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Ciencia y tecnología

Boltzmann, irreversible

lunes, 22 de julio de 2013

Boltzmann, irreversible

Curioso que fuese Ludwig Boltzmann uno de los científicos que han negado la relevancia física del tiempo, diciendo que "para el universo, las dos direcciones del tiempo son indistinguibles, al igual que en el espacio no hay arriba y abajo" (Lecciones sobre teoría de los gases).  Digo que curioso porque exactamente lo contrario se desprende de su teoría termodinámica de la entropía, que muestra la irreversibilidad de los procesos.

En la tumba de Boltzmann figura una curiosa lápida, con su fórmula para la entropía:  S = k log W. Quizá hubiera sido igualmente adecuada la fórmula de la gravitación universal, F = G (m1 m2 / r2), visto que Boltzmann se suicidó por ahorcamiento. Pero tanto da—es un proceso irreversible.



Cerebro de Boltzmann

El Renacer del Tiempo

miércoles, 3 de julio de 2013


El Renacer del Tiempo


Lee Smolin en conversación con Robert J. Sawyer, 29 de abril de 2013. Toronto Public Library. Traducción rápida del coloquio, primera mitad:

Robert J. Sawyer: 
Es un placer especial presentar a mi viejo amigo Lee Smolin. Tengo la alegría de conocer a Lee desde hace bastantes años, nos hemos encontrado por casualidad en diversos congresos y cosas interesantes; es uno de los fundadores y profesores titulares del instituto Perimeter de física teórica de Waterloo, Ontario; nació en la ciudad de Nueva York, y es autor de varios éxitos de ventas anteriores, probablemente el más famoso y polémico sea The Trouble with Physics. Y su libro del que hablaremos esta noche es Time Reborn (El tiempo renacido), que como iremos viendo a lo largo de la velada, es por lo menos igual de polémico que The Trouble with Physics, y está despertando mucho interés entre los profanos y también mucho interés profesional, porque dice algo que va contra el paradigma hoy dominante en la física. Permítanme que les presente a mi amigo Lee Smolin.time reborn
Lee Smolin: No sé por qué ha de ser polémico. Como diría mi madre, la única gente a la que molestará mi libro es a la gente que cree que hay verdades fuera del tiempo, pero apenas hay gente de esa.

RJS: Bien, Lee, hoy llevo el tiempo muy en mente porque resulta que es mi cumpleaños...

LS: Felicidades.

RJS: ¡Gracias! Y no se me ocurre mejor manera de pasarlo que con un amigo, teniendo una conversación intelectual interesante. Y dado lo muy presente que tengo el tiempo, y dado que la primera palabra del título de tu libro es "el tiempo", probablemente deberíamos definir los términos que usamos. Así que, para Lee Smolin, físico, ¿qué es el tiempo?

LS: La actividad del tiempo es el proceso que genera el futuro a partir del presente. Así.

RJS: ¡Muy bien! Vale, mirémoslo de este modo. Como digo, es mi cumpleaños. El cincuenta y tres cumpleaños. Así que hace cincuenta y tres años nací, y todos los acontecimientos del ínterin estan fijos en el tiempo, inmutables, en tu consideración. Pero ¿qué hay del futuro? ¿Está la vida de Robert J. Sawyer tallada en piedra? ¿O queda sitio para que haya cosas que me sorprendan a mí, y sorprendan al universo, en lo que queda por venir?

LS: Pues... Vamos a hablar un poco de método aquí. Porque estoy hablando como un ser humano, y me preguntas lo que pienso y te voy a decir lo que pienso, pero la sustancia del libro es que en tiempos tenía una respuesta, y he cambiado de opinión, y ahora tengo otra respuesta distinta. En un momento te digo cuáles son esas respuestas. Y el libro es una narración del camino que he seguido para cambiar de opinión. Yo solía pensar, como muchos colegas, que el futuro es completamente predecible y determinado desde el presente. Una manera de contar esto es Tom Stoppard, en su drama Arcadia, tenía un personaje llamado Tomasina.... No sabré decir la cita con exactitud, igual podríamos ser aburridos y leer la cita en el libro...

RJS: Pero tampoco tendremos que pagar una cuota por permisos si no la citas literalmente...

LS: ¿Veis qué clase de escritor?.... Pues hace que este personaje diga, que si fueses listo de verdad—supongo que una versión moderna sería si fueses muy muy bueno programando ordenadores, uno podría escribirse la ecuación que predeciría todo el futuro a partir del presente.... Y por tanto, el futuro está fijado, y cualquier cosa... el resto de tu vida está prefijado, el resto de mi vida está prefijado, y la de todos los demás que están aquí... Y sigue diciendo, aunque nadie pueda ser tan listo como para escribir ese programa de ordenador, la matemática que le subyace debe existir, aunque pudieras, y por tanto... no tiene remedio.

RJS: Correcto.

 
LS: Bien, pues eso era lo que se solía llamar la perspectiva científica sobre el mundo, que se desarrolló a partir de la obra de Newton y de los desarrollos posteriores de Einstein, la teoría cuántica, y demás. Creo que se derrumba. Ha sido magnífica hasta donde llega, restringiéndola a trozos pequeños del universo, es una suposición magnífica si estás controlando todo en el laboratorio, que puedas posiblemente determinar los diez minutos siguientes antes de que las cosas te lo desbaraten todo entrando desde afuera... Pero no creo que sea la conclusión correcta cuando se aplica al universo en su conjunto. Así que no, creo que el futuro está abierto, y que esto es una perspectiva científica sobre el mundo: no es que me esté poniendo místico, no me pongo romántico, no estoy diciendo que vivamos en un universo que sea amistoso con nosotros.... pero creo que vivimos en un universo que es mucho más amistoso para con nosotros que el que habíamos concebido.RJS: Es cierto que cuando yo iba al instituto nos enseñaban en clase de física que si conocías el momento y la dirección de todas las partículas, y el principio de incertidumbre de Heisenberg y demás, que podrías predecir el futuro. Y también me enseñaron que vivimos en un universo en bloque, que era como si...


