Ciencia y el «azar relativo».

Quintín Garrido comparte con nosotros el último libro en el que ejerce de coordinador. Está en Acceso abierto en su blog, junto con otras obras, y nosotros tenemos el gusto de difundirlo en el nuestro.

CIENCIA, y el «azar relativo». Inés Pellón González y Quintín Garrido Garrido (coord.).

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En esta ocasión trata sobre el Centenario de los Nobel de Física: Albert Einstein Premio Nobel de Física del año 1921 y Niels Bohr Premio Nobel de Física del año 1922, además de adentrarte en la física derivada de las teorías de estos dos gigantes. Todo de la mano de 19 científicas que logran de manera amena y asequible acercarnos a grandes cuestiones de la Física actual.

Día mundial de las matemáticas.

El día 14 de marzo de 2020 se celebró por primera vez el Día Mundial de las Matemáticas, tras la decisión tomada por la UNESCO en noviembre de 2019. Sorprendentemente, la ciencia de las ciencias no contaba hasta el momento con un día propio de celebración, y la elección de la fecha no ha sido casual.

Las matemáticas pueden considerarse la base de muchas disciplinas científicas, y por fin cuentan con su propio día. El Día Internacional de las Matemáticas, que este año tendrá como lema ‘Las matemáticas están en todas partes’, es una iniciativa liderada por la Unión Matemática Internacional con el fin de explicar el papel fundamental que esta ciencia desempeña en las innovaciones científicas y tecnológicas. Además, las matemáticas pueden tener un papel clave en la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Ir a descargar ¿Para qué sirven las matemáticas?

La elección del 14 de marzo para la celebración tiene una gran historia detrás. Hace más de 30 años, al físico estadounidense Larry Shaw se le ocurrió enlazar el número π (pi), cuyas primeras cifras son 3,14; con el día 14 de marzo (en inglés estadounidense, la fecha se escribe 3/14). Así es como surgió el Día de Pi, celebrado desde entonces en honor de uno de los números más famosos de todos los tiempos, por ser una de las constantes matemáticas más frecuentes en ecuaciones de física. Numerosos matemáticos han intentado hacer aproximaciones cada vez más exactas a este número a lo largo de la historia, y su resolución completa todavía es un misterio.

Como la celebración del Día de Pi ya era habitual en muchos países desde hacía años, la Unión Matemática Internacional decidió ampliar su significado al conjunto de las matemáticas, y fue aprobado por la Unesco el 26 de noviembre de 2019. Sin embargo, la historia no acaba aquí, porque la celebración del día de Pi, (o, a partir de ahora, Día Mundial de las Matemáticas) no es la única gran conmemoración científica celebrada este día, sino que es una fecha señalada en relación con dos de los científicos y divulgadores más populares del siglo XX.

El 14 de marzo de 1879 nació el primero de ellos. Originario de Ulm, Alemania (aunque llegó a obtener la ciudadanía de cuatro países distintos a lo largo de su vida), con tan solo 26 años Albert Einstein escribió cuatro estudios que cambiarían para siempre las leyes de la física, logrando entrar en el podio de la ciencia internacional. Entre su amplísimo legado, se encuentran la explicación teórica del efecto fotoeléctrico y la teoría de la relatividad.

Por otro lado, también un 14 de marzo, en este caso de 2018, perdimos a otro físico memorable. Los 76 años de vida de Stephen Hawking supusieron todo un récord de longevidad para quien fue diagnosticado de esclerosis lateral amiotrófica a los 21. Como principales contribuciones científicas, quedan sus estudios teóricos sobre los agujeros negros y su descripción del Big Bang.

La casualidad ha querido que coincidan en un mismo día el nacimiento de un genio de la física, el fallecimiento de otro y la celebración de uno de los números más importantes para las matemáticas desde la Antigua Grecia. Todas estas son buenas razones para señalar en el calendario el 14 de marzo como un día clave, no solo para las matemáticas, sino para la ciencia de manera global.


