viernes, diciembre 07, 2018

Tiempos imaginarios


La tinta, la crema, el azúcar, o el calor

En la imagen se ve una gota de tinta en agua. Imaginen como se diluye lentamente, volviéndose más transparente. Ese fenómeno se llama difusión.


(CC BY-SA 4.0, by Zvonimir Lončarić)

La difusión es un proceso físico por el que se trasmite energía y materia de un punto a otro del espacio. No sólo a gota de tinta en el agua obedece al fenómeno e difusión
  • Cualquier sustancia (materia) que se pueda disolver en un solvente se difunde en él. La tinta en el agua, el azúcar o la crema en el café, y casi cualquier ejemplo que podamos imaginar.
  • El calor (energía) se difunde en los cuerpos. La resistencia de la plancha genera calor que se difunde en el metal, y al tocar la tela de la camisa también se difunde en ella.
La difusión funciona de un modo muy sencillo, es una tendencia a igualar concentraciones. Se describe con una ecuación bastante simple, que voy a intentar escribir acá. No se asusten, es muy fácil, y es lindo entender cómo se usan las ecuaciones para explicar la realidad.

Supongamos que tenemos una región del espacio con una parte que podemos llamar su interior y una superficie que hace las veces de frontera. Podría tratarse de una gota dentro de un vaso lleno de agua. Supongamos que esa región llena de alguna cosa cuya difusión queremos describir. Por ejemplo, la gota podría contener tinta.


(PD)

El contenido abandonará la región a través de su frontera. La tinta sale de la zona inicialmente más oscura a través de la superficie que rodea esa zona. Podemos establecer una ley sencilla para describir este fenómeno:
La cantidad de contenido que se escapará en cada segundo desde el interior, será proporcional a la diferencia entre la concentración interior y la concentración exterior, y también a la superficie de la frontera.
¿Suena complicado? Leelo de nuevo, es muy sencillo: el mundo tiende a la homogeneidad.
  • Si dentro de la región la tinta está muy concentrada, y fuera está muy diluida, la cantidad de tinta que atraviesa la superficie por segundo será mucha.
  • Si en cambio la concentración dentro es apenas mayor a la concentración fuera, la tinta escapará muy lentamente.
  • Y por supuesto, si la concentración fuera es mayor que la concentración dentro, la tinta entrará en la región en lugar de escapar de ella.
Se trata simplemente de la tendencia a emparejarse que tienen las cosas. Una especie de búsqueda de la homogeneidad.

Escribamos una ecuación para describir el fenómeno. La concentración de tinta es el número de moléculas de tinta dividido el número total de moléculas. O sea, es la probabilidad P de que al tomar una molécula al azar, esta sea de tinta y no de agua.

Si N es el número de moléculas dentro de la región, y dN su cambio en un lapso de tiempo dt, la ecuación es
dN = k (Pe - Pi) S dt
siendo Pe la concentración exterior y Pi la interior, S la superficie de la región, y k una constante que caracteriza el proceso en cuestión.

Esta ecuación de difusión es simplemente la expresión matemática de lo que explicamos antes. Si la fórmula no se entiende, no importa mucho, no contiene nueva información más allá de lo que dice el texto.

Esta ecuación controla los procesos físicos de disolución de materia o de energía. Nos dice como se difunde la tinta en el agua, el azúcar o la crema en el café, o el calor en la plancha.

Los electrones, los protones y demás objetos pequeños


Lo interesante es que la ecuación de difusión se parece mucho a la ecuación de Schrœdinger, que describe la mecánica cuántica de los objetos muy pequeños como las partículas subatómicas.


(PD)

La ecuación de Schœdinger para una partícula se puede escribir así
dN = i h (Pe - Pi) S dt
Donde ahora N es una medida de la probabilidad de encontrar la partícula dentro de la región, Pe y Pi la de encontrarla a cada lado de la superficie, i la raiz cuadrada de -1, y h una constante conocida como constante de Planck.

Como vemos, la ecuación es muy parecida... casi parece que si le cambiáramos el nombre a h y la llamáramos k quedaría igual... salvo por esa maldita i metida ahí adelante... Si quisiéramos leer la ecuación para entenderla en palabras que entendimos la ecuación de difusión ¿Qué rol cumpliría esa i?

La salvedad aquí es que en mecánica cuántica N y P no son realmente probabilidades sino amplitudes, es decir números que en principio pueden ser complejos. Luego podemos identificar nuestra constante de difusión con k = i h, y la interpretación en palabras es la misma que antes
La cantidad de contenido (amplitud) que abandonará la región en cada segundo , es proporcional a la diferencia entre la amplitud interior y la amplitud exterior, y a la superficie de la frontera.
No suena mal. El único problema es que, siendo la amplitud un número complejo, perdemos la intuición acerca de cosas que sem hzan de un lado y de otro de la superficie.

Sin embargo, hay otra interpretación posible. Cambiemos el nombre k = h y redefinamos la manera en la que medimos el tiempo transcurrido como dT = i dt. De nuevo la ecuación se lee así:
La cantidad de contenido (amplitud) que abandonará la región en cada segundo imaginario, es proporcional a la diferencia entre la amplitud interior y la amplitud exterior, y a la superficie de la frontera.
Y o si la amplitud es inicialmente nr el, alo ber una i en la ecuación se mantendrá real al transcurrir el tiempo, y con eso recuperamos la intuición de cosas que se homogeneizan que teníamos con la difusión de la tinta.

Todo muy lindo, pero... ¿qué demonios sería un segundo imaginario?. Y aquí entra el pragmatismo de los físicos: n segundo imaginario es una forma conveniente de transformar la ecuación de Schrœdinger en la ecuación de difusión, manteniendo k real.

Con esta reinterpretación de la ecuación de Schœdinger, podemos decir que los electrones, los protones, o as las partículas subatómicas se difunden en el espacio como si fueran tinta, solo que lo hacen cuando el tiempo corre en la dirección imaginaria.
-- Pero pará, el tiempo el tiempo es un número real, mi reloj no marca números imaginarios. Un tiempo imaginario significa que el universo...
-- ¡Callate y calculá!
Sucede a menudo que situaciones físicas muy diferentes entre sí se vuelven similares si imaginamos que el tiempo pueda ser un número imaginario. Si esto es una simple coincidencia matemática o si tiene alguna interpretación más profunda, es algo que nadie sabe.

Pero ¡guau! ¿no?

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lunes, diciembre 03, 2018

Cuidar a tus hijos... ¿o tener muchos?

En base a una pregunta que me hicieron en CuriousCat, me puse a leer sobre el modelo r/K en ecología. Fascinante.

(CC0)

Para empezar, el sentido de la vida. Lamento arruinarles la Guia del autostopista galáctico y toneladas de libros de filosofía, pero la razón por la que estamos vivos es sencilla: lograr que la información codificada en nuestros genes se propague a la siguiente generación. Somos sólo máquinas copiadoras de genes. Lo demás es autoayuda.

El objetivo último de la existencia de cualquier organismo vivo es maximizar el número de copias de sus genes que lo sobrevivirán una generación más. Para lograrlo, un ingrediente fundamental es, claro, el tener descendientes. Pero otro punto no menor es también que estos lleguen a adultos y tengan, a su vez, descendientes.

