sábado, 17 de marzo de 2012

Ciclos de tiempo

Ciclos de tiempo
Roger Penrose
[2010]



Llega un punto en que la cosmología moderna se conecta a través de los tiempos con la Grecia clásica; en que la ciencia se reencuentra con la frontera filosófica, dada la imposibilidad física de conseguir evidencias que soporten una teoría.

Penrose propone en su libro un modelo de Universo cíclico, en que el final de una era del Universo (o eón) no es sino el principio del siguiente. Esto desde luego no es nuevo en si mismo; como concepto es una hipótesis que existe hace mucho - pregunten sino a los hindúes ; también en un contexto más científico, se han sugerido ciclos en escenarios cosmológicos de masa mayor a la crítica y carentes de constante cosmológica, en los que al Big Bang seguiría un supuesto Big Crunch.

Lo novedoso (al menos, es la primera vez que leo al respecto) es que Penrose plantea la existencia de ciclos en un modelo de masa menor a la crítica y con constante cosmológica -es decir; según la mejor información y teorías disponibles en este momento, el mismo escenario en el que aparentemente nos encontramos "en la realidad".

Esquema de los diferentes escenarios cosmológicos (Fuente: NASA)

Es imposible escribir un resumen explicativo de todo lo que se trata en el libro. Pero digamos que hay dos puntos centrales; uno es el extraordinario misterio subyacente en la segunda ley de la termodinámica. Penrose argumenta con criterio que el Big Bang fue un evento o punto de partida de entropía especialmente baja, en particular en lo que denomina entropía gravitacional. El segundo punto, fundamental para su teoría, es una similitud topológica entre el principio y el (supuesto) final del Universo, entre los cuales "solamente" habría una brutal diferencia de escala.

En defensa de Penrose, su libertad de acción en este nuevo tipo de "filosofía" es mucho más severa que la de aquellos primeros filósofos griegos, y a pesar de estar en la frontera de lo que puede considerarse ciencia, es sin lugar a dudas una teoría de inspiración científica. Es interesante que se arriesgue valientemente con la posibilidad de encontrar rastros de eones anteriores en la distribución del fondo de radiación de microondas; aunque él es el primero en reconocer que se trata de una tarea complicada, y que hasta ahora los esfuerzos no han dado ningún indicio de respaldo a sus predicciones. Pero es una declaración de intenciones -en cuanto a la posibilidad de alcanzar un día el campo científico duro (las evidencias), no tira la toalla.

Busto de Tales de Mileto (624 - 546aC) - considerado por muchos tanto el primer filósofo como el primer científico. (Fuente: IEP)

Debo reconocer que tuve que emplearme a fondo para seguir el hilo de algunos argumentos del libro, si bien Penrose hace un gran trabajo en simplificar lo aparentemente insimplificable (sus gráficos hechos a mano son de colección, por sencillez y claridad). Mi impresión general es que en la hipótesis hay puntos importantes que quedan en el aire. Como comentaba, a lo mejor es que no entendí bien; sin embargo, no encontré una resolución satisfactoria a la claramente manifiesta dificultad de tener que explicar cómo a un Universo de entropía creciente sigue uno de entropía inicial baja. Si bien se apunta a una eventual pérdida de información en los agujeros negros, me da la impresión de que Penrose no termina de "jugarse" con afirmaciones categóricas. Tampoco encontré comentarios claros, o siquiera hipótesis, sobre el rol o realidad física que rodearía a esa brutal diferencia de escala existente en el cambio de eón.

Diagrama de Penrose - o cómo capturar tiempo y espacio infinitos en un cuadrado (Fuente: Wikipedia)

Por otra parte, me resultaron fascinantes algunas de las hipótesis y razonamientos. En particular, sus reflexiones sobre el destino de materia y radiación, y la naturaleza misma del tiempo en un Universo en expansión exponencial, con acento en el rol de los agujeros negros supermasivos, que a estas alturas se supone son comunes en la mayoría de los centros galácticos; también son particularmente interesantes las reflexiones sobre la evolución de la entropía desde el Big Bang. Todo ello hace del libro una lectura más que interesante.

viernes, 9 de marzo de 2012

In the Shadow of the Moon


In the Shadow of the Moon
[2007]
Dir: David Sington



Excelente documental con entrevistas a diez astronautas de las misiones Apollo, que sintetiza la historia del programa centrándose principalmente en los relatos y experiencias de los entrevistados.  En el grupo de 10 que aparecen en el documental hay al menos un representante de cada una de las misiones que llegaron a -al menos- orbitar la luna. De los 24 hombres que viajaron hasta la luna, solamente 12 llegarían a la superficie.

Lo que se echa más en falta en el documental es la presencia de Armstrong; si bien aparece obviamente en imágenes de archivo, es una pena que no haya participado como entrevistado. Por lo visto, el peso de haber sido "el primero" es difícil de cargar.



