jueves, septiembre 11, 2008

Mareando protones

Les dejo un artículo que saldrá en breve publicado en el portal CienciaNet, acerca del acelerador de partículas LHC, al cual por alguna razón que todavía no alcanzo a imaginarme los medios bautizaron "la máquina de Dios". Está funcionando desde ayer en el CERN de Ginebra, Suiza.

Desde su puesta en marcha, el acelerador ha hecho circular haces de protones a gran velocidad en el subsuelo de los Alpes, y haces de gansadas de profunda superficialidad en los medios de comunicación vernáculos.

Descargar el artículo aquí (nuevas versión, mejoras casi invisibles).
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9 comentarios:

  1. Vea, le estoy dando un poco de exposicion, espero que no quede como que le pretendo robar camara.

    Leyendo un poco sumariamente, no le veo defectos obvios, es un hecho que usted piensa lo que escribe. Quiza, en algun pasaje, se podria decir que se pone un poco combativo, pero si eso es un defecto, joderse, no lo es para mi. Mas bien al contrario: los reaccionarios me tienen los testiculos al borde de necesitar drenaje.

    Ahora, eso si, llega el momento temido: el del mangazo de una breves aclaraciones.

    1. Que tanta certeza (teorica) hay sobre la radiacion de Hawking?

    2. Sabe de alguna especulacion mas o menos fundada sobre metodos posibles (aunque lo sean solo en principio, se entiende) para generar agujeros negros microscopicos? Sabra a lo que me refiero, alguno de esos papers de ingenieria especulativa, o alguna charla de cafe de las que degeneran en calculos en servilletas.

    Fuera de todo esto, no sabe como le agradezco. Me ha sacado el mal gusto de una charla que tuve que tener esta tarde, con uno de esos sonados que debieran haber sido personajes terciarios o cuaternarios de El Pendulo de Foucault.

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  2. Peste:

    La cámara es toda suya, no se preocupe. Especialmente la que viene pegada a entidades estúpidas y parlanchinas que terminan en un micrófono. No diga que no le advertí.

    Admito que el pasaje combativo al que se refiere se va un poco de la línea del artículo. Pero que se yo, por momentos parece que uno se debe a su estilo.

    En cuanto a las aclaraciones

    1. La radiación de Hawking:

    Es un efecto semiclásico (ver comment más abajo, que postearé tal vez mañana), es decir que es consecuencia de las leyes de la mecánica cuántica aplicadas en un espacio curvo. Está entre las pocas cosas que se pueden decir con seguridad respetando las reglas de la mecánica cuántica en presencia de campos gravitatorios, y sin necesidad de usar las aún desconocidas reglas de la gravedad cuántica. La predicción original de Hawking es que la radiación de un agujero negro tiene el mismo espectro (básicamente los mismos colores) que la que sale por la mirilla de un horno. Es decir que es igual a la llamada “radiación de cuerpo negro”.

    El problema es que la radiación de cuerpo negro no contiene información. Entonces si dejo caer, digamos, una computadora con miles de megabytes almacenados en sus discos rígidos, dentro del agujero negro, nada podré leer de los mismos simplemente analizando la radiación que posteriormente se emita. Cuando el agujero negro termine de evaporarse, lo mismo habrá sucedido con dicha información, habrá desaparecido completamente. ¡Pero eso es imposible, las reglas de la mecánica cuántica predice que información no desaparece! Por eso algunas personas creen que la radiación de Hawking no es exactamente “radiación de cuerpo negro” sino algo un poco mas complejo, que esconde la información de todo lo que cayó dentro del agujero. Pero nadie duda que exista.

    2. Creación de agujeros negros en laboratorio

    Para crear un agujero negro es necesario crear un campo gravitatorio muy intenso. Como el campo gravitatorio creado por un cuerpo es proporcional a su masa y decrece con el cuadrado de la distancia, podemos imaginarnos la masa tiene que ser muy grande y la distancia muy pequeña. En otras palabras, la densidad de materia en el interior del agujero debe ser enorme. ¿Que tan enorme? Bueno, el campo gravitatorio es además proporcional a la constante de Newton, que es un número que nos dice que tan intensa es la fuerza de gravedad para una dada masa y a una distancia fija. Cuanto mas grande sea la constante de Newton, mayor será el campo gravitatorio generado por una cierta densidad de materia, y por lo tanto más fácil será crear un agujero negro con esa densidad.