(PD)

Se puede escribir una ecuación para entender la dinámica ecológica que surge de esa regla. Si el número de individuos es N y cada uno tiene r descendientes, el número de descendientes será r N. Sencillo ¿no?

Pero ¿cuántos llegarán a adultos?

La proporción del total descendientes que llegarán a adultos será mayor cuanto mayor sea el cuidado K que los padres pongan en ellos. Y será menor cuanta más competencia tengan que enfrentar, o sea, cuanto mayor sea el número de adultos, N. Para incluir esa información en nuestra fórmula, podemos definir la proporción 1 - N/K, que será igual a 1 cuando no haya otros adultos vivos al momento de nacer los descendientes, y a 0 cuando el número de adultos vivos sea tan grande, que todo el cuidado que los padres puedan poner en sus hijos no alcance para hacerlos sobrevivir a la dura competencia.

Con esto, el número de descendientes que llegarán a adultos en cada generación, que se escribe dN/dt, vendrá dado por la ecuación del modelo r/K, que se escribe

dN/dt = r N (1 - N/K)

Lo relevante de esta ecuación es que, al escribir un modelo matemático del problema, aislamos los parámetros fundamentales que lo definen. En este caso r, el número de descendientes, y K, la inversión de esfuerzo paterno en la cría de los hijos.

Es obvio que r y K no son independientes: quien tiene muchos hijos no puede invertir mucho tiempo en cuidarlos. Hay que elegir. Esto nos permite identificar dos estrategias posibles:
  • Hay especies que eligen maximizar r olvidándose de K. Son en general animales pequeños, que tienen muchas crías, a las que casi no cuidan y que maduran muy rápido. 
      (CC BY-SA 3.0 , by Christian Fisher)
  • Otras especies en cambio, maximizan K mientras mantienen un r pequeño. Son en general animales grandes, que tienen pocas crías a las que cuidan mucho, y a las cuales les toma mucho tiempo madurar. 
    (CC BY 2.0, by Derek Keats)

Cada especie elige un compromiso entre r, el número de descendientes, y K, la inversión de los padres en cuidarlos. Algunas apuestan más por r, otras más por K. Y en las especies más complejas ese compromiso cambia según las condiciones del entorno. Lo que es también fascinante.
  • En entornos ecológicamente estables, el futuro es previsible. Vale la pena invertir esfuerzo en criar pocas crías porque, casi con seguridad, llegarán a adultas. Los entornos ecológicamente estables favorecen la estrategia K.
  • En entornos ecológicamente inestables, el futuro es imprevisible. Conviene tener muchas crías e invertir poco esfuerzo en ellas, ya que es probable que la mayoría mueran antes de llegar a adultas. Las catástrofes y la imprevisibilidad favorecen la estrategia r.

Y ahora viene lo más polémico y vuela cabezas del asunto: pensemos en la especie humana. La estrategia de la especie es predominantemente K, pocos hijos que maduran lento con gran inversión parental. Pero ¡cambia según las circunstancias!
  • Las clases altas, los habitantes de los países desarrollados, la gente que vive en entornos estables y previsibles, tiene pocos hijos que maduran muy lentamente, en los que invierten mucho esfuerzo. Estrategia K
    (PD).

    Las situaciones de bienestar (riqueza, sociedades y economías estables) favorecen las familias chicas y los adolescentes inmaduros.
  • Las clases bajas, los habitantes de los países pobres, la gente que vive en entornos poco previsibles, tiene muchos hijos que maduran muy rápidamente y en los que invierten comparativamente poco. Estrategia r
    (PD)

    Las situaciones de catástrofe (guerras, calamidades, pobreza extrema) favorecen las violaciones y el abandono de niños, y la sexualidad precoz.

Fascinante. No importa que tan complejos nos guste creer que somos, en el fondo obedecemos reglas relativamente sencillas y similares a las de las demás especies.

Por supuesto que el modelo r/K es una idealización, y que las realidades ecológica y humana son mucho más complejas. Pero su función, como la de cualquier modelo, es singularizar los aspectos importantes que controlan la dinámica de un sistema. Y siempre se puede mejorar a posteriori incluyendo más variables y más interacciones entre ellas.

Lo que es impresionante es el poder que tiene un modelo tan sencillo para poner en un solo marco muchas observaciones aisladas. Es la belleza de la matemática aplicada al mundo cercano.

sábado, noviembre 24, 2018

La mecánica cuántica y la consciencia: la hipótesis de Penrose y Hameroff

Tuve que dar una charla sobre física y neurociencia, en la que incluí la hipótesis de Penrose y Hameroff acerca de la consciencia.

Si bien la hipótesis en sí es una propuesta muy especulativa y bastante desacreditada al día de hoy, las motivaciones que enumera Penrose en sus libros Lo grande, lo pequeño y la mente humana y La mente nueva del emperador siguen vigentes y aún sin explicación, y constituyen un tema muy estimulante para la especulación científica.

¿Qué es la consciencia?


Según el diccionario, la palabra refiere el conocimiento que tiene un ser vivo de sí mismo y de su entorno.

Sin embargo, la definición misma del fenómeno ya genera polémica: cada uno de nosotros sabe que es consciente, pero ¿como sabemos que los otros lo son?

En el día a día, nuestra única prueba de la consciencia de los demás es cómo interactúan con nosotros. Por lo que sabemos, podrían ser zombis filosóficos, es decir seres vacíos por dentro que no saben que existen y que funcionan mecánicamente, replicando las respuestas externas de un ser consciente, pero careciendo de cualquier vida interior.

Alan Turing propuso usar con las computadoras el mismo criterio, un tanto laxo, que usamos con nuestros semejantes para saber si son conscientes: si al interactuar con ellas no distinguimos sus respuestas de las de un ser consciente ¡pues considerémoslas conscientes! Sus objetores señalaron que, incluso si en sus respuestas no pudiéramos distinguirlas de una persona, las computadoras no estarían replicando los procesos físicos que ocurren en el cerebro de una persona. Tales procesos podrían ser cruciales en la generación del fenómeno que conocemos como consciencia.


(PD)


Pero ¿qué es exactamente la consciencia, desde un punto de vista físico? Hay tres enfoques posibles, según los cuales sería una propiedad

  1. Esencial: es decir la consciencia no es física, sino una componente externa al mundo físico que se liga a algunos seres vivos durante su vida. Esta es la posición de la religión, con la idea de alma. Pocos investigadores aceptan esta opción como una posibilidad científica.
  2. Emergente: la consciencia es una consecuencia de los procesos físicos que ocurren en ese sistema extremadamente complejo que constituye nuestro cerebro. Estos procesos no tienen ningún ingrediente nuevo y siguen las leyes que conocemos. Esta es la posición general entre los neurocientíficos.
  3. Intrínseca: la consciencia es una componente fundamental del Universo, una parte de las leyes físicas que aún nos falta terminar de enunciar.