Los entrevistados
Izquierda (de arriba a abajo): Aldrin, Bean, Lovell, Young, Scott
Derecha (de arriba a abajo): Collins, Duke, Cernan, Mitchell, Schmitt


Lovell: Un día, en secreto, a un grupo de nosotros en el centro de pilotos se nos ordenó ir a Washington para recibir órdenes. Y nos hablaron del cohete Atlas, de ponerle encima una cápsula, con un hombre dentro para mandar a un hombre al espacio. En esa época los cohetes Atlas explotaban regularmente en Cabo Cañaveral. Parecía una forma rápida de tener una carrera corta.

Collins: Lo que hicimos en los primeros días fue tomar la estructura de la nave y dividirla como a un pastel, en diez o doce piezas diferentes, le dábamos una parte a un astronauta; y cada uno debía aprenderse su pieza.


“Los altos mandos de la agencia espacial vuelan hacia cabo Kennedy para comenzar Ias investigaciones de lo que provocó el incendio que mató a los tres astronautas del Apollo esta noche. Murieron a los diez minutos de comenzado el simulacro de conteo atrapados en su nave espacial.”


Bean: La CIA nos informa que los rusos van a mandar una nave con una persona alrededor de la luna y ganarnos.
Cernan: Si ellos orbitaban la luna antes de que nosotros aterricemos en ella, entonces ellos hubieran llegado primero.
Lovell: Cambiamos los planes para Apollo 8; de orbitar la Tierra a volar a la luna. Fue una decisión audaz, con riesgos pero era hora de hacer algo audaz.

Bean: No querías sentarte con él en las fiestas porque empezaba a hablar de rendezvous. Y tú querías hablar de chicas y a él no le importaba. Hablaba de eso siempre.
Aldrin: Sí, es cierto. Eso era lo que me interesaba.

Bean: Recuerdo que un día alguien me dijo: "¿Sabes que Neil saltó en paracaídas del vehículo de alunizaje en la mañana?" Yo dije que era imposible, pero ellos dijeron que era cierto. Así que fui a preguntarle y estaba como si nada: "Dicen que saltaste en paracaídas del vehículo por la mañana" y él dijo "Sí". Fue todo lo que dijo. ¡¡Estuvo a punto de morir, y sólo dijo eso!!

Aldrin: En el momento del despegue había números en las pantallas, sonidos que indicaban el despegue pero… ¿qué sentimos? Creo que sentimos que no estábamos en la tierra, pero había una señal, del sistema de guía. Lo describiría como un novato manejando un gran auto en un pequeño callejón. Sabes que debes corregir, pero no estás seguro. Zigzagueas y son esos grandes motores que dan balance. Es un gran lápiz y debe balancearse muy precisamente. Y el rugido de los motores, lo sientes en el asiento y piensas “Esa torre está demasiado cerca”.

Collins: Cuando te dicen "listos para TLI" significa que puedes dirigirte a la luna – Y  lo haces, y eso es todo…

Duke: En cuanto vas hacia la luna y miras atrás el horizonte se curva más y es muy extraño pero ves a la tierra curvarse. Pude ver por la ventana la increíble vista de la Tierra entera. Los océanos azules y la tierra café. Y las nubes y la nieve blancas… esa joya en la oscuridad del espacio. Las únicas personas que han visto a la tierra entera son las 24 que han ido a la luna. Cuando ves a la Tierra así es impresionante. No hay nada mejor.

Collins: Después descubrí que me describían como el hombre más solitario del Universo, lo que era una tontería. Tenía a control de misión hablando en mi oído todo el tiempo. Yo lo disfruté. Estaba consciente de que estaba solo, especialmente cuando estaba de regreso en el lado obscuro de la luna. Recuerdo que pensé "Si miras ahí hay tres mil millones de personas, más otras dos allá abajo, y aquí una, más sólo Dios sabe qué". Y me sentí eso muy fuerte, pero no era soledad, ni miedo, era consciencia, un sentimiento de exaltación. Me gustó, era algo bueno.


Armstrong: Un pequeño paso para un hombre, un gran salto para la humanidad

Lovell: Houston, tuvimos un problema
(...)
Lo primero que pasó por nuestra mente fue ver que era lo que teníamos para regresar a casa y lo que teníamos era el módulo lunar. Era como abandonar la nave, entrar al bote salvavidas, y regresar en él.


Schmitt: El vehículo fue útil, muy cómodo pero cada vez que tropezabas en gravedad lunar salías de la superficie por momentos.

Mitchell: La mayor alegría fue regresar a casa. En mi ventana veía cada dos minutos. La luna, el Sol y una vista de los cielos. Era una experiencia sobrecogedora, poderosa.