    El problema es que la constante de Newton es realmente muy pequeña. La gravedad es en realidad una fuerza muy débil (cualquiera que haya alzado su mano y no la haya visto desprenderse del brazo para caer al suelo, sabe que las fuerzas electromagnéticas que unen nuestros tejidos son mucho más intensas que la gravedad). Por lo tanto para crear un agujero negro, hay que lograr una densidad altísima, meter mucha materia en un volúmen muy pequeño, lo que implica que es muy difícil crear agujeros negros en el laboratorio.

    Pero podría ser que la constante de Newton no sea tan constante después de todo. Algunos escenarios sugieren que podría tomar valores muy diferentes a escalas pequeñas, respecto del valor pequeño que observamos a escala macroscópica. En particular, podría suceder que a escala pequeña la constante de Newton sea mucho mayor. Si ese fuera el caso, entonces metiendo dos protones en una región muy pequeña del espacio podríamos lograr la densidad suficiente como para crear un microscópico agujero negro. Esos escenarios son los que se ha sugerido que podrían manifestarse en el LHC.

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  3. A ver, entonces:

    Por alguna cosa que lei por ahi, veo que el caso es que nadie /sensato/ duda que la radiacion de Hawking exista. De otro modo, me tengo que imaginar que no es para cualquiera la bota de potro: a mi me explicaron esquematicamente el mecanismo, pero me doy plena cuenta de que no lo entiendo lo suficiente para tomar partido. Y definitivamente, no considero poder seguir sin ayuda la disputa sobre la distribucion espectral.

    La otra pregunta, me doy cuenta, era aparte de tecnica, cultural. Si realmente puedo seguir la discusion, y no me he perdido sin darme cuenta, la incertidumbre sobre si se detectara un agujero negro en el LHC no es peque#a. Sin hilar muy fino, me surgen preguntas que podemos muy bien suponer, en este contexto, que son retoricas:

    La idea de que la constante de Newton dependa de la escala, que apoyo tiene? Lo de las dimensiones compactas, como juega en esto? Los que se interesan en agujeros negros artificiales, tienden a desesperar de la energia o la luminosidad del LHC los acerque siquiera al objeto de su deseo? O de que _cualquier_ acelerador futuro les venga bien? Que opinaba el finado Wheeler? Hay datos astrofisicos que le pongan coto a la creacion pasada o presente de agujeros negros microscopicos? En todo esto, cuanta subjetividad hay, de donde viene, a donde va?

    A ver si me hago entender: cuando he buscado por ahi sobre este tema, no me pude abrir paso entre la especulacion ociosa, las posiciones conservadoras, los que delimitaban cuidadosamente que no se sabia, y los que se listaban alegremente todo lo que no se sabe. Y todo esto ha de tener algo que ver la alergia (que me contagio Juan de Mairena) que le tome a los divulgadores cientificos que no aclaran de quien es tal o cual idea ni le ponen un valor siquiera estimativo a su plausibilidad.

    No me de mucha bola, me estoy yendo de tema, y no creo que este tan necesitado de ideas para futuros posts. Y en cualquier caso, gracias.

    Hablando de nuevo de patos criollos, mire si no se han puesto densos. Alguien les tendria que explicar, si quisieran oir, que hay miles de maquinas mucho mas peligrosas y/o utilizadas que son igualmente abusables.

    No es que la ciencia se haya politizado: siempre tuvo relaciones complejas con la politica. Lo que pasa ahora es que estamos todos metidos en una politiqueria pelotuda y comercial. Si alguien habla en serio, lo tapan con los gritos de la hinchada, o con las arengas amplificadas del opinador de turno.