La propuesta de Penrose y Hameroff se basa en la última opción, y considera que la componente faltante en nuestra descripción del universo tiene algo que ver con la mecánica cuántica, y con un fenómeno conocido como colapso objetivo. Su motivación fue, por un lado, que los procesos de colapso cuántico parecen relacionados al estado consciente del observador y, por otro lado, que la mente humana resuelve problemas no resolubles por una computadora clásica.

¿Qué es el colapso cuántico?


Supongamos que leemos El gato con botas con la luz que nos llega a la vez desde una ventana y desde el reflejo de la ventana en un espejo. La luz que incide sobre el libro es una superposición de luz proveniente de las dos fuentes. Sólo si ponemos la mano tapando la ventana o el espejo podemos saber de donde proviene un dado fotón. Si la suerte del protagonista del libro dependiera de eso, no estaría ni vivo ni muerto en tanto nos abstuviéramos de hacerlo. Sería un gato de Schœdinger que vive o muere solo cuando decidimos observar.

 
(PD)

Esta interpretación de Copenhagen de la mecánica cuántica parece poner en el foco el estado consciente del observador: sólo cuando éste se entera de donde vino el fotón, debe el gato enfrentar su destino.
Aclaremos sin embargo que esto es solamente una interpretación, o sea una imagen mental del formalismo matemático, y que no es la única posible, si bien es la más popular entre los científicos. No se trata de un hecho científico con sustento empírico: el formalismo de la mecánica cuántica funciona perfectamente incluso si le damos una interpretación completamente distinta.

¿Qué es un problema no computable?


¿Qué quiere decir que la mente humana resuelve problemas no computables? Básicamente, que no se puede programar una computadora para demostrar teoremas, como de hecho hace la mente de cualquier matemático humano.
La mejor manera de ver esto es usando una versión del teorema de Gödel debida a Turing:
Supongamos que programamos una computadora para probar una cierta proposición sobre los números naturales.

Por ejemplo "cualquier número n > 1 se puede escribir como la suma de dos primos". La computadora procederá a probar uno por uno los números naturales, y se detendrá cuando la proposición no se cumpla

n = 2, es la suma 1 + 1, se cumple
n = 3, es la suma 1 + 2, se cumple
n = 10, es la suma 5 + 5, se cumple
. . .
n = 11 ¡ups! ¡No se cumple!

El programa se detuvo en el paso n = 11.

Podemos escribir un programa similar para cualquier proposición que se nos ocurra que hable de un número natural. Si el programa se detiene en el paso n, la proposición es falsa. Si no se detiene nunca, es verdadera para todos los naturales.


(PD)


Ahora bien ¿podemos escribir otro programa, más elaborado, que nos diga a priori si el programa que testea cualquier proposición particular se detendrá o no en el paso n? Tal programa sería una "máquina de demostrar teoremas" ¿puede tal cosa existir?

Si existiera, nos podría decir en particular si el programa que testea la proposición n-ésima se detendrá en el paso n...

...pero, wait a minute! Esta última es una proposición sobre un número natural, o sea que debe ser el objetivo de uno de nuestros programas testeadores, digamos el programa k-ésimo.

Concentrémosnos en él y preguntémosle a nuestra máquina de demostrar teoremas: "el programa que demuestra la proposición k-ésima ¿se detendrá en el paso número k?

  • Si la respuesta fuera no esto implicaría que la proposición k-ésima es verdadera. Pero la proposición k-ésima es precisamente "el programa que demuestra la proposición k-ésima se detendrá en el paso k", o sea que la respuesta debería haber sido si.
  • Si la respuesta fuera si esto implicaría que la proposición k-ésima es falsa. Pero la proposición k-ésima dice que "el programa que demuestra la proposición k-ésima se detendrá en el paso k", o sea que la respuesta debería haber sido no.
¡Vértigo! ¡PANTALLA AZUL!


(CC BY-SA 3.0, by AlexTheRose)


Es decir que el suponer que existe una máquina de demostrar teoremas lleva a una contradicción.

Y sin embargo...

...de algún modo existe una máquina de demostrar teoremas, que no entra en pantalla azul: ¡la mente humana!

¿Qué está pasando?


Penrose y Hameroff señalaron que los programas de la demostración anterior son programas clásicos: en cada paso la respuesta es o no, el gato está vivo o está muerto.

¿Qué sucedería -se preguntaron- si quisiéramos repetir el razonamiento dentro de un programa cuántico, donde las respuestas pueden ser superposiciones de gatos vivos y muertos?

Tal vez la capacidad aparentemente mágica de la mente humana de violar la demostración de Turing se deba a la mecánica cuántica y el fenómeno del colapso antes descripto.

La hipótesis de Penrose y Hameroff está bastante desacreditada hoy en día, por varias razones.
  • La objeción más simple es la de Stephen Hawking, que podría resumirse en: ¿Qué tiene que ver una cosa con la otra?. Sólo porque el colapso cuántico y la capacidad de la mente humana de resolver problemas no computables sean dos misterios científicos, no implica que se trate del mismo misterio científico.
  • Un segundo punto es que se demostró que cualquier algoritmo cuántico se puede reproducir con un algoritmo clásico. O sea que después de todo ¡no hay magia!
  • Finalmente, la interpretación de Copenhagen de la mecánica cuántica está siendo desplazada por la interpretación de muchos mundos (que da para otro post), en la cual el fenómeno del colapso no aparece ligado a la conciencia del observador.

Sin embargo, más allá de su hipótesis en sí, las motivaciones que tuvieron Penrose y Hameroff siguen siendo áreas abiertas de investigación. Tanto el problema del colapso como el de la conciencia son problemas fascinantes y muy poco comprendidos, y constituyen áreas de frontera en la investigación científica actual.

domingo, noviembre 18, 2018

¿Cuanto sabemos sobre epilepsia?


(Fuente, CC0)

La epilepsia es tal vez la enfermedad de la que hay registro más antiguo. Innumerables personajes históricos y celebridades recientes la han sufrido. Por ejemplo Alejandro Magno, Julio César, Miguel Angel, Fiodor Dostoievski, Theodore Roosevelt, Lewis Carrol, Edgar Alan Poe, Charles Dickens, Richard Burton, Piotr Tchaikovski, Truman Capote, Danny Glover, Prince...

 
Alejandro Magno (Fuente, PD)

Y sin embargo, es una enfermedad cargada de estigma de la que la población en general sabe muy poco.

 
Julio César (Fuente, CC BY NC SA 2.0)

¿Sabías que epilepsia no significa convulsiones?. Buena parte de los pacientes con epilepsia jamás sufren crisis convulsivas. Esta información había comenzado finalmente a difundirse en el público hace una década, desde el mundo anglófono... pero retrocedió ante la omnipresencia de pésimas traducciones ibéricas que traducen seizure como convulsión.

 
Miguel Angel (Fuente, PD)

¿Sabías que las crisis no-convulsivas no son "ausencias"? En la mayor parte de esas crisis, el paciente percibe el mundo a su alrededor, a veces de algún modo deformado o extraño, pero sin perder la consciencia.

 
Fiodor Dostoievski (Fuente, PD)

Datos básicos sobre la enfermedad

La epilepsia afecta a entre cuatro y catorce de cada mil personas. Digamos una de cada cien, para redondear. Esto significa que muy probablemente conocés a varias personas con epilepsia. Algunas de ellas lo ocultan, otras simplemente no saben que la padecen.

