Impresiones y expectativas

julio 21, 2014

Desde que llegué fue impresionante. No era la primera vez que me encontraba en un lugar así, pero sí la primera vez que lo veía con una expectativa muy particular. Estar en medio de toda esa infraestructura científica puede ser abrumadoramente inspirador. Al verlo se entiende claramente el por qué del desarrollo de esos países, en este caso el de Japón.

Durante mi visita discutimos los pasos a seguir en la creación del grupo colimense que se inIMG_8626 al KEK. Hasta ese momento la discusión se había centrado en los aspectos generales a nivel administrativo. El director del Instituto de estudios de partículas y nucleares del KEK visitó en dos ocasiones nuestra Universidad para preparar y firmar los convenios necesarios. Ahora era turno de visitar los diferentes grupos y valorar nuestra participación. Me reuní con investigadores de todos los experimentos para compartir ideas y determinar intereses.

La mayoría de ellos no sabía de nuestras intenciones. Como dije antes, todo había sido manejado a nivel administrativo. Al enterarse de que estábamos ahí para considerar la creación de un nuevo grupo experimental, absolutamente todos los investigadores con los que hablé – de diferentes áreas y enfocados en diferentes experimentos – se mostraron interesados y sugerían que “los escogiéramos.”

Desde luego surgieron infinidad de preguntas e inquietudes. ¿Quiénes formarán el grupo? ¿En qué podrán contribuir al experimento? ¿Cómo piensan conseguir recursos? ¿Dónde está Colima? ¿Por qué se fijaron en el KEK?

Las preguntas más relevantes, que por ende nos entretuvieron más tiempo, fueron las relacionadas a los recursos humanos y financieros. En el caso de Colima la idea es generar un grupo nuevo. Adquirir recursos humanos nuevos que formen ese grupo y trabajen en el KEK. El mismo KEK participará en el proceso de selección de los candidatos. Cuando se les explicó esto (a los investigadores, las autoridades ya lo sabían) todos se entusiasmaIMG_8592ron y se sorprendieron gratamente. Empezaron a preguntar que si era necesario que hablaran español, que fueran mexicanos, que si esto, que si el otro. Una vez que se enteraron de los detalles vino el interés por Colima y México. ¿Cómo es Colima? ¿Dónde está? ¿Cómo es la Universidad? ¿Cuántos investigadores tiene? ¿En qué áreas? ¿Cuántos estudiantes? ¿Tienen laboratorios? ¿Cómo es la ciudad? ¿Es segura? ¿Cómo se viaja a Japón? ¿Hay vuelos directos?

Como podrán imaginar, se dieron conversaciones muy interesantes y de mucho detalle. Traté de explicar un poco sobre cómo son las universidades mexicanas y en particular el contexto de la Universidad de Colima. Intenté hacer una descripción del estado de Colima y sus municipios. Hablé de cómo se vive, un poco de su historia, de lo impactante de su geografía. La mayor parte del tiempo hablé, desde luego, de la Universidad y en particular de la facultad de ciencias. Hablé de cómo esa facultad ha funcionado en los últimos 10 años y cómo ha generado un grupo de investigación muy fuerte a través de la incorporación de investigadores por medio de concursos internacionales abiertos. Hablé de las carreras de física y matemáticas y el enfoque que se les ha dado. Hablé de cómo un gran porcentaje de los egresados se encuentran realizando doctorados en universidades extranjeras financiados por esas mismas instituciones. Aprovechando todo eso concluí comentándoles que precisamente ese desarrollo es el que había llevado a que propusiéramos la creación de un grupo experimental de primera, algo difícil de hacer sin infraestructura de primer nivel, en colaboración con un laboratorio como el KEK.

Para no cansarlos con demasiados detalles, comentaré solo un par de cosas que salieron en las conversaciones, que de alguna manera, reflejan expectativas culturales de los dos lados. Por mi parte, una de mis preocupaciones consistía en asegurar que los procedimientos serían transparentes y basados en calidad académica. De alguna manera yo suponía constantemente que ellos tendrían la idea de que en México generalmente no se hace así y repetí, de muchas maneras, que ello sería indispensable para nosotros. Insistí que precisamente por ello es que nosotros buscamos que el mismo KEK estuviese involucrado en el proceso de contratación: eso lo legitimaría. En realidad no estoy seguro de cuál haya sido la idea previa, en caso de haber existido, que ellos tuvieran sobre México y sus procesos académicos, pero con la confianza del “sake,” uno de ellos se animó a decirme “me parece que no eres un mexicano típico.” No supe qué responder. No me gustó el comentario y al mismo tiempo creo que sentí que lo entendía. El percibió la ambigüedad en mi reacción (corporal, porque no pude decirle nada de inmediato) y se disculpó. Le dije que no se preocupara.