Fuente: BBVA OpenMind

Tres expertos en agujeros negros ganan Premio Nobel de Física 2020

Premio Nobel de Física - Búsqueda de Google

Los investigadores Roger Penrose, Reinhard Genzel y Andrea Ghez obtuvieron el Nobel de Física 2020 por sus descubrimientos sobre los agujeros negros y su relación con la Teoría de la Relatividad.

«No sabemos qué hay dentro de un agujero negro y eso es lo que lo hace tan fascinante», admitía la estadounidense Andrea Ghez tan solo minutos después de conocer que se había convertido este martes en la galardonada con el premio Nobel de Física junto a sus dos colegas, el alemán Reinhard Genzel y el británico Roger Penrose, sin duda el más célebre del trío, por arrojar un poco de luz sobre los agujeros negros. Estas regiones exóticas del espacio son, según la Real Academia de las Ciencias sueca, «los secretos más oscuros del Universo».

En concreto, han sido reconocidos por relacionar estos objetos con la teoría general de la relatividad de Albert Einstein y por hallar uno de ellos en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

En enero de 1965, diez años después de la muerte de Einstein, Penrose, de la Universidad de Oxford, demostró con ingeniosos métodos matemáticos que la teoría general de la relatividad conduce a la formación de agujeros negros, unos monstruos super masivos que capturan todo lo que hay a su alrededor, incluida la luz. Fueron sugeridos por primera vez en 1916 por el alemán Karl Schwarzschild y ni el mismo Einstein creía que algo así podía existir.

Pero Penrose, que se lleva la mitad de los diez millones de coronas suecas del premio (casi un millón de euros), los describió en detalle. En su corazón, afirmó, esconden una singularidad en la que cesan todas las leyes conocidas de la naturaleza. Su innovador artículo todavía se considera la contribución más importante a la famosa teoría desde Einstein.

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Eureka 15-10-2020  Este programa se dedica al Premio Nobel de Física 2020 compartido entre Roger Penrose, por sus aportaciones sobre los agujeros negros, y Reinhard Genzel y Andrea Ghez, por hallar un superagujero negro en el centro de nuestra galaxia

El «monstruo» en la Vía Láctea

Genzel, del Instituto Max Planck de Física Extraterrestre en Garching (Alemania) y la Universidad de California, Berkeley (EE.UU) y Ghez, de la Universidad de California en Los Angeles (EE.UU.) lideran, cada uno de ellos, un grupo de astrónomos que, desde principios de la década de 1990, se ha centrado en una región llamada Sagitario A* en el centro de nuestra galaxia. Han cartografiado con una precisión cada vez mayor las órbitas de las estrellas más brillantes más cercanas al corazón galáctico y las mediciones de estos dos grupos concuerdan. Ambos encontraron un objeto invisible extremadamente pesado -cuatro millones de masas solares- que tira del revoltijo de estrellas, haciéndolas correr a velocidades vertiginosas. Es «la evidencia más convincente», según el Instituto Karolinska de Estocolmo, de la presencia de un agujero negro supermasivo, lo que les hace merecedores de la otra mitad del premio.

Un ejemplo de todo ello es una estrella llamada S2 o S-O2. Completa una órbita del centro de la galaxia en menos de 16 años. Este es un tiempo extremadamente corto, por lo que los astrónomos pudieron trazar un mapa de toda su órbita. Podemos compararla con el Sol, que tarda más de 200 millones de años en completar una vuelta alrededor del centro de la Vía Láctea.

Usando los telescopios más grandes del mundo, Genzel y Ghez desarrollaron métodos para ver a través de las enormes nubes de gas y polvo interestelar hasta el centro galáctico. Han perfeccionado nuevas técnicas para compensar las distorsiones causadas por la atmósfera de la Tierra, construyendo instrumentos únicos. Con suerte, quizás es posible que pronto veamos directamente a Sagitario A*. Sería el segundo en la lista, después de que hace poco más de un año la red de astronomía Event Horizon Telescope lograra obtener imágenes de los alrededores más cercanos de un agujero negro supermasivo situado en la galaxia conocida como Messier 87 (M87), a 55 millones de años luz de nosotros.