 
Theodore Roosvelt (Fuente, PD)

La epilepsia se diagnostica cuando una persona sufrió por lo menos dos crisis verificadas. Se puede usar un encefalograma, pero sólo es útil si el paciente tiene una crisis durante el estudio. Por eso, el diagnóstico final siempre es clínico, en virtud del relato de los síntomas y de la experiencia del paciente.

Las crisis epilépticas son descargas eléctricas en el cerebro, que se propagan por fuera de los canales normales de flujo eléctrico entre las neuronas. Chispas, vamos. Muy suaves, pero fuera de control.

Lewis Carroll (Fuente, PD)

Las crisis pueden ser generalizadas (cuando se afectan ambos hemisferios cerebrales) o parciales (cuando se afecta sólo un hemisferio). Las crisis parciales pueden ser simples (las descargas llegan solo a una parte de un hemisferio cerebral) o complejas (las descargas se extienden a otras partes del hemisferio afectado).

Las crisis generalizadas pueden ser tónico-clónicas (las infames convulsiones) o de consciencia (las mal llamadas ausencias). Las crisis parciales pueden ser motoras (por ejemplo, automatismos) alucinatorias sensoriales (destellos de colores, sabores metálicos, olores) o alucinatorias psíquicas (sensación de extrañeza, desorientación).

El 60% de los casos de epilepsia no tiene causa identificable, lo que se denomina epilepsia idiopática. En el resto de casos, el origen de la epilepsia se puede identificar en malformaciones, traumatismos, o enfermedades neurodegenerativas.

Edgar Allan Poe (Fuente, PD)

En el 80% de los casos, la epilepsia responde a la medicación. Las crisis disminuyen hasta desaparecer, y el paciente puede llevar una vida normal. Del 20% restante, los llamados casos refractareos a la medicación, si se identifica la fuente de las descargas a veces se puede practicar cirugía. En algunas personas se instala un vague nerve stimulator o VNS, que es un aparato alojado en el torax, que envía una descarga al nervio vago cuando el paciente acerca su anillo al pecho, frenando de ese modo la crisis. Otros en cambio eligen ¡la dieta!

En efecto: una opción para el tratamiento de la epilepsia que no responde a los medicamentos es la dieta cetogénica, un programa bajo en hidratos de carbono y alto en grasas. El choripán ¡pero sin el pan! La dieta cetogénica es un buen ejemplo de medicina alternativa que funciona... y entonces deja de ser alternativa.

 
Charles Dickens (Fuente, PD)

Las crisis epilépticas se disparan o bien porque sí, o porque se tocan determinados gatillos. Estos gatillos pueden ser perceptivos (luces titilantes -como fue el célebre caso de Pokemon-, luces tenues, sonidos agudos o fuertes, etc) o psíquicos (la evocación de una crisis anterior, el estrés, la falta de sueño).

Un paciente de epilepsia con el tratamiento adecuado puede hacer una vida normal. Sólo en algunos casos, el paciente medicado debe cuidarse de los gatillos y/o de someterse a situaciones de riesgo como la natación o la conducción de vehículos. El principal inconveniente para el paciente epiléptico es el estigma que genera la enfermedad, debido en buena parte al miedo y el prejuicio de los otros.

 
Richard Burton (Fuente, PD)

¿Sabés qué hacer si alguien tiene una crisis convulsiva?

Una persona con una crisis convulsiva cae al suelo y empieza a temblar violentamente. A veces emite gritos o aullidos, o babea. En esos casos

1- No pongas nada en su boca. No, no se tragará la lengua, ni se la morderá. ¡Que no, dije! Eso es un mito muy difundido que causa un riesgo: no se tragará su lengua, pero puede tragarse lo que le pusiste en la boca.

2- Alejá los objetos duros o filosos con los que se pueda golpear. Las sacudidas son muy violentas, y los golpes pueden ser feos.

3- Ponelo de costado, para que no se ahogue si vomita. No es algo que pase siempre, pero es una posibilidad y es mejor prevenirla.

 
Piotr Chaikovski (Fuente, PD)

¿Sabés qué hacer si alguien tiene una crisis no-convulsiva, una "ausencia"?

1- No hables de él ni te comportes como si no estuviera allí. Él te escucha y esa actitud puede resultar muy frustrante. Quedate con él, esperá que se le pase, confortalo y preguntale si necesita algo.

2- No te asustes ni lo mires con miedo. Es probable que no pueda entender tus palabras pero sí entiende tu tono. Puede ser desesperante tener que calmar al otro mientras estás teniendo una crisis.

 
Truman Capote (Fuente, PD)

¿Cuando llamar al médico?

1- Si se trata de una mujer embarazada. La crisis en sí misma no afeca al bebé, pero si hay convulsiones, entonces los movimientos musculares o los golpes podrían hacerlo.

2- Si se lastima o se golpea muy fuerte durante la crisis. Para el paciente, la crisis en sí no es traumática. Es importante que entiendas que no está sufriendo. Pero si se golpea o se lastima, podría serlo.

3- Si la crisis no se detiene por más de 5 minutos o si se repite después de terminar. Eso se llama estado epiléptico y puede tener consecuencias graves, incluso la muerte.

 
Danny Glober (Fuente, CC BY-SA 2.0, by 5of7)

Otras cosas para saber

  • Si grita durante la crisis, no te asustes. El grito puede sonar como un alarido horrendo, pero no manifiesta dolor o miedo, sino solo la incapacidad de controlar los músculos del torax y de la garganta.
  • Al terminar la crisis el paciente está confundido. Tu autocontrol y tu serenidad son de mucha ayuda. Si no se acuerda lo que pasó, explicaselo con tranquilidad.
  • Las crisis pueden ser muy cansadoras. A veces el paciente se duerme después de tener una. Dejalo descansar, no se murió.

 
Prince (Fuente, CC BY-SA 2.0, by Nicolas Genin)


Finalmente

No estigmatices no seas burro. El que tenga epilepsia no implica absolutamente nada más acerca de esa persona. No se debe a nada que haya hecho en su vida (la cual de todos modos nadie te habilitó a juzgar). No contagia. No produce arranques violentos (hay que matar al pésimo libretista de Hollywood que difundió esa versión). No es una psicosis.

Entre tus amigos y conocidos hay varios epilépticos. Sólo por estadística, conocés entre tres y diez personas con epilepsia. Sabé quienes son, haceles sentir que no te alejarás de ellos si te lo cuentan.

Si alguien cercano recibe ese diagnóstico, no te asustes, mucho más graves son otras enfermedades con mejor prensa, como la hipertensión. Buscá información en Internet (empezá por acá o por acá), es importante que entiendas qué cosas temer y cuáles no.

Y difundí.

Gracias.


PS: Un antiguo post, contando la experiencia subjetiva de una crisis.

Caballos y casi-caballos

Buscando la solución a una cuenta que me está rompiendo la cabeza estos días, llegué a un libro muy lindo de Richard D. Mattuck, A Guide to Feynman Diagrams in the Many-Body Problem, sobre un problema importante de la física: el problema de muchos cuerpos. La introducción es tan linda que me parece que se puede hacer un post basado en ella.