LS: ¿En el instituto te enseñaban eso?

RJS: 
Era un instituto bueno, sí, y un gran profesor de instituto, George [Wandry?]...  como si todo el tiempo fuesen fotos fijas de película, una encima de otra, y que "ahora" resultaba ser nada más la foto que estaba iluminada, pero igual que cuando estás viendo Casablanca (pongamos) por primera vez, no hay ambigüedad sobre qué iba a pasar, en un rollo, sabes, Ilse va a irse o a quedarse con Rick al final, estaba tan fijado como el momento que resultas estar percibiendo como "ahora"— y tú dices que de hecho no lo está, que has llegado al convencimiento de que no es así, que no es tan cubista la manera en que se concibe la realidad. 
 
LS:
 Sí, y eso es así por dos motivos. Un motivo es que ya no basta con preguntar cuáles son las leyes de la naturaleza. Ésta ha sido la misión de la ciencia, y en particular de la física, durante tres siglos, preguntar cuáles son las leyes de la naturaleza. Y en eso hemos avanzado mucho, en especial en el siglo XX e incluso un poquito en el XXI. Pero una vez sabes cuáles son las leyes de la naturaleza, surge otra pregunta: ¿por qué esas leyes? ¿Por qué está allí el electrón? ¿Por qué hay electrones, y protones, por qué pesa el electron mucho menos que el protón, por qué pesa el neutrón sólo un poco más que el protón, y por qué hay gravedad, y por qué la gravedad es ... hay docenas y docenas de preguntas así, que van sobre por qué hay estas leyes, cómo eligió la naturaleza, cómo eligió el universo estas leyes, en lugar de otras leyes diferentes que podemos imaginar fácilmente. Y cuando haces esa pregunta, te das cuenta de que se te plantea una elección: inmediatamente te conviertes en un místico de una u otra clase, incluso un místico teológico, o un místico matemático, y dices, hay alguna razón profunda, tal, tal, y tal.... detrás de su comprensión, de por qué tal conjunto de leyes—y entonces estás fuera de la ciencia. O te construyes una fantasía de que hay un número infinito de otros universos, con otras leyes posibles, y que sólo es que resulta que estamos en éste. Y te sales de la ciencia, con toda seguridad.... podemos hablar de esto más tarde, si hay alguien que no está de acuerdo. O bien, te enfrentas al problema de explicar auténticamente, de alguna manera científica, cómo llegaron las leyes a ser lo que son. Y estoy convencido de que la única manera posible de hacer eso es si cambian con el tiempo—si las leyes no están fijas, si pueden cambiar con el tiempo. Esto en realidad lo entendió un filósofo muy inteligente, Charles Sanders Peirce, en la década de 1890, pero nos ha costado mucho a algunos científicos de la época actual empezar a pensar así. Las leyes, si pensamos así, tienen que tener una historia, como todas las demás cosas que comprendemos. Y si tienen una historia, entonces cambian, y entonces no puedes predecir el futuro, porque podrían cambiar otra vez.

RJS: Vamos a hablar ahora de  un par de cosas más. En el prólogo hablas de la filosofía y de los filósofos, y entre las credenciales académicas de Lee, aparte de las que hemos mencionado, es qu
e tienes un nombramiento en el departamento de Filosofía, aquí en Toronto.

LS: Y bien orgulloso que estoy.

RJS: Me alegro por tí. Eres un filósofo que no te pregunta ni una frase de eso, una cosa fantástica.

LS: No, en serio, los admiro muchísimo, y ser admitido... Normalmente me sentía como un invitado en la casa de la filosofía, como que vienes a cenar pero no puedes quedarte.

RJS: Y éstas son cuestiones filosóficas fundamentales. Yo soy demasiado novelista como para no querer avanzar gradualmente de modo lineal hasta la gran revelación, hasta las leyes de la física que tú crees que pueden cambiar, así que vamos a hablar un poco de una cosa que has dejado a un lado, ya que el paradigma predominante, al menos desde luego en la ciencia ficción, es ahora mismo este multiverso, que existen todos estos universos paralelos, y realidades paralelas, todo un escaparate de universos, y que sólo resultamos ser uno más entre esta multitud. Y esta idea se filtró a la ciencia ficción a partir del terreno de la física, hace veinte, treinta, cuarenta años. Hace cincuenta años. Y ahora nos dices que es un error comprar esa idea...

LS: Bueno, lo que les digo a mis amigos cuando empizan a ir por allí, les digo, "Mira, la ficción es mejor cuando la hacen los profesionales, y os puedo presentar a uno..."

RJS: ¡Jaja!... Pero salió del mundo de la física, esta noción de los universos paralelos, universos múltiples... De hecho, como solución a ese problema, de por qué resulta que este universo parece tener un ajuste tan fino para permitir la existencia de química compleja, y en última instancia de la vida.

LS: Procede de algunas especulaciones de físicos, sí...

RJS: Y aún se atienen a esa... noción.

LS: Sí, sí...

RJS: Vale. Y así que una de las ideas radicales del libro es que no existen a la vez muchos universos alternativos—esa noción la rechazas, ¿no?

LS: Es que me hace sentir tremendamente incómodo.... porque, como científico, no podemos observarlos; y la ciencia no es sobre lo que podría ser verdad—podemos elaborar fantasías sobre otros universos, y contar historias, pero a la ciencia no le incumbe lo que podría ser verdad—eso te incumbe a tí, lo que podría ser verdad. La ciencia va sobre lo que se puede demostrar que es cierto basándose en razonamientos que partan de lo que es públicamente evidente.

RJS: Ya, y como un universo paralelo no puede estar relacionado causalmente con éste, entonces es irrelevante que exista o no.

