campo de Higgs. Asimismo, acoplando el campo de Higgs a los leptones (electrón, muon, tau) consiguieron generar las masas de estos últimos.

Posteriormente, en 1971 los holandeses ‘t Hooft y Veltman (Premios Nobel 1999) demuestran que gracias al mecanismo de EBH el modelo de Weinberg-Salam es renormalizable, es decir que es matemáticamente consistente y que no se obtienen infinitos cuando se calculan por ejemplo choques de partículas en aceleradores. El italiano Rubbia y el holandés van der Meer (Premios Nobel 1984), descubrieron los bosones W y Z en el CERN en 1983, con las masas predichas de la teoría electrodébil.

En 1973 se acabó de construir la teoría de las interacciones fuertes entre gluones y quarks, donde estos últimos, al igual que los leptones, adquieren masa a través del mecanismo de EBH. De esta forma, la estructura del modelo estándar englobando a las interacciones fuertes y electrodébiles quedaba establecida.