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  4. La física del siglo XX se apoyó sobre dos pilares fundamentales, la Relatividad y la Mecánica Cuántica. Ambas son, básicamente, modificaciones de las leyes de Newton para hacerlas compatibles con el movimiento de los cuerpos a gran velocidad la primera, y a muy pequeña escala la segunda.

    Las leyes de Newton son las tres leyes del movimiento, que dicen que los cuerpos se mueven siguiendo trayectorias que unen su punto de partida con su punto de llegada, de acuerdo a las siguientes reglas.

    1. “en ausencia de fuerzas un cuerpo se mueve a velocidad constante y en línea recta”

    2. “la aceleración de un cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él”

    3. “si un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, independientemente de que tan grande sea la distancia que los separe, recibirá como pago la misma fuerza pero en sentido contrario”.

    Además Newton descubrió la ley de gravitación universal, que dice que

    4. “los cuerpos se atraen con una fuerza que crece con el producto de sus masas y decrece con el cuadrado de la distancia que los separa”

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    En relatividad “especial” (o “restringida”), Einstein mantuvo la forma de la primera ley de Newton, aunque modificó la segunda y la tercera, para hacerlas compatibles con la existencia de una velocidad absoluta, la de la luz.

    2a. “la variación del impulso de un cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él”

    3a. “un cuerpo sólo puede ejercer fuerza sobre otro si ambos están en el mismo punto del espacio, y recibe como pago una fuerza igual y contraria”.

    Es decir que no hay acción a distancia… aunque ¡eso es incompatible con la ley de gravitación universal! En 4. más arriba, estamos ciertamente hablando de una acción entre cuerpos que no están en el mismo punto.

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    Para resolver este último problema Einstein propuso la relatividad “general”. Reemplazó la ley gravitación universal por la ley de curvatura del espacio, que no hace referencia a accion a distancia y que dice (muy crudamente) que

    4a. “un cuerpo curva el espacio de modo proporcional a su energía”.

    Por otro lado reemplazó la primera ley de Newton, por su versión curva

    1a. "en ausencia de fuerzas un cuerpo se mueve siguiendo la línea mas corta que une su punto de partida con su punto de llegada"

    Aclaremos que cuando el espacio es curvo, como lo es por ejemplo la superficie de una esfera, esta línea no es necesariamente una recta.

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    Por otro lado la mecánica cuántica modificó las leyes de Newton de una manera mucho más radical. Los cuerpos no se mueven siguiendo una trayectoria, sino que “olfatean” todas las trayectorias posibles que unen el punto de partida con el punto de llegada. Las recorren todas a la vez, pero en cada trayectoria el cuerpo esta presente con una cierta intensidad (o "amplitud de probablilidad" en la jerga), que es máxima para las trayectorias clásicas, es decir las que cumplen las leyes de Newton 1., 2. 3. y 4.

    En otras palabras, cuando el cuerpo a abandona su punto de partida, se fotocopia en miles de copias idénticas, cada una de las cuales sigue una trayectoria diferente que la lleva hasta el punto de llegada. Todas esas copias están “desdibujadas” o “borrosas”, atenuadas por efectos de una cierta probabilidad, siendo la más “clara” o “visible” la que cumple las leyes de Newton 1. a 4. de arriba

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    Modificar la mecánica cuántica para hacerla compatible con la relatividad especial no es fácil, pero tampoco es imposible. El resultado es lo que se conoce como “teoría cuántica de campos”, cuyas predicciones se han mostrado acertadas durante toda la segunda mitad del siglo XX.

    Dicho muy rudamente, se trata de una ligera modificación de las reglas de la mecánica cuántica, Las partículas siguen todas las trayectorias posibles entre el punto de partida y el de llegada, con una cierta intensidad (amplitud de probabilidad) en cada una de ellas. Pero ahora la trayectoria más probable es la que cumple las leyes de la relatividad especial 1., 2a., 3a., y 4.