LS: Sí. 

RJS: Parece justo. Pero en tu Time Reborn, que por cierto es un libro magnífico, un libro lúcido.... ¡Tenía que insertar un pequeño anuncio suyo aquí, dame un segundo!

LS: No hay por qué, pero te lo agradezco, jeje....

RJS: ¡Jaja! Ahora hay muchísima gente leyendo libros de no ficción de ciencia, tenemos aquí en el público a Dan Falk, que ha escrito un libro magnífico sobre el tiempo, por ejemplo, está Brian Greene, y otros que han hecho libros excelentes, Walter Hannah también aquí en Toronto... Éste es una lectura lúcida, clara, completamente absorbente de principio a fin... Y lo que tiene de fascinante es cuántas ideas reventadoras de paradigmas vas dejando caer por el camino, lo que podríamos llamar finales de capítulo con suspense, como en las series de TV multicapítulos... P orque aunque los rechazas como una irrelevancia, los universos múltiples simultáneos a éste en el que estamos, gran parte de la argumentación se refiere a una sucesión de universos, uno tras otro, e introduciendo una noción darwinista de evolución en la cosmología.

LS: Bueno, ésa es una de las ideas que ilustran el tema básico. Y el tema básico es que si contemplamos la hipótesis de que las leyes de la naturaleza han evolucionado en el pasado, uno puede hacer la hipótesis de cómo evolucionan. Y esas hipótesis sobre el pasado se pueden comprobar mediante observaciones del pasado, observaciones cosmológicas y otro tipo de observaciones. Mi propia historia comenzó con la selección natural cosmológica, a finales de los ochenta y en los primeros noventa, y esa teoría hizo algunas predicciones y esas predicciones continuaron sometiéndose a prueba experimental, y hasta ahora se sostiene. Pero no es mi propósito primordial en el libro el tratar esta teoría; esta teoría es un ejemplo de que puedes hacer más preguntas y de manera más científica haciendo algo que podría parecer contraintuitivo, a saber, pensar que las leyes pueden ser variables con el tiempo, en lugar de pensar que las leyes de la naturaleza son reyes transcendentes y perfectos, que viven fuera del tiempo. Que es lo que yo pensé durante años, y por eso fui a la ciencia, que tendría el privilegio de descubrir esas leyes trascendentes. Pero ahora me parece un concepto tan raro, pensar que hay leyes fuera del tiempo... ¿cómo podrían actuar? Las leyes están quietas fuera del tiempo pero actúan sobre cada pequeña molécula de ese vaso de agua y sobre el hielo, haciendo que se funda, y todo igual así, pero están fuera del tiempo, así que ¿cómo puede ser que las moléculas sepan que las leyes están allí, y cómo saben las leyes actuar sobre las moléculas que corresponde y no sobre las que no corresponde, porque si hiciesen que se funda el vaso tendríamos un problema serio. Así que he llegado al punto en el que lo que solía ser la típica idea metafísica de mi profesión, la típica fantasía metafísica según creo—no de todo el mundo, claro, pero sí de muchos—no tiene ya ningún sentido. ¿Cómo puede haber algo que esté fuera del tiempo?

RJS: Bien. Y entonces, si las leyes de la física han cambiado con el tiempo, ése es el postulado de este libro, que las leyes de la física han cambiado, ¿cómo eran antes, y cómo han cambiado en el curso de la existencia de este universo en concreto?

LS: Bueno, no creo que hayan cambiado en el curso de este universo en concreto. Porque eso se puede comprobar; hay observaciones de galaxias muy distantes y de medios muy distantes hace mucho tiempo, porque le cuesta a la luz miles de millones de años luz llegar desde allí hasta aquí, y mediante esas observaciones podemos comprobar si los electrones tienen las mismas masas, las mismas propiedades que las que tienen en nuestro universo—en nuestro planeta, y sí que parece que las tienen. Pero entonces llegamos al Big Bang, y el Big Bang en la cosmología estándar en la cosmología del siglo veinte, se planteaba como "el primer momento del tiempo". Pero al casar la teoría de la relatividad con la teoría cuántica, descubrimos—esto es mi trabajo habitual—estoy intentando desarrollar esa metáfora del matrimonio, pero soy como el cura que intentó casarlos pero que siguen volviendo, porque no te salió muy bien...  En fin, que al completar las revoluciones del siglo XX combinando la relatividad con la teoría cuántica, no tenemos una aproximación totalmente verificada a la gravitación cuántica, pero todos y cada uno de los procesos parciales que tenemos hacen pensar que hay tiempo antes del Big Bang. Que el Big Bang no fue el inicio del universo sino que fue una transición, fue una especie de gran explosión, y que había cosas antes, había un universo antes. Y es natural pensar que en las condiciones extremas de esa fantástica explosión, el universo entero es como si se fundiese un tanto, y luego volviese a congelarse. Si ves la fijación de los leyes como hielo que se congela, entonces el universo lo aprietas  y se calienta y lo aprietas, y se calienta y se funde; y luego se vuelve a congelar. Y en ese momento de fundirse las leyes podrían haber cambiado.

RJS: Y esta es la tesis principal del libro, que es concebible que las leyes hubieran tendido valores diferentes de los que tienen, que la ratio entre protones, electrones, las cuatro fuerzas fundamentales, las ratios entre sus fuerzas podrían haber sido algo diferentes y, de modo arbitrario, son ahora lo que son... Pero, volviendo a lo que iba yo hace un rato, hay una presión selectiva que inclinó las cosas hacia este tipo de universo.

LS: Esa es la cosmología de la selección natural. No es la única idea que describo y que tomo en consideración en el libro, pero es la mejor...

RJS: Sí, pero estamos yendo demasiado deprisa... ¡primero una y luego otra, Lee!

LS: 
OK, ya llegaremos allí.