Ateneo-Grand-Splendid-Modern-BookstoreOtro ejemplo “simpático” consistió en mi descripción de Colima. Insistí varias veces en que es un lugar pequeño, geográfica y poblacionalmente, y que eso es bueno. Ante mi insistencia sobre el tema, uno de ellos me pregunta, con cierta preocupación, “pero, ¿qué tan pequeño es? Le contesto que la capital, de manera conurbada con otro municipio, tiene alrededor de 300,000 habitantes, a lo que inmediatamente comentó, aseverando: “¡Ah!, entonces no es tan pequeña; con esa población seguro cuenta con buenas librerías.”


¿Se puede?

julio 17, 2014

Existen áreas de investigación científica que requieren de una infraestructura física y tecnológica tan grande que es imposible tenerla en una universidad o incluso difícilmente en un solo país. Los países que sí la tienen, por lo general, lo logran en colaboración con otros: los laboratorios se construyen en un cierto lugar, pero son varios los países que aportan recursos para la construcción y/o el equipamiento.

Comúnmente esos centros de investigación requieren de múltiples equipos con muchas componentes diferentes, la mayoría de las cuales tienen que ser creadas por los mismos investigadores (no se pueden comprar, no existen). Un grupo en alguna universidad de algún país puede desarrollar un proyecto, financiado por su propio país, para crear uno de los componentes necesario, llevarlo al laboratorio e instalarlo. Otros grupos harán lo propio con otros dispositivos y así, una vez que todo el equipamiento esté completo y funcionando, llega la época de experimentación. Investigadores de diferentes lugares del mundo utilizarán el laboratorio para obtener información sobre sus preguntas y proyectos específicos. Participarán todos ellos compartiendo y discutiendo los resultados y hallazgos.

La vida promedio de dicho tipo de colaboraciones va de las dos a las tres décadas, comenzando desde el diseño y construcción de los equipos hasta la obtención de datos y su posterior análisis. Se trata de proyectos de ciencia básica fundamental que sirven de base para todo lo demás.

Como podremos imaginar, la organización y funcionamiento de dichas empresas requiere no solo de la infraestructura física (laboratorios y dinero), sino también de una infraestructura administrativa sofisticada y robusta. Investigadores y estudiantes deben tener la posibilidad de trasladarse y pasar temporadas largas en instituciones distintas a las suyas, el equipo generado y/o adquirido en un país terminará funcionando en otro, la planificación de los proyectos debe contemplar fases de avance intermedias pero debe ser pensado y organizado a muy largo plazo, etc. Como también creo podremos imaginar, nada de ello es común en nuestro sistema.

En nuestro país no existe un laboratorio o centro de esas características. Para aquellas personas que hayan seguido esta columna no les resultará sorprendente esta situación: simplemente no existen condiciones que permitan si quiera imaginar la posibilidad de crear una empresa de esa magnitud en este momento. Lo que sí hay, aunque en una escala muy pequeña y marginal, es la participación de algunos grupos en proyectos grandes realizados en otros países, pero aún en esos casos, la participación ha sido muy modesta y restringida a pocos aspectos del proceso general de experimentación. Hace falta más.

Es importante aclarar lo siguiente: en nuestro país sí existen laboratorios de buen nivel en donde se realizan experimentos importantes en diferentes áreas del conocimiento. A lo que me refiero en este momento es al tipo de laboratorios y experimentos de gran envergadura que requieren la colaboración internacional que describo arriba.

IMG_8586En la Universidad de Colima estamos intentando participar con la creación de un grupo de investigación que se involucre directamente en una colaboración internacional en uno de esos laboratorios. La idea es que sea un grupo formado por investigadores que puedan incorporarse a alguno de los proyectos en fase de desarrollo de un laboratorio internacional y pueda mantener una relación de largo plazo.

Desde hace poco más de un año hemos estado trabajando con el laboratorio japonés KEK, ubicado en Tsukuba Japón, para ver la forma de crear, en conjunto, un grupo de la universidad que pueda adherirse a uno de sus proyectos. Ese laboratorio, en colaboración con el acelerador J-PARC ubicado en Tokai, cuenta con una impresionante infraestructura de aceleradores que permite llevar a cabo experimentos en diversas áreas del conocimiento: física de partículas, nuclear, de materiales, médica, de aceleradores, biofísica, entre otras. El trabajo y las negociaciones llevadas a cabo lograron que en enero de este año se firmara un convenio entre la universidad y el KEK para la creación de un grupo de 4 investigadores dentro de los próximos tres años. Debido a eso, y para organizar las actividades relacionadas a la creación del grupo, recientemente visité el KEK para organizar los procesos de contratación y de organización para que el proyecto avance.