Muchas preguntas que piden respuestas y motivan la investigación futura.

«Los descubrimientos de los galardonados de este año han abierto nuevos caminos en el estudio de objetos compactos y supermasivos. Pero estos objetos exóticos todavía plantean muchas preguntas que piden respuestas y motivan la investigación futura. No solo preguntas sobre su estructura interna, sino también sobre cómo probar nuestra teoría de la gravedad en las condiciones extremas en las inmediaciones de un agujero negro», ha dicho David Haviland, presidente del Comité Nobel de Física.

En efecto, todavía queda mucho por saber sobre los agujeros negros, como por qué la teoría general de la relatividad no funciona en la singularidad. Esto requerirá unir los dos pilares de la física, la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica. Andrea Ghez anima a las estudiantes a perseguirlo. «Espero inspirar a otras mujeres jóvenes en este campo. Si te apasiona la ciencia hay mucho que se puede hacer», ha dicho tras la ceremonia en Estocolmo. «Es muy importante convencer a la generación más joven de que su capacidad de cuestionar y pensar es crucial para el futuro del mundo». Quizás quien siga sus pasos pueda resolver los misterios aún en la oscuridad y merecer otro Nobel de Física.

Albert Einstein: navegante solitario

Librería virtual FCE

Peña, Luis de la. Albert Einstein: Navegante solitario. 3ª ed. Mexico : Fondo de Cultura Económica (FCE), 2011. 119 p. : il. (Col. La ciencia para todos ; 31). VER HTML

Célebre por su teoría de la relatividad, que cambió para siempre la ciencia moderna, Einstein fue además un gran humanista: observó con lucidez la sociedad y defendió la convivencia pacífica entre los pueblos, la libertad y un progreso que el Estado no utilizara en contra de los individuos.

Luis de la Peña habla aquí de Einstein, de su obra, de su tiempo, y explica con claridad las aportaciones del sabio al mundo de la física. Este ensayo está dirigido a aquellas personas que por sus ocupaciones no han tenido oportunidad de asomarse al campo de la física pero están interesadas en ella.

 

Una prueba en el nexo de la matemática pura y los algoritmos pone la «rareza cuántica» en un nivel completamente nuevo.

Un investigador ha escrito que un nuevo resultado matemático relacionado con el entrelazamiento cuántico ha sacudido su convicción básica de que «la naturaleza es, en algún vago sentido, fundamentalmente finita».

Albert Einstein dijo que la mecánica cuántica tenía que permitir que dos objetos se afectasen en su comportamiento mutua e instantáneamente, a través de vastas distancias, y que a esto lo llamó «fantasmagórica acción a distancia». Bastantes años después de su muerte, los experimentos lo confirmaron, pero hasta el día de hoy sigue sin estar exactamente claro cuánta coordinación permite la naturaleza entre objetos distantes. Ahora, cinco investigadores dicen que han resuelto un problema teórico que muestra que la respuesta es, en principio, incognoscible.

Su artículo, de 165 páginas de largo, ha salido en el repositorio de prepublicaciones arXiv; todavía no ha sido revisado por pares. Si se validan sus resultados, habrá resuelto  un número de problemas interrelacionados de matemáticas puras, mecánica cuántica y teoría de la complejidad (una rama de la ciencia de la computación). En particular, da la respuesta de un problema matemático que llevaba sin resolver más de 40 años.