RJS: Vale, ¿de qué idea quieres que hablemos de las del libro?

LS: Sí, hay una idea de la que quiero hablar, de las del libro, pero tu tienes prioridad, ya llegaremos allí.

RJS: Esta idea fascinante, que va en contra de lo que nos enseñaron a la mayoría de los que no cogimos la carrera de física, que estas leyes son inmutables—esa cuestión de si tienen variantes posibles, es una idea nueva para la mayoría de la gente, así que pienso que los tenemos que llevarlos por ella un poco, y cómo el proceso selectivo... A lo que voy, es la idea más interesante del libro, una de las ideas más interesantes, es la de qué es lo que estaba seleccionando el univero—y no estaba seleccionando buscándonos a nosotros, para nada.

LS: No podía estar seleccionando buscándonos a nosotros, porque no jugamos ningún papel en la manera en que se reproduce el universo. Yo me preguntaba cómo se seleccionaron las leyes de la naturaleza, y tenía un barquito velero—esto era hacia 1988 o 1989—e iba navegando por allí y un amigo, Bart Cooker, me dijo que debía pensar un poco en este problema. Y yo pensé que las leyes se seleccionan de entre un amplio catálogo de leyes posibles, y se seleccionan de una manera muy particular y muy inhabitual. Porque sabemos una cosa interesante sobre las leyes que se seleccionaron, y es que tienen una forma, y en concreto las masas de todas las partículas resultan tener valores tales que resulta de ellas un universo muy complejo e interesante. Resulta que si las leyes se hubiesen escogido al azar—podemos centrarnos sólo en los valores de las masas de las partículas—si se hubiesen escogido al azar, el universo sería aburrido. Nunca habría habido galaxias, nunca habría habido estrellas, nunca habría habido gran cosa salvo hidrógeno gaseoso... Y toda la historia compleja del universo, que conduce a disposiciones complejas en todas las escalas, desde las galaxias hasta las moléculas que forman nuestras células, toda la belleza y complejidad de ese universo resulta de una sintonización muy especial de los valores de las masas de las partículas. Y yo me pregunté, ¿cómo habrá podido ser eso? Y pensé, ¿hay un lugar en la ciencia donde haya un proceso que explique de modo científico cómo se eligieron las cosas de manera que resulte una alta complejidad? Y pensé que el único sitio en el que sucede eso es la biología, en la selección natural. Así que pensé, ¿puedo robarle...?— porque la ciencia es muy bueno, si hay un método que funciona para un problema,  es muy buena idea robarlo para atacar otro problema. Así que, ¿puedo robar la metodología de la evolución y aplicársela a la cosmología? Bien, pues qué necesitas, necesitas que un universo sea capaz de reproducirse, necesitas que haya información codificada que cambia ligeramente cuando una cosa se reproduce, y que determina lo bien que se reproduce. De modo que los valores de las masas de las partículas pueden ser como los genes. ¿Y cómo podría reproducirse el universo? Bien, había una idea ya que rodaba por allí y que yo podía tomar prestada, de Johnny Wheeler y Bryce DeWitt, que igual no les suenan los nombres pero son los grandes pioneros del campo de la gravedad cuántica, del casamiento entre la relatividad y la teoría cuántica. Y los dos a principios de los años 60 habían concebido esta idea—que tiene que ver con los agujeros negros. Si una estrella se derrumba y se convierte en un agujero negro, hay un horizonte del cual no puede salir ninguna luz. Pero preguntémonos qué sucede dentro de ese horizonte. La estrella pasa por el horizonte y ya no la podemos ver más. Y se sigue volviendo más densa cada vez y cada vez más densa, y lo que pasa según la relatividad general, según la teoría de la relatividad general de Einstein, es que en un breve espacio de tiempo se comprime hasta una densidad infinita; y entonces, según la teoría de la relatividad general, el tiempo se detiene.... porque las ecuaciones ya no pueden procesar más información cuando las cosas son infinitamente densas, así que el tiempo se para sin más—según las ecuaciones de la relatividad general. Bien, pues según las mismas ecuaciones, el tiempo comienza en el Big Bang. Así que han pensado que, si añades algo de incertidumbre de la mecánica cuántica, la parada no es una parada completa—es un rebote. Y así la estrella que se ha colapsado hasta una densidad casi infinita explota otra vez. Y esa explosión crea algo así como un nuevo Big Bang—pero está en una región del futuro que no podemos ver, porque sigue existiendo el horizonte del agujero negro... —¿se entiende lo que digo?

(Asentimientos)

RJS: Toronto. Son gente valiente.

LS: Lo sé, por esto estoy tan orgulloso de vivir aquí... en serio. Soy un inmigrante muy orgulloso....  Pues se crea un nuevo universo hacia el futuro a partir de donde estaba el agujero negro. Y éste es un método de reproducción de universos—y Johnny Wheeler ya había hablado de eso, y había hablado de cambios en las leyes de la naturaleza, que quizá se "reprocesarían", según lo llamaba él, al suceder eso. Así que yo construí sobre eso, y sólo tuve que añadir que las leyes tendrían que cambiar sólo mínimamente, con una acumulación de efectos de modo que los universos hijos son casi idénticos a los progenitores con sólo mínimas diferencias, de manera que pueda haber selección de rasgos. Así que si somos un universo típico, y tenemos un universo progenitor, ¿tuvo ese universo progenitor muchos hijos, o pocos hijos? Bien, esto lleva sucediendo muchas generaciones, así que es más probable que seamos los hijos de un universo que tiene muchos hijos, más bien que los hijos de un universo que sólo tiene un hijo. Porque esos universos que tienen muchos hijos predominan. Es igual que en Darwin. Como seres vivos de la tierra somos descendientes de millones de generaciones de seres que proliferan y se reproducen. Así que a nivel universal debemos ser los descendientes de universos que consiguen reproducirse muy bien, más bien que otras opciones. Eso significa un universo que contiene muchos agujeros negros, y esa es la predicción de la que hablaba Robert—que las leyes de la naturaleza están sintonizadas de modo que produzcan muchos muchos agujeros negros. Ahora bien, ¿por qué semejante universo habría de sernos favorable?—¿Es eso lo que preguntabas?