Se requerirán muchas cosas para que el proyecto se concrete. Representa una forma muy diferente de hacer las cosas que seguramente requerirá de cambios e ideas distintas para resolver los problemas que surjan. Se requerirá conseguir recursos por parte de agencias financiadoras de la actividad científica en el país, se requerirá conseguir recursos humanos del mejor nivel posible, se requerirá brindar condiciones óptimas para el trabajo de investigación y docencia, se requerirá planear proyectos a mediano y largo plazo, se requerirá continuidad y mucha calidad. Lo importante es que todo lo que se requiere es posible. No será fácil, pero estoy seguro de que todo el esfuerzo que tengamos que hacer valdrá la pena al final. Por el momento ya estamos definiendo el primer paso para la incorporación de las primeras dos personas. Los mantendré informados.

 


Señor Sol

noviembre 19, 2013

Si fuera necesario agradecer por la existencia de la vida tendríamos sin duda que agradecer al Sol, al menos por la vida en este planeta. De hecho vemos el Sol gracias al Sol, es decir, gracias a que produce luz que llega a nuestros ojos y por eso lo vemos. Bueno, en realidad vemos la superficie solar, ya que la luz que se genera en las reacciones nucleares en el interior del Sol no llega directamente a nosotros. No podemos ver el centro del Sol, al menos no a través de la luz.

sunEl Sol produce la energía que nos mantiene vivos a través de varios procesos nucleares en su interior. En esos procesos, elementos como el Hidrógeno, se transforman en otros más pesados liberando importantes cantidades de energía, parte de ella en forma de luz (fotones) que es lo que hace que “brille”. Esos fotones liberados en la parte central del Sol son reabsorbidos y reemitidos por el material solar muchas veces antes de “alcanzar” la superficie y salir en nuestra dirección. De hecho, se puede estimar el tiempo promedio que tarda un fotón producido en el centro del Sol en “salir” y se obtiene que es alrededor de un millón de años. En realidad los fotones que nos están llegando en este momento, y que permiten que leamos el periódico (entre otras cosas) salieron de la superficie del Sol hace unos ocho minutos, pero fueron producidos en el interior solar mucho tiempo antes.

Por lo tanto no podemos ver el interior del Sol, ¿o sí? Bueno, con nuestros ojos no. Para empezar, si utilizamos los ojos quemamos las retinas, así que no nos conviene. Pero ese no es el único problema, el otro más difícil de resolver es que para ver el interior del Sol necesitamos recibir fotones que salgan directamente de su interior. Como describimos antes, esto es imposible. Entonces, repitiendo, no podemos ver el interior con nuestros ojos. Nos conformamos con ver la superficie (y en fotografías porque no queremos quemar las retinas).

Somos necios. Queremos ver el interior y ni modo, tenemos que lograrlo. ¿Cómo le hacemos? Pues resulta que la energía liberada por el Sol no es liberada únicamente a través de la luz (fotones), también se liberan otras partículas y en particular (para que suene redundante) el Sol libera en sus reacciones nucleares inmensas cantidades de neutrinos. Los neutrinos tienen una masa muy muy muy, pero muy pequeña, y son eléctricamente neutros (¡por algo el creativo nombre de neutrinos!). Son partículas que prácticamente no interaccionan con nada. Al no interaccionar casi con nada, la gran mayoría de ellas salen del Sol sin ser molestadas por el material solar. A diferencia de los fotones que son absorbidos, reemitidos, reabsorbidos y luego re-reemitidos (y así por cientos de miles de años), los neutrinos salen directamente. El Sol es “transparente” para casi todos los neutrinos (habrá por ahí algunos cuantos que interacciones, pero en promedio casi ninguno). Esos neutrinos salen del Sol y algunos en justo la dirección adecuada para pasar por la Tierra, que por cierto, también es transparente para los neutrinos, y pasan a través del planeta (y de nosotros) sin interaccionar. Otra vez, habrá algunos que si interaccionen, pero la gran mayoría pasará sin que se enteren de que había alguien celebrando que los Red Sox ganaron la Serie Mundial. Para darnos una idea de cuántos neutrinos atraviesan la Tierra consideremos lo siguiente: cada segundo, por una superficie de un centímetro cuadrado (la superficie de una uña), pasan alrededor de cien mil millones de neutrinos producidos por el Sol.