Bean: Desde ese entonces no me he quejado del clima ni una sola vez. Me alegro de que haya un clima.
No me quejo del tráfico; me da gusto que haya gente alrededor. Algo que hice al regresar a casa, ir a los centros comerciales, a caminar, ir por un helado y observar a las personas pensando "Qué suerte tenemos de estar aquí”.




lunes, 5 de marzo de 2012

Flecha del tiempo




Dibujemos una flecha del tiempo arbitrariamente. Si al seguir su curso encontramos más y más elementos aleatorios en el estado del mundo, entonces la flecha está apuntando al futuro; si el elemento aleatorio disminuye, la flecha apunta al pasado. Esa es la única distinción admitida por la física. Esto se deduce inmediatamente si se acepta nuestra argumentación principal: la introducción de aleatoriedad es la única cosa que no puede ser deshecha. 


Emplearé la expresión "flecha del tiempo" para describir esta propiedad unidireccional del tiempo que no tiene su par en el espacio. Es una propiedad singularmente interesante desde un punto de vista filosófico.

Sir Arthur Eddington
The Nature of the Physical World (1927)

jueves, 1 de marzo de 2012

APOD: Febrero 2012


Las imágenes más impactantes del mes en Astronomy Picture of the Day


Febrero 2
Estelas en La Silla
Foto: Alexandre Santerne (Laboratoire d'Astrophysique de Marseille / Observatoire de Haute Provence)

 Febrero 4
Cometa Garradd y M92
Foto: Rolando Ligustri (CARA ProjectCAST)

 Febrero 8
Enceladus iluminado a contraluz por Saturno
Foto: Cassini Imaging TeamSSIJPLESANASAGordan Ugarkovic

Febrero 14
La nebulosa Rosetta
Foto: Brian Davis

Febrero 16
NGC 5965 y NGC 5963 en Draco

Febrero 23
Un cielo zodiacal
Foto: Jack Fusco

miércoles, 22 de febrero de 2012

De los tamaños y las distancias del sol y de la luna

Aristarco de Samos
De los tamaños y las distancias del sol y de la luna
[s. III aC]

Aristarco de Samos fue un astrónomo griego; el primero en proponer un modelo heliocéntrico del mundo. Aunque existen referencias claras al respecto en otros textos (por ejemplo, en Arquímedes), no ha sobrevivido el tratado en el que lo presentaba.

Tapa de la edición de 1572


En cambio si nos han llegado copias de otro tratado de Aristarco, "De los tamaños y las distancias del sol y de la luna". En él aún se describe un modelo geocéntrico, pero ya se reflejan ciertos avances hechos por diversos astrónomos griegos hasta ese entonces - se interpretan los cuerpos celestes como esferas, al Sol como fuente de la luz de la Luna, y la naturaleza de los eclipses.

Edición de 1572 - Proposición 1

Para mejor apreciación de la obra conviene una obra de referencia como la de Sir Arthur Heath ("Aristarchus of Samos - the ancient Copernicus") que, si bien resulta un poco demasiado académica, provee una amplia introducción a la obra, con toda la historia de la astronomía griega hasta llegar a Aristarco.

Edición de 1572 - Proposición 5


Los resultados a los que llega Aristarco son relaciones mucho más pequeñas de lo que en realidad son, y fallan por al menos un orden de magnitud. En gran medida esto se debe a algunas hipótesis inexactas; especialmente en cuanto a medidas angulares se refiere (hipótesis 4 y 6). Los razonamientos son, sin embargo, correctos, y permitirían obtener valores mucho más cercanos a la realidad partiendo de los datos adecuados.


Edición de 1572 - Proposición 7


Una curiosidad adicional es que Aristarco básicamente hace los cálculos aplicando pura geometría. Al no estar aún desarrollada la trigonometría, se vale de relaciones geométricas para establecer límites superiores e inferiores a la relación entre diámetros y distancias.


Hipótesis

1- Que la Luna recibe su luz del Sol

2- Que la Tierra está en el centro de la esfera en la que la Luna se mueve

3- Que cuando la mitad de la Luna está iluminada, el gran círculo que divide la parte ilumiada de la oscura está en dirección de nuestros ojos 

4- Que cuando la mitad de la Luna está iluminada, la distancia al Sol es menor al cuadrante en un treintavo de cuadrante * 

5-  Que el ancho de la sombra de la Luna equivale a dos Lunas

6 - Que la Luna subtiende una quinceava parte de un signo del zodíaco*

NOTAS:
[*4 - 90° - 90°/30 = 87° - ver gráfico interactivo]
[*6- 360° / (12 * 15) = 2°; posteriormente, según Arquímedes, Aristarco descubrió el valor más exacto de 1/2° para la Luna ]

Tesis:

1- La distancia del Sol a la Tierra es mayor que 18 veces, pero menor a 20 veces la distancia de la Tierra a la Luna*

2- El diámetro del Sol tiene las mismas proporciones con el diámetro de la Luna*

3- El diámetro del Sol tiene al diámetro de la Tierra una proporción mayor a la que 19 tiene a 3, pero menor a la que 43 tiene a 6.*


NOTAS:
[*1 - 389 veces en la realidad.]
[*2 - 400 veces en la realidad.]
[*3 - 110 veces en la realidad.]