RJS:  Cierto—vamos a eso, sí. Parecemos ser irrelevantes para este proceso.

LS: Parecemos ser irrelevantes para el proceso, pero, para tener un agujero negro, necesitas una estrella con muchísima masa. Una estrella que al final de su vida explota como supernova pero que deja suficiente masa sobrante de modo que se derrumbe la estrella y produzca un agujero negro. Para hacer una estrella tan masiva necesitas una gran nube de gas que esté realmente frío—porque cuando las cosas están calientes, se expanden. Ya sabéis, cuando calientas aire, se expande; así que si tienes una nube de gas y polvo y la calientas, se expande, así que no va a colapsarse para formar una estrella. Así que tiene que estar muy fría; necesitas un refrigerante. ¿Sabes cuál es el refrigerante?

RJS: ¿El que enfría el universo?

LS: El que enfría las nubes de gas y de polvo que se convierten en estrellas grandes y gordas.

RJS: Pues no.

LS: El monóxido de carbono. El refrigerante es monóxido de carbono, así que necesitas carbono, y necesitas oxígeno. Y por eso el universo está lleno de carbono y de oxígeno, según esta teoría, y por eso es favorable para la vida—como producto colateral.

RJS: ¡Pues sí que tenemos suerte! Vale, tenemos una sucesión de... con la metáfora darwinista, bueno, te preguntaría ¿no falla ahora la metáfora darwinista?  Hubo un origen de la vida en la Tierra—según a quién le preguntes fue hace 3.800 millones de años, o 4.000 millones de años—antes de lo cual no había nada de vida en absoluto. Esta cadena de universos antepasados, ¿se extiende hacia atrás infinitamente, o tuvo un comienzo?

LS:  No lo sé.

RJS: ¡Jaja! Vale entonces.

LS: No tengo por qué saberlo. Soy un científico. Sólo tengo que hacer avanzar el tema unos cuantos pasos.

RJS: Unos pocos pasos... La cuestión filosófica allí es si el tiempo tuvo un principio.

LS: Ya... Sabes, en ciencia hay un momento, en cualquier época de la ciencia hay preguntas que se han respondido, otras que eran demasiado profundas para responderlas, y hay preguntas que eran justo las adecuadas, preguntas que nos hemos vuelto capaces de responder recientemente. Y hasta ahora hemos estado hablando de éstas. Pero "¿Tiene el tiempo un principio?" es demasiado profunda, me parece. Pero puedes hacer algo de ciencia ficción: volveré en quinientos años, y entrevistaré a alguien.

RJS: Eso haré, y esperemos obtener así la respuesta a eso... Bueno, en realidad quiero volver atrás un par de años, en un momento volvemos al libro, pero por darle otro sabor a la cosa por un par de minutos— tú comenzaste como físico, tu interés por la física comenzó leyendo a Albert Einstein de adolescente. Cuéntanos eso, cómo supiste de Einstein antes de estudiar física, antes de ver un manual de física.
 
LS: Bueno, yo había dejado el instituto, pero aprendí muchas matemáticas antes de dejarlo. Y me interesé en la arquitectura por Buckminster Fuller—¿saben todos quién es? Es un gran arquitecto visionario que he tenido el privilegio de conocer. Y me fascinaron sus cúpulas geodésicas y me fascinó la idea de estirarlas en forma de salchicha, en formas elípticas... y me imaginé que podías coger los triángulos que forman la cúpula geodésica y hacer cualquier superficie usando triangulitos unidos, y me gustó... Al haber dejado el instituto necesitaba un trabajo, así que me vino esta idea de diseñar recubrimientos para piscinas, hechos de cúpulas geodésicas estiradas, porque muy pocas piscinas son redondas, así que anuncié en los periódicos que hacía esto y empecé a estudiar cómo hacer estas cúpulas geodésicas estiradas para cubrir piscinas, de modo que no se cayesen... porque eso sería mala cosa... Y las matemáticas que necesitaba, fui a la biblioteca y necesitaba unas matemáticas que se llaman cálculo tensorial. Saqué varios libros sobre eso y resulta que en todos los libros había un capítulo sobre la teoría de la relatividad general—porque son las mismas matemáticas que usó Einstein. Así que me interesé por la relatividad, y saqué en la biblioteca un libro de artículos sobre Einstein. Había una cosa autobiográfica allí, unas memorias, en las que él describía cómo se introdujo en la ciencia. Y pintaba un retrato de una fantasía suya en la que había una verdad y belleza perfectas tras el velo de las apariencias, que para él era doloroso, tuvo mucha angustia existencial adolescente toda su vida. Y me resultó sugestivo, decía, la vida es breve y dura, te deja tu novia, y se te avería el cuarto de baño, y cosas de esas, pero puedes aspirar a trascender esto en un mundo de verdad bella, intentando hallar las ecuaciones que hay tras el mundo... Y eso, oye, me enganchó, y a partir de ahí empecé fuerte. Pero lo curioso es el final de la historia, y esto me los señaló el periodista Dennis Overby, que no me había dado cuenta aunque lo tenía delante—y es que en los modelos de espacio-tiempo cuántico que habíamos desarrollado con unos amigos, una nueva gravitación cuántica, podíamos tomar una superficie curva, en ese caso la geometría del espacio, y formarla con montones de pequeños triángulos...

RJS: ... ¡como una cúpula geodésica! Sí, es fascinante... Quería darle al público una idea de a dónde has llegado, y recordarles que incluso aunque abandones los estudios, aún te puedes convertir en un físico famoso. Einstein también dejó los estudios, ¿no?