¿Cómo sabemos todo eso? Pues aunque suene extraño e ilógico, lo sabemos gracias a que de repente, casi nunca, pero de repente, uno de esos neutrinos sí interacciona con material de la Tierra. Entonces diseñamos un laboratorio para tratar de ver el efecto de esas interacciones. ¿Cómo le hacemos? Muy sencillo. Necesitamos un tanque de algún material con el que el neutrino deberá interaccionar. Como casi no interaccionan, para tener al menos un poco probabilidad de suerte, necesitamos el tanque más grande posible. ¿Qué significa que interaccione? Significa que el neutrino, al pasar por el material contenido en nuestro tanque, chocará con alguno de los átomos de ese material y generará partículas cargadas (como electrones por ejemplo) que saldrán a una velocidad muy alta, mayor a la velocidad de la luz en ese medio (la luz en el agua, por ejemplo, viaja más lentamente que en el vacío). Cuando esto suceda, la partícula súper veloz emitirá una radiación (luz) muy específica que podremos ver con algún tipo de detector de luz (que obviamente tendremos que poner en las paredes de nuestro tanque). Así de sencillo. ¿Qué material utilizamos para llenar el tanque? Pues como necesitamos ver la luz que se generará de las posibles colisiones, utilizamos algo transparente. Agua. Ah, y para que no nos confundamos con colisiones de otras partículas que andan por ahí de metiches, construimos el laboratorio en el interior de una mina o una montaña, para que la misma Tierra sirva de filtro. Así, con suerte y con un tanque cilíndrico de 40 metros de diámetro en su base y 41 metros de altura, rellenado en sus paredes con 6000 detectores de luz, podremos ver unas decenas de neutrinos cada año. Si, decenas. Si, aunque cada segundo pasen cien mil por centímetro cuadrado.

neutrino_detector_super_kamiokandeConclusión: para ver el Sol necesitamos buscar un tenue destello de luz dentro de un tanque de agua en el interior de una mina. Si esto no es bello, no sé qué podría serlo.


Higgsmanía

noviembre 4, 2013

Estamos en época de premios Nobel. Obviamente para la comunidad intelectual mexicana (y gran parte de la latinoamericana, creo) los que más se comentan y aprecian son los de literatura, paz y quizás, aunque menos, el de economía. Yo creo que ello se debe, entre otras cosas, a que son prácticamente los únicos en los que se “siente” que tenemos oportunidad de ganar, sobre todo los dos primeros. En fin, que estamos en época de anuncios y que se ha anunciado uno de los premios Nobel más esperados de la historia: el premio Nobel de física por la predicción del Higgs (¡esperó como 40 años!).

Francois-Englert-Peter-HiggsAsí es, el premio Nobel de física se anunció y fue otorgado a dos de las personas que predijeron la existencia de la partícula llamada Higgs, de la cual ya hemos discutido en este espacio y probablemente lo hagamos de nuevo en un futuro cercano. No se lo dieron a los que la descubrieron, al menos no este año. Se lo otorgaron a los que lo predijeron (bueno a dos de los que viven): Francois Englert y Peter Higgs. Espero pronto también comentar un poco sobre los premios otorgados en las áreas de Química y Medicina de este año.

Claro que todos los que de alguna manera estamos relacionados con el campo de la física, especialmente los que nos dedicamos a la física de partículas, estamos muy contentos y nos sentimos felices de este acontecimiento. Es más, ya en plan necio, hasta nos sentimos parte del premio. De hecho, el haber estado trabajando durante décadas en problemas relacionados con la partícula de Higgs, como que le da un sabor especial. Por un lado estamos los científicos que utilizando las ideas relacionadas con el Higgs, hemos ido más allá haciendo múltiples predicciones que están aún por verificarse (o en su defecto descartarse). Por otra parte, imaginen el beneplácito de las personas que estuvieron involucradas en la detección y confirmación de su existencia, cosa que sucedió en el Gran Colisionador de Hadrones o LHC por sus siglas en inglés. En ese colisionador han trabajado miles de personas: desde los que lo diseñaron y construyeron (colisionador y/o detectores), hasta los que participaron en la búsqueda específica de la partícula de Higgs. Existen también muchas otras personas buscando cosas nuevas que estamos esperando con ansia. Independientemente de quienes hayan trabajado específicamente en encontrar al Higgs, todas ellas se encuentran contentas y orgullosas de lo que ese laboratorio y colisionador han demostrado ser capaz de hacer.