 

El problema de muchos cuerpos básicamente consiste en responder la siguiente pregunta, en apariencia sencilla:

¿Cómo se moverán los componentes de un conjunto de muchos cuerpos?

El primer ejemplo histórico del problema de muchos cuerpos es la famosa pregunta bizantina ¿cuántos ángeles caben en la cabeza de un alfiler? Ese ejemplo pone en evidencia que el problema empieza cuando los ángeles interactúan, se empujan unos a otros, se birlan mutuamente el asiento. Si los cuerpos no interactuaran, si cada uno de los ángeles no supiera nada sobre la existencia, posiciones e intenciones de los demás, el problema sería muy sencillo: cada cuerpo se movería como si estuviera sólo en el Universo. Muchos cuerpos son un problema sólo cuando interactúan.

 

Es decir que, para ser precisos, la pregunta debería reformularse como:

¿Cómo se moverán los componentes de un conjunto de muchos cuerpos que están interactuando entre sí?

La respuesta constituye un problema tremendamente complicado, lleno de física de la más interesante. En caso de que pretendiéramos responderla sin hacer ninguna aproximación, en términos puramente matemáticos la pregunta podría reformularse como sigue:

¿A partir de cuántos cuerpos las ecuaciones que describen el problema dejan de tener soluciones exactas? ¿Cuántos cuerpos empiezan a ser muchos cuerpos? ¿cuántos son realmente un problema?

La respuesta a este interrogante, relativamente sencillo, fue cambiando a lo largo de la historia:
  • En el siglo VIII, con la nueva ciencia de la Mecánica, Newton resolvió exactamente el problema de dos cuerpos, pero el problema de tres cuerpos se reveló rápidamente como imposible de resolver.
  • En el siglo XIX, con el descubrimiento de las leyes de la Electrodinámica y del consecuente fenómeno de la radiación, el problema de dos cuerpos, que se había creído entendido, dejó de tener solución.
  • En el siglo XX, con el advenimiento de la Mecánica Cuántica, cuyo estado de vacío es irresoluble ¡dejamos de entender el problema de cero cuerpos!
Viendo que el enfoque de resolución exacta no sólo no avanza a medida que aumenta nuestro conocimiento del universo, sino que al contrario retrocede, uno podría desesperanzarse. Sin embargo, la física obtiene sus datos de la medida, la cual se conoce sólo con un cierto grado de precisión. Esto hace natural buscar soluciones aproximadas a las ecuaciones. Después de todo ¿qué sentido tendría buscar soluciones exactas, si luego vamos a compararlas con una medida aproximada? Así, la necesidad se torna virtud, y el enfoque aproximado al problema de muchos cuerpos se vuelve útil.

Vayamos al ejemplo más sencillo: dos cuerpos en la mecánica clásica. Imaginemos que arrojamos al aire una boleadora, formada por sólo dos piedras unidas por una soga. El movimiento resultante puede ser muy complicado, con cada una de las piedras describiendo una trayectoria bastante compleja. Pero si prestamos atención a las clases de física del secundario, sabremos que ese problema se puede separar en el del movimiento del centro de masas de las piedras, y el del movimiento de su coordenada relativa (la distancia entre las piedras). El centro de masas se mueve independientemente de la coordenada relativa, como si no interactuaran entre sí.

(¿Perdí la mitad de mis lectores aquí? no se preocupen, no es crucial entender esto para continuar leyendo).

Lo único importante es la moraleja: si bien el movimiento de muchos cuerpos puede ser complicado, a veces se puede describir, al menos aproximadamente, en términos de otras coordenadas que se mueven libremente, y que no saben nada unas de otras. A veces podemos imaginarnos que esas esas coordenadas son las posiciones de otros cuerpos, ficticios, a los que llamamos casi-cuerpos.

Esos casi-cuerpos aparecen cada vez que hay un conjunto de muchos cuerpos interactuando de manera complicada, muy fuertemente, y resulta que ese movimiento se puede describir en términos de otros cuerpos, que interactúan de manera sencilla, muy débilmente.

Un caballo que corre en la Pampa levanta polvareda. Describir el movimiento del caballo y de cada una de las partículas de polvo puede ser una tarea complicada. Pero describir el movimiento de la nube resultante formada por el caballo y las partículas, o sea del casi-caballo, puede en cambio ser bastante simple.

 

Un electrón que atraviesa un sólido arrastra otros electrones. Describir el movimiento de todos esos electrones puede ser una tarea complicada. Pero describir el movimiento de la nube resultante, formada por el electrón original y los otros electrones arrastrados por él, o sea del casi-electrón, puede en cambio ser bastante simple.

Usando estos casi-cuerpos (o cuasipartículas, en el mundo microscópico) se puede entender el movimiento de sistemas de muchos cuerpos y describirlo con buena aproximación. De hecho, esa es por ejemplo la forma en la que entendemos el movimiento de los electrones dentro de los cables de una instalación eléctrica. Cada uno de los electrones interactúa con los demás y se mueve complicadamente. Pero cada uno arrastra consigo una nube de socios, tomando la identidad de casi-electrón, cuyo movimiento es mucho más simple.

Los sistemas de muchos cuerpos pueden moverse también de modos no descriptibles en términos de casi-cuerpos. Movimientos de la nube de polvo que no podemos imaginar como los de un casi-caballo. Estos movimiento se conocen como excitaciones colectivas.

El mejor ejemplo de excitación colectiva (porque juega con la ambigüedad de ambas palabras) es la ola mexicana, un fenómeno futbolístico que rmpezó en el mundial '86, y que se puede ver en este enlace. Cada uno de los participantes realiza un movimiento sencillo que termina en su posición inicial, es decir que no cambió de lugar. Pero hay otra cosa, la ola misma, que se está desplazando de una manera diferente a la de cada participante. La ola es una excitación colectiva.

Otro ejemplo de excitaciones colectivas en la naturaleza es el que constituyen los fonones, u ondas de sonido: son movimientos colectivos de los átomos que constituyen la materia. Si bien los átomos se balancean alrededor de un punto fijo, el sonido se transmite de un lado a otro de la habitación.

Lo interesante es que la mecánica cuántica borronea la distinción entre partículas y ondas, por lo que las excitaciones colectivas de un sistema de muchos cuerpos son también, en algún sentido, casi-cuerpos. Es decir que la ola mexicana es, en algún sentido, el casi-cuerpo de la multitud, la psique colectiva hecha carne. La prueba de que muchos cuerpos no sólo comparten orgías.

 
Fuente (dominio público).

viernes, noviembre 09, 2018

Jacques Benveniste y la memoria del agua

Estuve leyendo sobre Jacques Benveniste y el supuesto efecto de memoria del agua. Es una historia interesante, con una moraleja sobre la honestidad científica y la ciencia privada.

Benveniste fue un inmunólogo francés que trabajó en el Instituto de Salud e Investigaciones Médicas (INSERM), una institución gubernamental francesa. En 1988 publicó un paper en la prestigiosa revista Nature reportando el efecto de memoria del agua y disparando una controversia.