LS: No sé exactamente si los abandonó... Sí, en un momento dado, se fue andando desde en Italia donde estaban sus padres en el asunto del tendido eléctrico, hasta Suiza, y acabó por entrar en una especie de academia que preparaban para la universidad...

RJS: Sí, eso recordaba yo también. Así que, bien, tenemos este libro fascinante, Time Reborn (El renacer del tiempo)y postula esta noción de que las leyes de la física pueden haber cambiado a lo largo del tiempo, de hecho sostiene quetienen que haber cambiado con el tiempo. Una de las cosas que nos decían en clase de ciencias es que está muy bien tener una idea, pero que tiene que poderse someter a pruebas, tiene que hacer predicciones. Así que, ¿qué clase de predicciones hace esta idea, que tú y tus colegas en Perimeter o en otras partes vayáis a someter a prueba en años venideros?

LS: Bien, la selección natural cosmológica hacía dos predicciones, que publicamos en 1992—sólo dos, pero las dos están manteniéndose con los experimentos recientes. Son las dos muy indirectas, nos costaría mucho... pero sólo por decir de qué van: no debería haber estrellas de neutrones de más de dos veces la masa del Sol. La semana pasada se publicó un artículo en Nature, porque cada pocos meses o cada pocos años se descubre una nueva estrella de neutrones y se mide su masa— de modo que esta predicción habría de ser válida en cualquier momento. Y esta vez la masa de esta estrella es de 2.1 con mas o menos 4, con lo cual es perfectamente compatible, está justo en el límite. La otra tiene que ver con la inflación, y no me referiré a ella, pero se sostiene con las observaciones recientes del satélite Planck. Son ejemplos.

RJS: De todos modos, el libro es fantástico, y me pregunto si estoy interpretando, pero no ha habido una aceptación universal del modelo que se presenta en el libro. Algunos de tus colegas se sitúan en posiciones contrarias a ésta. ¿Cómo los convenceremos de que están equivocados?

SEGUNDA PARTE de la entrevista.

 




Lee Smolin, Time Reborn 
 


Una pista sobre mi prosopagnosia

viernes, 7 de junio de 2013

Una pista sobre mi prosopagnosia

Tengo más dificultades que la mayoría del personal para reconocer caras. Si no es con ayuda de marcos de referencia, a veces me cuesta reconocer a quién pertenece la cara que estoy viendo; pillándome por sorpresa en la calle, muchas veces no reconozco al personal. Es más, a veces, mirando detenidamente a una persona, me cabe la duda continua de si es o no es quien yo pienso. Todo esto dentro de una normalidad general, por así decirlo, que no tengo un caso grave de prosopagnosiathereaderburkinafazo
Ahora, leyendo este artículo sobre los efectos cerebrales de la alfabetización en las funciones cerebrales (Stanislas Dehaene, "Inside the Letterbox: How Literacy Transforms the Human Brain") puede que se resuelva parcialmente el misterio. El área cerebral dedicada originalmente al reconocimiento de caras se me ha visto desplazada o desbordada por un exceso de lectura cuando era pequeño, e incluso ahora supongo. Cito:

Most crucially for the neuronal recycling hypothesis, however, was our determination that reading did not merely have a positive effect on the brain. Exactly as predicted, we also observed a small but significant cortical competition effect, precisely at the site of the letterbox area. For the first time, our study revealed which shapes triggered a response at this site prior to learning to read. In illiterates, faces and objects caused intense activity in this region—and, strikingly, the response to faces diminished with literacy. It was highest in illiterates, and quickly dropped in ex-illiterates and literates. This cortical competition effect, whereby word responses increased while face responses decreased, was found only in the left hemisphere. In the symmetrical fusiform area of the right hemisphere, face responses increased with reading. Thus, at least part of the right-hemisphere specialization for faces, which has been repeatedly observed in dozens of fMRI studies, arises from the fact that these neuroimaging studies always involved educated adults. Obviously, the acquisition of reading involves the reconversion of evolutionary older cortical territory, and text competes with faces for a place in the cortex. 
 

Así que aclaro, si no les saludo a Vds. no es que les haya retirado el saludo, ni que no los vea. Lo que pasa es que igual no me entero de quiénes son. Ahora que si son tan amables de ponerse el nombre escrito en la frente, seguro que les reconoceré al momento.

Lee Smolin, TIME REBORN

lunes, 27 de mayo de 2013

Lee Smolin, Time Reborn

The Perimeter Institute founder, physicist and cosmologist Lee Smolin, rethinks the nature of the universe in his new book, Time Reborn. With Robert J. Sawyer.





La impresentable levedad del ser

Escultura cerebral

viernes, 24 de mayo de 2013

Escultura cerebral

Mara Dierssen, neurobióloga: ‘El hombre es escultor de su propio cerebro’

La escala del Universo y nuestro lugar en él

martes, 7 de mayo de 2013

La escala del universo y nuestro lugar en él

El tamaño del universo, y su estructura global, es incognoscible, e inimaginable. Traduzco la sección The Scale of the Universe del libro de David Christian Maps of Time:

 
El universo comenzó inimaginablemente pequeño, y ahora es inimaginablemente grande. De una manera u otra, para intentar entender la historia de su creación, hemos de intentar captar las escalas espaciales, además de las temporales, a las que se ha narrado esa historia. Nunca podemos llegar a comprender plenamente estas escalas, pero vale la pena hacer el esfuerzo.