mexican-hatEn ese intenso momento de emociones a veces suceden algunas cosas raras, especialmente cuando tenemos una inmensa necesidad de comunicar de manera rápida e impactante, a veces incluso sacrificando veracidad y prudencia. Así pues, en los días (horas) posteriores al anuncio, fue común ver en la prensa mexicana entrevistas realizadas a algunos colegas nacionales en donde, fuera de contexto, se les atribuía el decir que el premio tenía parte para los mexicanos, ya que también hubo mexicanos involucrados en el descubrimiento del Higgs: ¡Por fin un Nobel de física para México! (aunque sea un pedacito chiquititito, ¿no? Ándenle, no sean gachos.). Ahora que han pasado unos días más y que creo que el calor de la noticia se ha diluido un poco, me atrevo a hacer algunas precisiones.

Primero: el premio, como dije arriba, no fue otorgado a las personas que descubrieron el Higgs. El premio se otorgó a las personas (dos de ellas) que matemáticamente, utilizando teorías físicas bien establecidas y verificables, predijeron su existencia (así deben ser las teorías en la física, no son simplemente una idea de alguien; tienen que hacer predicciones verificables). Segundo: el premio lo podemos considerar parte de toda la humanidad, no solo de un país o un estado o del barrio en donde nació la persona galardonada. El premio fue otorgado a la predicción, pero sí gracias a que se ha confirmado su veracidad: ¡el Higgs existe! Por ende ha pasado a formar parte del bellísimo patrimonio humano de conocimiento que hemos logrado generar. Así que festejen todos, no importa de dónde sean. Tercero: en el descubrimiento del Higgs efectivamente participaron algunos científicos mexicanos. ¿Quiénes son? Existen dos “detectores” en el LHC que participaron en el descubrimiento; se llaman CMS y ATLAS. Los mexicanos que participaron directamente en la búsqueda del Higgs son (hay otros participando en otras cosas): Jacobo Konisberg del CMS quien trabaja en la Universidad de Florida, José Feliciano también en el CMS y trabajando en el CERN, Luis Flores Castillo de ATLAS trabajando en la Universidad de Wisconsin, Elizabeth Castañeda de ATLAS y de las Universidades de Wisconsin y Johannesburg e Isabel Pedraza quien un tiempo estuvo en ATLAS y en la Universidad de Wisconsin y más recientemente en CMS trabajando en la Benemérita Universidad Autónoma de Puebla.

A todos ellos una felicitación muy fuerte. Orgullosos debemos estar todos de que hayan logrado contribuir a este descubrimiento tan trascendente para el conocimiento humano.


Contemplando

octubre 29, 2013

La contemplación de la naturaleza representa una inmensa fuente de motivación para los seres humanos. Despierta en nosotros variadas sensaciones y en muchos casos nos incita incluso a actuar. La contemplación de la naturaleza es entonces buena y reconfortante. Sin embargo, si nos quedáramos solo en eso, en contemplar, nos perderíamos de la inmensa belleza que se encuentra en el entendimiento de los fenómenos naturales. Veríamos solo una pequeña parte, a veces la más insípida, de lo maravilloso que es la naturaleza y de la belleza que representa su posible entendimiento e interpretación por parte del cerebro humano. Hemos descubierto que cuando logramos dar un paso más allá de la simple contemplación, encontramos un universo extremadamente rico, interesante, misterioso y a veces comprensible.

Contemplando nuestros potenciales.Una cosa que me parece formidable es que prácticamente siempre que intentamos explorar un poco más sobre la naturaleza, ésta nos sorprende y nos muestra facetas que difícilmente hubieran podido si siquiera ser imaginadas. Aunque si hay veces que el cerebro humano logra vislumbrar posibilidades que efectivamente existen en la naturaleza y no se habían descubierto, algo que por cierto sucede muy pocas veces y siempre gracias a lo que ya se conoce (y no solo en la ciencia, que es donde más ocurre, sino también en los famosos casos de ficción y ciencia ficción), casi siempre es la naturaleza la que nos sorprende y nos muestra su impresionante creatividad. La mayoría de las veces andamos buscando algo y nos encontramos aspectos mucho más ricos e impresionantes de los que creíamos.

Claro que incluso en el caso en el que le “atinamos” es precisamente la naturaleza la que le atina, es decir, aunque a veces (o casi siempre) no seamos muy conscientes de ello, nosotros somos naturaleza. Todas las actividades del ser humano son manifestaciones de la naturaleza. Todas. Las que llamamos buenas y las que llamamos malas, las que trascienden y las que se olvidan, las que quieran o no, todas son manifestaciones de la naturaleza. Tratar de entender la naturaleza, en particular, ¡es entonces parte de la misma naturaleza!