Fuentes:
Sir Thomas Heath - Aristarchus of Samos - the ancient Copernicus
Wikipedia
University of Oklahoma - History of Science collection

sábado, 18 de febrero de 2012

Pasión por la precisión

Leidenschaft für Präzision
Prof. Dr. Theodor W. Hänsch
15.02.2012 
Physicalicher Verein Frankfurt

El Dr. Hänsch presentó esta semana en Frankfurt un resumen de los trabajos en espectrografía de precisión que lo llevaron a ganar el premio Nobel en 2005.

Foto: qfwfq78
Theodor Hänsch en el Physicalischer Verein Frankfurt

El Dr. Hänsch comenzó con una reseña histórica sobre diversos descubrimientos de leyes físicas que fueron posibles gracias a una mejora en la precisión de las mediciones. Como ejemplos mencionó el experimento de Michelson que descartó la existencia del éter como hipotético medio en el que se movía la luz, o el desarrollo de la electrodinámica cuántica.

Las lineas de Balmer son una verdadera Piedra Rosetta para la física cuántica.
Theodor W. Hänsch

A continuación hizo una breve reseña de su carrera, para adentrarse finalmente en el desarrollo de la técnica de espectrografía de precisión que le valió ser uno de los tres ganadores del Nobel de física en 2005. Se trata del peine de luz laser.


Imagen - Técnica de peine laser aplicada al estudio de la luz solar (Fuente)

Los peines de luz se generan por láseres de modos acoplados rebotando entre dos espejos, diseñados a tal efecto de generar pulsos idénticos y espaciados. Al pasar los pulsos por un prisma, el espectro resultante es un peine de púas separadas, actuando como "zoom" y permitiendo mediciones de longitudes de onda mucho más precisas.

Imagen - Detalle de la fotósfera solar con peine láser (Fuente)

Esta tecnología se está ahora aplicando a diversos campos; entre algunos ejemplos Hänsch citó la definición más exacta de una constante física (constante de Rydberg) a través del estudio de la transición 1S-2S en el átomo de hidrógeno. Se está aplicando también en reevaluaciones sobre el posible tamaño de partículas subatómicas, para buscar posibles diferencias fundamentales entre materia y antimateria, o incluso para comprobar la "constancia" en el tiempo de las constantes fundamentales de la física. 

En el campo de la astronomía en particular, se espera (entre otas cosas) que la aplicación a la búsqueda de exoplanetas permita ayudar a detectar variaciones Doppler mucho más pequeñas que hasta ahora, con lo que se espera poder detectar mayor cantidad de planetas de tamaño similar a la Tierra.


Fuentes:
Laser Frequency Combs for Astronomical Observations , 2008
Wikipedia

domingo, 12 de febrero de 2012

El Gordo

ACT-CL J0102-4915
alias "El Gordo"

Imagen:
Rayos-X: NASA/CXC/Rutgers/J.Hughes et al
Espectro visible: ESO/VLT/Pontificia Universidad. Catolica de Chile/L.Infante & SOAR
Infrarrojo: NASA/JPL/Rutgers/F.Menanteau

Se publicó durante el mes pasado el descubrimiento de un cúmulo galáctico extraordinario. Ubicado a 7.000 millones de años luz, "El Gordo" es el cúmulo más masivo, caliente, y que mayor emisión de rayos X genera, entre todos los cúmulos descubiertos hasta ahora en el Universo primitivo (a distancias de z= 0,6 o más). Se compone en realidad de dos cúmulos de galaxias en colisión.

La imagen que se observa arriba es un montaje donde se ve el espectro de rayos X, visto por el telescopio Chandra (azul), una foto en espectro visible tomado desde Chile en el Very Large Telescope (rojo, verde, azul), y en infrarojo con el telescopio espacial Spitzer (rojo, naranja)

La porción de rayos X permite distinguir dos colas con aspecto de cometa extendiéndose hacia la derecha y arriba en la imagen. Junto con la imagen en espectro visible, esto permite confirmar que en realidad se trata de dos cúmulos en colisón, a velocidades de varios millones de kilómetros por hora. Estudiando los espectros de las 89 galaxias que lo componen, se determinó un corrimiento espectral de z= 0,87, y se estima en total una masa de 10^15 masas solares (o unas 10.000 veces la masa de la Vía Láctea)

Fuentes: 
Chandra X-Ray Observatory
Menanteau, F. et al, 2011 ApJ