    En particular, dado que no hay acción a distancia, una partícula que viaje a lo largo de cada una de las trayectorias posibles, sólo forcejeará con otra partícula en aquéllas trayectorias que las hagan pasar a la vez por el mismo punto. En ese caso, ambas partículas llegan incluso a aniquilarse mutuamente, a partirse en pedazos, o a unirse definitivamente en una nueva partícula.

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    El siguiente paso es hacer compatible la mecánica cuántica con la relatividad general. Lo que se llama gravedad semiclásica es la mecánica cuántica en un espacio curvo.

    En otras palabras, las partículas siguen todas las trayectorias posibles para unir su punto de partida con su punto de llegada, cada trayectoria con una dada amplitud de probabilidad. La trayectoria más probable satisface ahora las leyes 1a. 2a., 3a y 4a.

    Es decir que en ausencia de fuerzas la trayectoria más probable no es la línea recta (como sucede en la teoría cuántica de campos de arriba), sino la línea más corta que une ambos puntos. Como antes, una partícula que viaja en cada una de sus trayectorias posibles sólo interactúa con otra partícula en aquellas trayectorias que las hacen pasar a ambas por el mismo punto, y en ese caso se pueden aniquilar, asociarse o romperse en pedazos.

    Este es al presente el borde de lo explorado. Es en este contexto en el que Hawking predijo la radiación de los agujeros negros.

    Entre todas las trayectorias posibles que llevan una partícula desde su punto de partida hasta su punto de llegada, existen algunas para las cuales, en algún punto intermedio, se crea de la nada un par de fotones, que viajan durante algún tiempo junto con la partícula, para volverse a encontrar más adelante y aniquilarse mutuamente, dejándola nuevamente sola.

    Pero en el caso en el que hay un agujero negro en los alrededores, podría pasar que uno de los fotones caiga en el agujero negro dejando a su compañero sin nadie contra quien chocar y aniquilarse en el futuro. Por lo tanto nuestra partícula llegará a su punto de llegada acompañada de un fotón. Es decir de una partícula de luz. Esta luz es la radiación de Hawking.

    Es decir que la radiación de Hawking es un efecto semiclásico de la gravedad. Se llama “semi” clásico, en lugar de simplemente cuántico, porque una verdadera teoría cuántica de la gravedad debería reemplazar 4a. en las reglas para encontrar la trayectoria mas probable, por una adecuada versión cuántica, que nos diga de que modo un cuerpo que semueve por muchas trayectorias a la vez puede curvar el espacio. Pero al presente nadie conoce tal versión.

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  5. lindo artículo, da gusto leer sobre estas cosas por gente que entiende del tema

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  6. (estaba seguro de haber dejado un comment, pero bue... lo repito: buen artículo, está bueno leer cosas de la gente que sabe)

    lo de la 'máquina de Dios' no viene de acá, de hace 15 años?

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  7. Moderacion, Mairena, moderacion. No me diga que estaba mirando otro canal cuando nos bombardeaban los de Memoria en Compota...

    Asi que ese fue el animal? Se conseguira el telefono?

    Severian, vea, estuve hasta los sobacos en los ultimos dias, pero permitame unas breves: por que esconde exposiciones como esta, que estan a la altura de las de cualquier divulgador de los que son llevados de gira por ahi, en los comentarios? Por que no hace un indice y lo actualiza cada tanto, apropiadamente categorizado y todo eso?

    Por que, eh? Por que!?

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  8. si, había visto la moderación, y el tema de econtrarse a 'charlar' con el amigo virtual que consiguió, pero como ví comments nuevos, pensé que tal vez no lo había tomado (pero esos comments nuevos eran suyos, calculo que no te pide automoderarte el sistema este)

    según la minibiografía está retirado, pero cualquier cosa llamalo al Diego, que tiene el celular (de Dios, no de L.L.)

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  9. JuanPablo: La moderación la hago por e-mail, con lo que los comentarios no necesariemnte llegan a mi casilla en el mismo orden en el que fueron emitidos (y ciertamente, a veces dejo mis comentarios sin haber chequeado mi e-mail, por lo que quedo hablando solo)

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