Cuando intentamos describir o explicar algún fenómeno o situación es muy común que tendamos a pensar en la naturaleza como algo ajeno a nosotros. Pensamos en los fenómenos, sobre todo aquellos que involucran directamente a los seres humanos y sus actividades, como “aparte” de los fenómenos naturales, es decir, a veces, para poder investigar, es necesario hacer esa separación que sin embargo es ficticia y que en ocasiones, acostumbrados a hacerla de manera automática, puede olvidarse y podemos cometer el error de pensar que efectivamente son cosas distintas. Algo así como que el ser humano está en la naturaleza pero no forma parte de ella. Ejemplo: Una computadora, una bolsa de plástico y una poesía son todas manifestaciones de la naturaleza. Les llamamos artificiales para hacer claro el hecho de que fueron los seres humanos los que “las crearon”, y el término es adecuado y nos sirve para entendernos y comunicarnos, pero a veces olvidamos fácilmente que en realidad son “naturales”. Fueron formadas, ideadas, concebidas por la naturaleza. Si, efectivamente a través nuestro, pero naturales.

Por ende todo lo que puede pasar por la imaginación de todos los seres humanos es parte también de la naturaleza. Creo que a veces en nuestra inquietud por sentirnos privilegiados creemos, o queremos sentir, que cada uno de nosotros tiene una “realidad” y que por lo tanto existen varias realidades. No hay problema en pensar así, de hecho puede ser útil e inspirador. Lo que no debemos olvidar, al final, y que por cierto no es algo “malo” ni limitante, es que todas esas “realidades” son partes de una mucho más grande, que incluye muchas otras que nada tienen que ver con nosotros y que, algunas de ellas, gracias a la contemplación y a la exploración, hemos sido capaces de encontrarlas y apreciarlas.

Una cosa muy interesante es que desde que se inventó la actividad científica nos encontramos en una situación peculiar: cada día que pasa podemos decir que es el día en que la humanidad ha “sabido más” en toda su historia. Efectivamente son muchos los misterios y nuestro conocimiento de la naturaleza es muy pequeño, pero cada día sabemos un poquito más que antes. Afortunadamente la riqueza de la naturaleza nos tiene extremadamente entretenidos con muchos misterios aún sin resolver y seguramente muchos más aún por descubrir. El hecho de que aun considerando la complejidad y gran magnitud de fenómenos naturales seamos capaces de al menos comprender algunos de ellos es algo profundo y maravilloso. La naturaleza se contempla y se explora a sí misma. Como diría Sagan en algún momento (con mis palabras porque no me acuerdo de la cita textual) “el hidrógeno es el elemento más sencillo y más abundante del universo, pero no lo desestimen: denle unos cuantos miles de millones de años y empezará a preguntarse sobre su propia existencia”


Energía oscura

octubre 13, 2013

expanding_universePara poder acelerar se necesita una fuerza. Acelerar significa cambiar de velocidad – moverse más o menos rápido. Si lanzo una pelota al aire con mi mano, la empujo por un breve instante y proveo una aceleración que a su vez hace que empiece a moverse hacia arriba. En el momento en que deja mi mano, la única fuerza que sigue “sintiendo” es la de la gravedad, que la jala hacia abajo. Por eso la pelota sale disparada con la velocidad inicial que le dí hacia arriba, luego empieza a disminuir su velocidad (acelera negativamente) hasta detenerse y regresa incrementando de nuevo su velocidad (acelera positivamente), que esta vez es hacia abajo. Gracias a ésto, pudimos inventar el béisbol.

Si no existiera la gravedad, una vez que la pelota dejara mi mano, se movería con una velocidad constante y no regresaría. No aceleraría, ni para incrementar ni para disminuir su velocidad, simplemente seguiría su camino con la velocidad inicial que le haya podido brindar con mis músculos. Para acelerar, positiva o negativamente, necesitamos algo más, una fuerza. Si de repente me diera cuenta de que mi pelota avanza hacia arriba después de ser lanzada y que acelera incrementando su velocidad, supondría que la pelota llevaba un pequeño cohete que en vuelo se encendió y le dio la fuerza necesaria para lograr esa aceleración. Sin fuerza adicional, de cualquier naturaleza, no puede haber una aceleración. Newton fue el primero en darse cuenta de ésto hace alrededor de 350 años.