Benveniste agregaba un químico al agua, en una dilución predeterminada, y comprobaba la reacción de ciertas muestras biológicas. Hasta aquí, nada extraño. El problema era que las muestras biológicas reaccionaban incluso cuando la dilución era tan grande que no quedaba ninguna porción del químico original en el agua.

Es como si agregáramos un grano de sal al lago Argentino, lo disolviéramos bien, luego tomáramos un vaso de agua, y al probarlo ¡lo sintiéramos de sabor salado! aún cuando muy probablemente ninguno de los átomos de nuestro grano de sal original hubiera terminado en el vaso.

La explicación que Benveniste -con formación de inmunólogo y no de químico- daba a este fenómeno, era que el agua de alguna manera recordaba qué cosas habíamos diluido en ella, incluso cuando ya no quedaban restos de la sustancia, y que las muestras biológicas reaccionaban a esa memoria.

El problema es que ese tipo de información preservada se da de narices contra principios bien establecidos de la mecánica estadística. Nature exigió que el experimento fuera repetido en condiciones controladas por un equipo propio seleccionado ad-hoc, que incluía al célebre ilusionista y enemigo de las pseudociencias James Randi.

 
James Randi (by Sgerbic) (Fuente)

El equipo de Randi fue testigo de los experimentos 'doble ciego' hechos en el laboratorio de Benveniste. En tales experimentos, muestras de agua tratada con el químico y otras de agua no tratada se ponían en contacto con el material biológico, y se tomaba nota de la reacción.

El grupo de Nature notó que el supuesto efecto desaparecía cuando los miembros del laboratorio no sabían si la muestra de agua había sido tratada o no ¡gran sorpresa! La revista publicó entonces un reporte sobre esta falla metodológica en los experimentos de Benveniste.
Los resultados de Benveniste no pudieron ser reproducidos por estudios independientes, y ahora han pasado a la historia como ejemplo de investigación fallida. Sin embargo, el episodio tiene ribetes interesantes que ameritan comentario.

  • Primero: los resultados de Benveniste, de haber sido correctos, hubieran dado una base científica a la homeopatía. Los medicamentos homeopáticos contienen básicamente agua, ya que su principio activo está tan diluido como un grano de sal en el lago Argentino, o incluso más, y es probable que ninguna de las moléculas del principio activo sea ingerida por el paciente en cada dosis.
  • Segundo: dos de los miembros del laboratorio de Benveniste eran pagados por una farmacéutica especializada en homeopatía, la empresa Boiron. Eso hizo que se sugiriera que alguien en el grupo de trabajo estaba engañando a Benveniste, aunque nunca hubo ninguna prueba de ello.
  • Tercero: nadie puso en duda la honestidad de Benveniste, ni lo acusó de fraude, ni de falsear resultados. Lo peor que se dijo de él fue que su experimento tenía fallas metodológicas que lo hacían susceptible a los sesgos humanos.

Es decir, estaríamos ante un ejemplo del efecto Clever Hans: la expectativa del experimentador afecta los resultados. En este caso, experimentadores financiados por intereses privados, encuentran resultados que favorecen estos intereses.

 (PD-1923 Fuente)

Este episodio pone de manifiesto que, incluso sin asumir falta de integridad científica, la financiación privada de la ciencia es peligrosa. También lo es la financiación estatal, cuando la expectativa del ente financiador es explícitamente la de obtener resultados en una dirección predeterminada.

Un detalle adicional: el único eslabón casi completamente privado en la investigación científica es el de los journals. Y en este ejemplo ese eslabón falló. Nature jamás debió haber publicado el paper antes de la confirmación independiente. Pero fue más fuerte la tentación de la primicia.

La moraleja es que la financiación privada de la ciencia, incluso en casos de completa integridad, genera sesgos de consecuencias potencialmente muy peligrosas.

Asi que aquí termina la historia. Ya sé, ya sé, garrálapala ñoqui. Ahí voy...
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viernes, noviembre 02, 2018

La vida, el multiverso, y todo lo demás

Estuve releyedo este hermoso artículo sobre la jerarquía de los multiversos del cosmólogo sueco Max Tegmark. Describe los lineamientos de la idea que luego plasmaría en su libro The mathematical universe.

El universo


En la definición popular de Carl Sagan, el universo es todo lo que fue, todo lo que es, y todo lo que será. En esos términos, solo puede haber uno.

 
Carl Sagan (by JrScientist) Fuente

Sin embargo, a la hora de hacer esta definición algo más operativa, no podremos jamás conocer lo que es sino solamente lo que vemos. Y por supuesto los acontecimientos futuros sólo pueden ser hipotéticos. Luego, el universo puede definirse como todo lo que vimos, y todo lo que vemos.

Con esto, toma forma la idea de que podrían existir otros universos, en regiones lejanas o de otro modo inaccesibles, que no vemos pero cuya existencia podemos inferir. Tal conjunto de universos es lo que llamamos el multiverso.
En el mencionado artículo, Tegmark propone una jerarquía de multiversos. Se basa en el análisis de cuántas formas existen de generar sectores no correlacionados de la realidad.

El multiverso de nivel I: las burbujas de Hubble


Parados en Tierra y armados de los más potentes telescopios, podremos ver hasta una cierta distancia a nuestro alrededor. Esta distancia es más o menos la misma en todas direcciones, por lo que podemos decir que estamos en el centro de nuestra burbuja de visibilidad. Por supuesto, a medida que mejoramos nuestros instrumentos de observación, dicha burbuja crece. Sin embargo, existe un límite teórico a su tamaño, conocido como horizonte cosmológico, tal que es imposible ver nada que esté más allá.

La pared de nuestra actual burbuja de visibilidad Fuente

Este horizonte cosmológico se debe a la expansión del universo. Las galaxias se alejan de nosotros, más rápidamente cuanto más lejanas. Las que están más allá del horizonte cosmológico se alejan más rápido que la luz, por lo que nada que salga de ellas podrá jamás alcanzarnos. Por lo tanto, el horizonte cosmológico establece la máxima burbuja de visibilidad, de miles de millones de años luz de diámetro, conocida como burbuja de Hubble.

Desde nuestra posición en la Tierra, nos vemos como si estuviéramos en el centro de esta burbuja de Hubble. Lo paradójico es que diríamos lo mismo desde cualquier otra posición: cada punto del espacio tiene su propia burbuja de Hubble, que contiene todas las cosas que se pueden ver desde allí, limitadas por su horizonte cosmológico.

Nada que suceda en las galaxias muy lejanas, que se alejan de nosotros más rápidamente que la luz, puede afectar lo que pasa en nuestra galaxia y sus vecinas. En otras palabras, burbujas de Hubble de las galaxias lejanas están causalmente desconectadas de nuestra propia burbuja de Hubble.

Por tal razón, tiene perfecto sentido afirmar que cada burbuja de Hubble es un universo, y el conjunto de todas las burbujas de Hubble es un multiverso de nivel I.