En el artículo está una prueba de un teorema de la teoría de la complejidad, la teoría que trata de la eficacia de los algoritmos. Estudios anteriores habían demostrado que se trata de un problema equivalente a esa fantasmagórica acción a distancia, conocida también como entrelazamiento cuántico. El teorema tiene que ver con un problema de la teoría de juegos:

A dos jugadores que forman equipo les es factible coordinar sus acciones mediante el entrelazamiento cuántico pese a que les está vedado hablarse entre sí, y de ese modo ambos pueden «ganar» mucho más a menudo que sin el entrelazamiento cuántico. Pero a los dos les es intrínsecamente imposible calcular una estrategia óptima, como muestran los autores. Significa que es imposible calcular cuánta coordinación podrían alcanzar en teoría. «No hay algoritmo que te vaya a decir cuál es la máxima violación que se puede obtener en mecánica cuántica», afirma Thomas Vidick, uno de los autores, del Instituto de Tecnología de California, en Pasadena, «Lo asombroso es que la teoría de la complejidad cuántica haya sido la clave de la prueba», dice Toby Cubitt, del University College de Londres.

Rápidamente se corrió la voz por las redes sociales en cuanto apareció el artículo el 14 de enero. Cundió la emoción. «Me parecía que podría convertirse en una de esas cuestiones de la teoría de la complejidad que quizá tardasen cien años en tener respuesta»tuiteó Joseph Fitzsimons, director de Horizon Quantum Computing, una nueva empresa de Singapur. Otro físico, Mateus Araújo, de la Academia Austriaca de Ciencias, en Viena, comentaba expresivamente la sensación que le había causado. y decía: «no se me habría pasado por la cabeza que fuera a ver este problema resuelto en los días que me quedasen por vivir».

Propiedades observables

Por lo que se refiere a las matemáticas puras, el problema se conocía como Problema de la inmersión de Connes, por el matemático Alain Connes, ganador de la medalla Fields. Es un problema de la teoría de operadores, rama de las matemáticas que a su vez surgió de los intentos de proporcionar fundamentos a la mecánica cuántica en la década de 1930. Los operadores son matrices de números que pueden tener un número finito o infinito de filas y columnas. Desempeñan un papel crucial en la teoría cuántica, donde cada operador codifica una propiedad observable de un objeto físico. En un artículo de 1976 Connes, utilizando el lenguaje de los operadores, se preguntaba si los sistemas cuánticos con infinitas variables medibles podían tener como aproximación sistemas más simples, con un número finito de esas variables.

Pero según el artículo de Vidick y sus colaboradores la respuesta es no: hay, en principio, sistemas cuánticos que no pueden tener como aproximación otros «finitos». Según un trabajo del físico Boris Tsirelson, que reformuló el problema, esto quiere decir además que resulta imposible calcular la cantidad de correlación que dos sistemas así pueden exhibir a través del espacio cuando están entrelazados.

Campos dispares

La prueba ha sorprendido a muchos especialistas. «Estaba seguro de que el problema de Tsirelson tenía una respuesta positiva», escribió Araújo en sus comentarios, y añadía que el resultado sacudía su convicción básica de que «la naturaleza es, en algún vago sentido, fundamentalmente finita».

Pero apenas si se han empezado a comprender las consecuencias del resultado. El entrelazamiento cuántico está en el núcleo mismo de los nacientes campos de la computación cuántica y de las comunicaciones cuánticas, y podría valer para construir redes superseguras. En particular, medir la cantidad de correlación entre objetos entrelazados a lo largo de un sistema de comunicaciones puede aportar la prueba de que está a salvo del fisgoneo. Pero los resultados probablemente no tienen consecuencias tecnológicas, mantiene Wehner, ya que todas las aplicaciones usan sistemas cuánticos «finitos». De hecho, podría resultar difícil siquiera sea concebir un experimento que ponga a prueba la rareza cuántica en un sistema intrínsecamente «infinito», dice.

La confluencia de la teoría de la complejidad, la información cuántica y las matemáticas significa que hay muy pocos investigadores que puedan captar todas las facetas del artículo. El propio Connes le ha dicho a Nature que no está cualificado para hacer un comentario. Pero añadió que le sorprendía cuántas ramificaciones tenía. «Es asombroso que el problema ahonde tanto. ¡Nunca me lo habría imaginado!».


Davide CastelvecchiNature News. Artículo traducido y adaptado por Investigación y Ciencia con permiso de Nature Research Group.