Otro posible desenlace de mi lanzamiento es que le diera suficiente velocidad inicial a la pelota como para que pudiera “escapar” de la atracción gravitacional pero sin acelerar. Se le llama velocidad de escape y para el caso de la Tierra, independientemente del tamaño de mi pelota, es de aproximadamente 11 km/seg (si, 11 kilómetros cada segundo, no me equivoqué). Esta situación corresponde al caso en que la velocidad inicial es lo suficientemente grande para justo vencer la barrera de la gravedad y mantenerse con una velocidad constante para siempre.

El universo está en expansión. Hemos observado que las galaxias en todas las posibles direcciones se alejan de nosotros y entre ellas. Este hecho es el que motivó a bautizar al Big Bang como “bang”, que traducimos como “explosión”. Si todas las galaxias se están separando, podemos imaginar que “regresando la película” todas se irán acercando. Si la película sigue indefinidamente veremos que todas las galaxias, y por ende todo el universo, surgieron de una región muy pequeña en la que todo estaba junto y muy denso. Luego ¡boom!, el universo empezó a crecer. Se formaron los primeros átomos de hidrógenos, poco después enormes grupos de estrellas, algunos con planetas. En al menos uno de ellos se formaron microbios que terminaron en dinosaurios y que después terminaron en gallinas y loros. También se formaron algunos mamíferos y telescopios, luego electrónica y satélites que sirvieron, entre otras cosas, para darse cuenta de todo eso. Obviamente también, en esa pequeña historia de alrededor de 14 mil millones de años, surgieron cosas importantes como el béisbol y los partidos políticos que todos adoramos. Ah, y el plástico.

Pues bien, el universo fue “iniciado” con un “Big Bang” que le permitió avanzar con una velocidad inicial, algo así como mi mano lanzando la pelota. Justo después del Big Bang existen al menos tres posibilidades lógicas: al igual que la pelota, la gravedad (en este caso la atracción entre toda la materia del universo) “frena” poco a poco la expansión y el universo se “regresa”. Otra opción es que la velocidad inicial haya sido la suficiente para “escapar” y permanecer en expansión de una manera constante, es decir a un ritmo que no cambia. Por último, es posible que la expansión del universo se haga de manera acelerada, es decir, que cada vez se expanda más rápido. Esta posibilidad, recordemos, requiere que haya algo que provea de esa aceleración. Si ese fuera el caso, tendríamos que determinar qué es lo que hace que el universo se expanda cada vez más rápido.

Lo más bonito de todo es que los mamíferos que inventaron el plástico (al menos ellos, obviamente es posible que haya otros, mamíferos o no, que lo hayan hecho o lo vayan a hacer) también son capaces de medir y determinar cuál de estas tres posibilidades es la que realmente sucede. Para no hacerla de mucha emoción: el universo se está expandiendo aceleradamente. Poquito, pero aceleradamente y por ende, existe algo que está acelerando la expansión.

El ritmo con el que se expande el universo depende de la cantidad de energía existente. Por ejemplo entre más materia exista, la atracción gravitacional que frena la expansión jugará un papel más importante. Los estudios y descubrimientos más recientes nos enseñan que el universo contiene tres tipos de materia/energía: la bariónica (aproximadamente 4%) que forma todo lo que vemos (estrellas, galaxias, nosotros y el plástico), la materia oscura (aproximadamente 27%) que no podemos ver porque no interacciona con la luz, pero que medimos gracias a sus interacción gravitacional y un 69% (aproximadamente) de “algo” que hace falta para poder explicar la expansión acelerada. No sabemos qué es, solo sabemos cómo se comporta – compite con la atracción gravitacional. ¡Es un problema abierto! Para ponerle emoción y darle un nombre “sexy” le llamamos “energía oscura”.


Simetrías

agosto 6, 2013

Imagina que tenemos un cuadrado dibujado en un trozo de papel. Si cerramos los ojos y alguien rota el cuadrado 90 grados, al abrirlos y mirarlo no notaremos ninguna diferencia. Claro que si lo giran 45 grados podremos percatarnos de que alguien lo movió. No es muy difícil ver que si el cuadrado es rotado por 90, 180, 270 o 360 grados (360 grados corresponde a una vuelta completa), el efecto será precisamente que no haya efecto. Una rotación por cualquier otro ángulo y será evidente que movieron el cuadrado. Esos cuatro ángulos especiales están relacionados con lo que llamamos una simetría (bauticémosla como la simetría del cuadrado).

simetria_en_la_naturaleza (4)Consideremos ahora un triángulo equilátero: si lo rotamos 120, 240 o 360 grados no cambia. Cualquier otro ángulo y se notará el movimiento. ¿Y un pentágono? 72, 144, 216, 288 o 360 grados. ¿Y un hexágono? 60, 120, 180, 240, 300 o 360 grados, ¿y un ….. círculo? Un círculo puede ser rotado por cualquier ángulo y no notaremos ningún cambio, es decir, existe un número infinito de ángulos (entre 0 y 360 grados) que podemos utilizar para rotar un círculo y éste se verá igualito. Se puede decir que el círculo es una figura extremadamente simétrica.