Los valores de las constantes fundamentales, la dimensión del espacio, el número de elementos químicos, y demás detalles, son iguales en todas las burbujas de Hubble. O sea, lo que llamamos las leyes de la física, son idénticas en todos los universos que forman multiverso de nivel I.
¿Cuantas burbujas de Hubble existen? Es decir ¿cuantos universos como el nuestro contiene este multiverso de nivel I? No lo sabemos, pero es probable que sean infinitas.

Lo interesante es que en infinitas burbujas de Hubble hay infinitas galaxias, algunas muy parecidas a la nuestra. Estas galaxias contienen estrellas similares al sol, incluso algunas idénticas a él. Muchos de tales soles poseen planetas, algunos iguales a la Tierra. ¿Cuantas de tales tierras existen? ¡infinitas! En muchas de esas tierras, hay personas como vos y yo. En varias, estamos exactamente vos y yo, idénticos en todos los detalles. ¿Cuantas copias de nuestra identidad existen en todo el multiverso de nivel I? ¡infinitas!

(By SpeedRunnerOfPersia) Fuente

Todas las posibles historias de tu vida, las más felices y las más trágicas, tuvieron lugar en alguna de las burbujas de Hubble. En alguna burbuja te casaste con tu primera novia y tuviste una vida feliz, en otra terminó horriblemente, en otra la hiciste sufrir tremendamente cuando la dejaste por su hermano. En alguna burbuja de Hubble sos candidato presidencial, en otra sos dictador. En alguna se acabó el mundo de un modo ridículo, y sólo quedás vos.

El multiverso de nivel II: la inflación eterna


El multiverso de nivel I, es decir el conjunto de todas las burbujas de Hubble, existe casi sin dudas. Salvo que el universo sea finito, lo que es muy poco probable. Ahora bien ¿es éste el único que existe? ¿o hay tal vez otros conjuntos de burbujas Hubble o multiversos de nivel I, en lugares recónditos del cosmos? Resulta que la teoría cosmológica más sólida, la inflación eterna, sugiere que existen en efecto otros multiversos de nivel I.

Para entender la teoría de la inflación eterna, imaginemos primero un vaso de cerveza. En puntos al azar dentro de él, aparecen pequeñas burbujas de gas que aceleran hacia arriba mientras se van hinchando. Las burbujas mueven más rápidamente cuanto más cerca están de la superficie, lo que hace que se vayan separando entre sí y que no colisionen a pesar de que están creciendo. En términos técnicos, se puede decir que la cerveza está en un estado metaestable y que decae formando burbujas.


La inflación eterna sugiere que el universo está inicialmente en un estado metaestable (análogo al de la cerveza), en el cual cualquier punto se aleja de cualquier otro a velocidad creciente. Eso pasa todo el tiempo en todos lados, y muy rápidamente. En un dado momento en un punto del espacio tal estado metaestable decae , y se forma una burbuja menos acelerada a su alrededor (análoga a una burbuja dentro de la cerveza). Estas burbujas menos aceleradas aparecen en puntos aleatorios, y se alejan muy rápidamente unas de otras, por lo que nunca colisionan.

Dentro de cada una de esas burbujas menos aceleradas, hay un multiverso de nivel I, es decir un conjunto de burbujas de Hubble. El conjunto de todos los multiversos de nivel I formados de esta manera, es lo que se llama un multiverso de nivel II.

Lo interesante es que en cada elemento del multiverso de nivel ll, las leyes de la física son diferentes, con otros valores para las constantes universales, distinta dimensión, más o menos elementos químicos, etc. Hay multiversos de nivel I vacíos, hechos sólo de espacio y sin materia. Hay multiversos de nivel I bidimensionales o flatlands, y también penta- o deca-dimensionales. Los hay con un solo elemento químico estable, o con un millar de ellos. Los hay sin electricidad, o con dos tipos distintos.

Hay multiversos de nivel I increíblemente extraños, algunos con formas de vida o de consciencia imposibles de imaginar.

El multiverso de nivel III, o la interpretación de muchos mundos de la mecánica cuántica


El multiverso de nivel II es científicamente más discutible que el de nivel I, pero la mayoría de los cosmólogos teóricos lo acepta como una hipótesis de trabajo. Con esto:

  • Tenemos nuestro universo, que es una burbuja de Hubble, y otros infinitos universos similares, con las mismas leyes de la física. Forman el multiverso de nivel I.
  • Existen muchos multiversos de nivel I, cada uno con sus propias leyes de la física, separados por un vacío metaestable. Forman el multiverso de nivel II.
Hagámosnos entonces la pregunta natural: ¿hay acaso más niveles?

Resulta que es probable que haya por lo menos un nivel más, un multiverso de nivel III, formado por cada una de las historias posibles del mulitverso de nivel II.

El multiverso de nivel ll cumple con las leyes de la mecánica cuántica. La interpretación de muchos mundos o de Everett de esta teoría dice que, si un experimento tiene dos posibles resultados, ambos se hacen realidad.

 

Cada vez que tiramos una moneda, el mundo se divide en dos ramas de Everett, en una de ellas cae cara, y en la otra cae ceca. Cada vez que Schrödinger abría la caja el cosmos se separaba en dos, uno con el gato muerto, y otro con el gato vivo. Cada vez que abría la puerta de su habitación, el cosmos se separaba en dos, en uno lo esperaba Anny y en otro Hilde (Schrödinger vivía con dos esposas).

O sea que en cada instante, cada multiverso de nivel II se está separando en una infinidad de ramas con una infinidad de historias. En ese sentido, hay un multiverso de nivel III, formado por cada una de las ramas en las que se separa el multiverso de nivel II en cada instante.

El multiverso de nivel IV: las estructuras matemáticas y la naturaleza de la realidad


O sea que hasta aquí hay tres escalas de multiversos:

  • Nivel I: infintos universos iguales al nuestro pero muy lejanos, algunos con copias idénticas de nosotros mismos, leyendo este texto.
  • Nivel II: infinitos multiversos de nivel I, cada uno diferente del otro, con leyes físicas diferentes, que existen alejándose de nosotros.
  • Nivel III: las ramas de Everett del multiverso de nivel II, cada una de ellas con una historia distinta para cada evento.
Tegmark propone una cuarta escala en esa jerarquía, la de las estructuras matemáticas. Es una propuesta más filosófica que científica, pero muy interesante.

El multiverso de nivel III contiene las ramas de Everett del de nivel II, que contiene a su vez multiversos distintos de nivel I, que están formados de universos como el nuestro. Tal multiverso de nivel III está descripto por una serie de leyes que tienen una formulación matemática muy bien definida, con un conjunto de postulados y de reglas de razonamiento a partir de los cuales se deducen teoremas.

En algún sentido, podríamos decir que nuestro universo, o en general el multiverso de nivel III que lo contiene, es dicha estructura matemática. En efecto: para cada fenómeno en el multiverso de nivel III, hay un paralelo en la estructura matemática, y viceversa. El multiverso de nivel III y la estructura matemática que lo describe funcionan con idénticos engranajes, tienen la misma forma. Tiene bastante sentido afirmar que son la misma cosa.