Si el universo tiene 13.000 millones de años, esto quiere decir que no podemos ver nada que se halle más lejos de 13.000 millones de años-luz, ya que nada puede viajar más deprisa que la luz, y esa es toda la distancia que la luz ha podido recorrer desde los orígenes del universo. Pero el universo puede ser de hecho más grande que esto, pues el concepto de inflación sugiere que en el primer segundo de su existencia el espacio-tiempo en el que se halla inserto el universo se expandió mucho más rápido que la velocidad de la luz. Si esto es así, el universo real puede ser millones de billones de veces más grande que el universo observable. De hecho, si diferentes partes se expandieron de modos diferentes, puede haber miles de millones de universos diferentes, cada uno con leyes físicas ligeramente diferentes.

En la práctica, claro, es imposible captar incluso el tamaño del universo visible. Para pasar del tamaño de la partícula subatómica más pequeña al conglomerado de galaxias mayor, debemos multiplicar por diez 36 veces. El mayor conglomerado de galaxias es de 1036 veces el tamaño de la partícula más pequeña conocida. Semejantes proposiciones significan poco para nosotros; para comenzar siquiera a pensar a escalas de ese tipo hemos de hacer un esfuerzo especial con la imaginación.  Podría ayudarnos un experimento mental que puede hacernos captar de golpe lo que son las escalas muy grandes.via lactea

Las galaxias grandes como la Vía Láctea contienen algo así como 100.000 millones de estrellas cada una. Las galaxias más grandes todavía pueden contener hasta un billón, de modo que unos 100.000 millones podría ser una representación adecuada del tamaño de una galaxia media. Por lo que sabemos hay también algo así como unos 100.000 millones de galaxias en el universo observable. ¿Cuánto es 100.000 millones? Imagínese un montón de 100.000 millones de granos de arroz: sería suficiente para llenar un edificio del tamaño de la ópera de Sydney. Eso da una idea de cuántas estrellas hay solamente en nuestra propia galaxia. Para representar el número de estrellas de todo el universo visible, habría que construir cien mil millones de Óperas, cada una llena de granos de arroz (Este número total de granos de arroz podría considerarse aproximadamente equivalente al número de granos de arena de todos los desiertos y playas de la Tierra). Pero concentrémonos sólo en una Ópera,, imaginando que representa nuestra propia galaxia, la Vía Láctea. Si usamos ahora los granos de arroz para hacer un modelo a escala de la Vía Láctea, ¿cuál sería la distancai desde nuestra estrella, sentada en el centro de la ópera de Sydney, hasta el grano de arroz más próximo? La estrella más cercana a nosotros es Proxima Centauri, que es parte del triple sistema estelar de Alpha Centauri, el tercer objeto de tipo estelar por orden de brillo que hay en el cielo nocturno. Si nuestro sol fuera del tamaño de un grano de arroz en la ópera de Sydney, Proxima Centauri estaría cerca de la ciudad australiana de Newcastle, a unos 100 kilómetros de distancia, lo cual representa tan sólo unos 4,35 años-luz (más de cuarenta billones de kilómetros o unos 25 billones de millas). En conjunto, hay unas veintiséis estrellas en un radio de 12 años-luz de la Tierra.. (Una es Sirio, que aparece como la estrella más brillante de nuestro cielo en parte porque está tan cerca—sólo a 8,6 años-luz de distancia—y en parte por que es más del doble de voluminosa que nuestro sol, y veintitrés veces más brillante). Para empezar a captar el tamaño de nuestra galaxia no más, debemos imaginar todos los granos de arroz de la Ópera espaciados a esta escala. 

Veamos otra manera de intentar captar estas escalas. A un reactor Jumbo le cuesta unas cuatro o cinco horas cruzar un continente grande como Australia o como los Estados Unidos continentales. ¿Cuánto tiempo le llevaría al mismo reactor llegar al Sol? (Cuántos menús de línea aérea deberíamos comer hasta llegar allí?) En un Boeing 747 volando a una velocidad de crucero de unos 900 kilómetros (550 millas) por hora, tardaríamos casi veinte años en llegar al Sol, que está a unos 150 millones de kilómetros (unos 95 millones de millas). Para llegar a nuestra vecina más cercana, Proxima Centauri, ¡le costaría a ese mismo Jumbo más de cinco millones de años!  Esta es la distancia de vecinos puerta con puerta en una ciudad galáctica de 100.000 millones de estrellas. Para hacerse una idea del tamaño de la galaxia entera, la Vía Láctea, recuérdese que le cuesta a la luz sólo ocho minutos para llegar a la Tierra desde el Sol, pero que le costaría unos 4 años y 4 meses llegar a Proxima Centauri. El mismo rayo de luz tendría que viajar otros 30.000 años más, o 10.000 veces la distancia a Proxima Centauri, antes de poder llegar al centro de nuestra galaxia.

Aunque de modo improvisado, estos experimentos mentales nos pueden ayudar a empezar a imaginarnos lo grande que es el universo. También sugieren lo pequeñas que son, en términos absolutos, las escalas que normalmente nos atañen como seres humanos. A la escala del Universo, nuestro Sol y nuestra Tierra son motas de materia infinitamente pequeñas.

Estos cálculos sugieren una cosa más que es importante para comprender la historia humana. La situación de nuestra Tierra en el Universo no es en absoluto casual. Podemos existir únicamente porque estamos en una región atípica. La mayor parte del espacio está vacío y frío. De hecho, nuestros experimentos mentales se ocuparon de una galaxia, una región del espacio que contiene cantidades inusuales de materia. Fuera de las galaxias, la materia es mucho menos densa. Nuestra Tierra existe en una región infrecuentemente rica en materia, en una gran galaxia, en la que las supernovas han generado una amplia variedad de elementos. En el seno de esa galaxia, vivimos en una región de formación de estrellas, cerca de una estrella madura. Incluso en la parte más densa de la galaxia, el disco, hay regiones de espacio vacío que normalmente contienen sólo cerca de un átomo por centímetro cúbico. Pero en la atmósfera de la Tierra, puede haber 25 billones de moléculas en el mismo espacio. Y hay energía manando a través de esta materia, la energía emitida cada segundo por el Sol. Dicho de otro modo, la historia humana ha tenido lugar en un bolsillo del Universo denso en materia y repleto de energía. Es la extraordinaria riqueza y complejidad de este entorno la que hizo posible la vida.
 