Podemos ser un poco más ambiciosos y en lugar de pensar en un cuadrado pensar mejor en un cubo, es decir, ir de dos dimensiones a tres. Ahora la simetría será más compleja y rica ya que podemos rotar en varias direcciones. De la misma manera podemos pensar entonces en tetraedros, icosaedros, dodecaedros, …., ¡esferas! Siguiendo con el argumento anterior, vemos que la esfera es “ultra extremadamente simétrica”: si tuviésemos enfrente nuestro a una esfera perfecta (y lisa, es decir, de un color uniforme), sería imposible decir si se encuentra rotando o no. Podría estar rotando sobre un eje, cualquiera, y no podríamos percatarlo (otra vez, solo si la esfera es perfecta y de un color uniforme). Existe un número infinito de ejes de rotación asociados a la simetría de la esfera.

Si ahora queremos de plano perdernos en el mundo de la abstracción (algo por cierto maravilloso y muy humano), podríamos imaginarnos objetos no en tres sino en cuatro, cinco, seis o más dimensiones. A las esferas en dimensiones mayores a tres les llamamos de manera general hiperesferas.

Bueno, claro que podemos hacer y pensar sobre estas cosas, pero ¿y?

Pues nada, que es interesante y que durante años algunas personas han dedicado su vida a tratar de estudiar todos estos objetos matemáticos intentando encontrar sus propiedades y viendo la posibilidad de inventar objetos cada vez más interesantes y analizar sus posibles simetrías. ¿Por qué? Quizá por la misma razón por la que otros seres humanos han, durante muchos años, escrito poesía. También quizá por la misma razón por la que muchos más seres humanos, durante el mismo tiempo, no han hecho nada más que subsistir. Quizá, no lo sé.

Y sin embargo resulta que muchas de las propiedades y de la estructura que se ha generado para describir estas figuras y sus relaciones matemáticas, entre ellas sus propiedades de simetría, están íntimamente relacionadas con la naturaleza. Desde el aspecto geométrico de prácticamente cualquier objeto en el universo, hasta cosas tan profundas y fundamentales como las interacciones que determinan la forma en que el universo está formado. Por ejemplo sabemos que existen cuatro interacciones fundamentales en el universo: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil. Las tres últimas (y muy posiblemente la primera) son manifestaciones de un cierto tipo de simetría presente en la naturaleza. La materia se forma e interacciona entre sí de la manera que lo hace debido a la presencia de esa simetría en la naturaleza. Bueno, en realidad para ser más preciso, lo hace debido a la presencia de una cuasi-simetría de la naturaleza.

Algo verdaderamente sorprendente es que en la naturaleza casi todo “parece” simétrico. Si no nos fijamos en detalle, casi todo tiene algún tipo de simetría: las flores, la luna, el cuerpo humano, etc. Pero si nos fijamos un poquito con más cuidado, pues resulta que no. Resulta que no existe una flor completamente simétrica. La luna no es exactamente esférica – tiene protuberancias, cráteres. Nuestro cuerpo no solo no es simétrico en nuestro interior, sino que en realidad nuestro ojo derecho es un poco distinto del izquierdo. Los dedos de nuestra mano derecha se parecen pero no son idénticos a los de la izquierda. Y así todo lo que observemos. Pareciera que a la naturaleza le gusta la simetría pero “con poquita sal”, como para que sepa un poco mejor, para darle variedad a las cosas: demasiada simetría agobia.

Es como decir que a la naturaleza le gustaría saber si la esfera de nuestro ejemplo anterior está rotando o no. Para hacerlo la naturaleza “rompe” la simetría. Le pone una manchita a la esfera y así podremos saber si está rotando y en qué dirección, excepto en un caso: si el eje de rotación pasa por la manchita, en realidad no podremos saber si está rotando o si está quieta. A veces a la naturaleza le gusta jugar y hacerse la interesante, y eso es bueno porque nos mantiene con trabajo, si no ¿de qué viviríamos?