Tegmark plantea entonces ¿qué sucede si hay otras estructuras matemáticas, igual de complejas que la que describe nuestro multiverso de nivel III? ¿Tiene sentido afirmar que una es real mientras que las otras no lo son?
En particular, si entre los teoremas que se pueden demostrar dentro de una estructura matemática está la presencia de seres inteligentes ¿no seria mucho más económico aceptar que es una estructura real? De esa manera, aparecería un multiverso de nivel IV formado por todas las estructuras matemáticas que contienen inteligencia.

Conclusión


La cosmología es una de las áreas mas interesantes de la física. Se entrecruza constantemente con preguntas de origen filosófico, e intenta responderlas con herramientas científicas. El origen y el fin de los tiempos, los límites del cosmos, la naturaleza misma de la realidad. En ese contexto, la jerarquía de multiversos de Tegmark es una idea fascinante y muy provocativa.

 
La jerarquía de los multiversos Fuente

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sábado, octubre 20, 2018

Desplanetamientos

Huyamos del programa de Macri para terminar con 30 años de democracia, hagamos escapismo científico. Leí la historia del desplanetamiento de Plutón.













Hasta 2006, el conteo de los planetas del sistema solar, junto con Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno, incluía a Plutón. Sin embargo, ese conteo no incluía a Ceres el cual, a pesar de ser comparable con Plutón en masa y varias otras características, era clasificado como un asteroide. Además, para esa época ya se habían descubierto Eris y Makemake, dos cuerpos similares a Plutón en orbita más alejada del sol.

 

Con el telescopio espacial Hubble ya funcionando, era obvio que se iban a descubrir muchos más cuerpos de características similares, con lo que se estaba planteando un problema: o bien se aceptaba a todos esos cuerpos, incluido el ya anitguo Ceres, como planetas, o bien se aceptaba que Plutón no era un planeta normal.
Entonces, se tomó la decisión de clasificar los cuerpos del sistema solar en tres categorías: los planetas, los planetas enanos, y los cuerpos menores.

Los planetas son los objetos que son lo bastante masivos como para hacer dos cosas:
  1. Tomar forma esférica:
    Las diferentes partes del planeta se atraen entre sí debido a la fuerza de gravedad, intentando juntarse todas en el centro del mismo. Pero por supuesto, encuentran una cierta resistencia por parte del material del que está hecho el planeta (roca o gas) y entonces no pueden colapsar completamente hacia el centro. El resultado es que el planeta toma la forma de una esfera. Ese estado esférico se llama de equilibrio hidrostático, en completo paralelo con lo que pasa con una gota de agua que, comprimida por la tensión superficial, toma la forma de una esfera.
  2. Limpiar su orbita:
    Un planeta es un objeto muy masivo, cuando pasa cerca de otros cuerpos estos son atraidos por la fuerza de gravedad y tuercen su camino intentando seguir al planeta en su movimiento. Esto resulta en que, o bien estos cuerpos caen sobre el planeta, o bien erran el blanco cruzando la órbita del planeta y alejándose. El resultado es el mismo: luego de unos miles de años, las orbitas de los planetas están limpias de otros objetos cercanos, no hay basura estelar a su alrededor.
Es decir que los planetas, por ser muy masivos, por un lado toman la forma esférica, y por otro limpian su órbita. Mercurio, Venus, la Tierra, Marte, Jupiter, Saturno y Urano, tienen forma esférica y una órbita limpia, luego son planetas en ese sentido.

Plutón en cambio, es lo bastante masivo como para tener forma esférica, pero no lo bastante para limpiar su órbita. Lo mismo pasa con Ceres. Ambos son objetos esféricos pero con órbitas sucias, y luego no son planetas.

A tales objetos, lo bastante masivos como para ser esféricos, pero no para limpiar su órbita, se los llamó planetas enanos. Al momento se conocen cinco planetas enanos: Ceres, Plutón, Eris, Makemake y Haumea, y varios candidatos muy lejanos como para pider caracterizarlos aún. Ceres no tiene satélites, Plutón tiene cinco (si ¡cinco! no es solo Caronte), Eris tiene uno y Haumea tiene dos.

Los objetos más pequeños que ni toman forma esférica ni limpian su órbita se llaman cuerpos menores. Están distribuidos en tres regiones:
  • Los cuerpos menores más cercanos al sol están en el cinturón de asteroides, entre las órbitas de Marte y Júpiter. Un ejemplo es Vesta.
  • Los cuerpos menores más alejados están más allá de la órbita de Plutón, en lo que se llama el cinturón de Kuiper. Un ejemplo es Quaoar.
  • Finalmente,los cuerpos menores más lejanos estarían en la nube de Oort de la que aún no hay evidencia observacional, salvo por los cometas.
Lo interesante es que el número de planetas enanos y cuerpos menores conocidos está creciendo desde que se puso en órbita el Hubble.
Hace menos de un año se descubrió un cuerpo, que se supone es un planeta enano, que sería el más alejado hasta el momento. Se están descubriendo objetos de lo más interesantes. Un ejemplo es Sedna, que tiene una órbita extremadamente elíptica, que lo trae muy cerca de Plutón y luego lo lleva lejísimos. se especula que provenga de la nube de Oort.

Otro objeto interesante es Haumea. Gira tan rápido que, a pesar de estar en equilibrio hidrostático, no es una esfera sino un elipsoide.

 

Esta es una infografía sobre el problema del hielo de Haumea:
 

Es fascinante cómo hacen los astrónomos para obtener información de cuerpos alejados, y usarla para deducir más información.

El mencionado problema del hielo consiste en que el hielo, sometido a la radiación solar, deja de ser un cristal y se desordena, se vuelve amorfo en lugar de cristalino. A una temperatura tan baja como la de Haumea, el hielo debería quedarse en su forma amorfa, no tiene energía para volver a transformarse en cristal. Sin embargo, al parecer, en Haumea hay hielo en forma cristalina, según se puede ver en los colores de la luz que se refleja en su superficie. O sea que de algún lado Haumea está recibiendo calor extra, más allá del que llega del sol.

O sea que sólo mirando la luz de Haumea (el cual es, seamos claros, un maldito puntito casi invisible en un telescopio) sabemos que tiene una fuente de calor adicional.

Se especula que podría haber materiales radioactivos en su interior, un reactor nuclear natural similar al que funcionó en Oklo, África hace miles de años. Otra hipótesis es que la fuerza gravitatoria de los satélites de Haumea tironea de su superficie generando mareas, que proveen el calor adicional necesario.

Es fascinante: de la nada, de una minúscula mancha en una foto, sabemos que o bien hay elementos radioactivos, o bien hay fuerzas de marea.

También hay un fenómeno político, de comunicación, en la historia de la recategorización de Plutón. Se lo difundió terriblemente mal.

Los medios dijeron algo así como "Ridículo: ahora dicen que Pluton no es un planeta" como si fuera un capricho de los astrónomos. Cuando en realidad la noticia era mucho más interesante si se la difundía bien: se fijaron criterios claros para decir qué cosa es un "planeta". Es decir, por primera vez la clasificación de algo como "planeta" o "planeta enano" o "cuerpo menor" dejó de ser caprichosa, se la formalizó.

No es la primera vez que los medios de comunucación transforman en parodia una historia científica fascinante y llena de ricos detalles.
                    

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