(David Christian, Maps of Time 53-55)

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Y aquí, de bonus, más cosmología australiana: el ensayo de Charles Lineweaver "Cosmobiology: Our Place in the Universe." (PDF)

Maps of Time: David Christian
 

BBC Horizon Order and Disorder

lunes, 29 de abril de 2013

BBC Horizon Order And Disorder With Jim AI.Khalili EP01

 

Part 1, Energy:

 

 



Part 2, Information:





Pensar genera entropía

Pensar genera entropía

viernes, 26 de abril de 2013

Pensar genera entropía

Pensar genera entropía, dijo Carl Eckart. Y vivir también la genera. James Clerk Maxwell soñaba con un demonio que podría con su intervención gratuita recuperar todos los procesos disipativos de las partículas del universo... pero la intervención de cualquier demonio (la intervención real, no la imaginada y teórica, y por tanto también la imaginada y teórica bien concebida) conlleva gasto de energía. Szilárd, un discípulo de Einstein, calculó la conversión entre información y energía que realiza el demonio de Maxwell:

"Pero la información es física. El demonio de Maxwell establece el vínculo. El demonio realiza una conversión entre información y energía, una partícula cada vez. Szilárd—que todavía no utilizaba la palabra información—se dio cuenta de que, si tenía debidamente en cuenta cada medida y cada memoria, la conversión podía ser computada con precisión. De modo que la computó. Calculó que cada unidad de información conlleva el correspondiente aumento de entropía (en concreto, dos unidades por log. k). Cada vez que el demonio efectúa una elección entre una partícula y otra, el coste es de un bit de información." (James Gleick, La información 283).

El demonio, dice Gleick, utiliza información para reducir la entropía (que de por sí aumenta espontáneamente en el universo). Así consigue crear orden y procesos reversibles, a nivel informacional.


"Por muy implacables que parecieran las leyes de la naturaleza, el demonio las desafiaba. Era un ladrón, que con su llave maestra abría la cerradura para dejar pasar a una molécula cada vez. Tenía unos 'sentidos infinitamente sutiles', escribió Henri Poincaré, 'y podía revertir la marcha del universo'. ¿Acaso no era eso precisamente lo que los humanos soñaban hacer?" (Gleick 281).

Pero el demonio tiene su consumo.

Lord Kelvin había sacado una consecuencia casi narratológica de la segunda ley de la termodinámica: el universo avanza hacia su muerte fría, o tibia:


"Aunque la energía mecánica sea indestructible, hay una tendencia universal a su disipación, lo que produce un aumento y una difusión gradual del calor, una interrupción del movimiento y el agotamiento de energía potencial por todo el unvierso material .El resultado de ello sería un estado de inmovilidad universal y de muerte" 

Esto lo dijo en 1862, en una conferencia sobre la posible duración de la luminosidad del Sol (cit. en Gleick 275). La misma idea de base se encuentra en los First Principles de Spencer, donde la vida es una manera cara de mantener funcionando y retroalimentándose procesos complejos que de por sí son disipativos.

Un interesante punto de las definiciones de evolución de Spencer incluía los conceptos de perceptible imperceptible. La evolución va ligada a la perceptibilidad de lo que evoluciona, su aparición como tal objeto básicamente... informático, o semiótico. Una manera de empezar a atacar el problema de por qué la realidad en la que vivimos tiene naturaleza informacional.

¿Pero qué es la información?  Podríamos atenernos a la definición de Shannon, "La información puede ser concebida como el orden extraído del desorden" (cit. en Gleick 252). O, por ponerlo de otra manera, la información es el universo mental extraído a partir del universo físico. En Maxwell hay un momento informático o informacional semejante al que he señalado en Spencer, a la hora de definir qué es la energía disponible. La disipación es relativa a nuestra capacidad de acción, y a nuestro conocimiento:


"La idea de la disipación de la energía depende de la magnitud de nuestro conocimiento (...)- La energía disponible es una energía que podemos dirigir por el canal que queramos. La energía disipada es una energía que no podemos atrapar ni canalizar a nuestro antojo, como la energía de la confusa agitación de moléculas que denominamos calor" (cit. en Gleick 276).

Como señala Gleick, "lo que podemos hacer, o saber, formaba parte de la definición. Parecía imposible hablar de orden o de desorden sin involucrar a un agente o a un observador, sin hablar de la mente" (276).  Y eso nos lleva a la importancia de los sistemas de análisis de la información, los que detectan información utilizable donde otros sólo ven ruido. Yo comprendo que hay mucha confusión en lo que escribo, pero de esto también habló Maxwell:


"La confusión, como el término correlativo orden, no es una propiedad de las cosas materiales en sí mismas, sino únicamente en relación con la mente que las percibe. Un cuaderno de notas, siempre y cuando esté escrito con pulcritud, no resulta confuso para una persona que no sepa leer, ni para su propietario, que lo comprende de principio a final, pero para cualquier otro individuo que sepa leer resulta inextricablemente confuso. De manera similar, la noción de energía disipada no tiene cabida en un ser incapaz de sacar provecho de las energías de la naturaleza, ni en un ser capaz de seguir el movimiento de cualquier molécula y apoderarse de ella en el momento justo." (Maxwell, en Gleick 276).

Por eso la energía disipada no interesa en realidad al demonio de Maxwell, ni a otros Gods and demons, ni al árbol apenas sensitivo, pero tiene gran importancia, la entropía y la información a ella asociada, para todo lo que está en medio, y en especial para the glory, jest, and riddle of the world. Hay que ligar esta noción de información utilizable con los análisis de Goffman sobre la multiplicidad de canales interaccionales—otro día, que pensar lleva tiempo.