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Estas ideas de la física acerca del tiempo te volarán la cabeza

Ciencia

Por: Pijama Surf - 04/30/2019

Todo lo que hemos dicho acerca del tiempo es inexacto, pues es sólo una descripción resultado de nuestra percepción

¿Por qué recordamos el pasado y no el futuro? ¿Qué significa decir que el tiempo pasa? El tiempo se siente real para las personas pero, de acuerdo con la física cuántica, ni siquiera existe. "No hay una variable de tiempo en las ecuaciones fundamentales que describen el mundo", dice el físico teórico, escritor y director del Centro Nacional para la Investigación Científica de Francia, Carlo Rovelli.

"El tiempo es un tema fascinante porque toca nuestras emociones más profundas. El tiempo abre la vida y quita todo. Preguntarnos sobre el tiempo es preguntarnos sobre el sentido de nuestra vida", explica Rovelli.

En su libro The Order of Time, Rovelli habla sobre nuestra experiencia del paso del tiempo como seres humanos y la ausencia de éste a escalas tanto minúsculas como vastas. Además, presenta un argumento bastante convincente de que la cronología y la continuidad son sólo una historia que nos contamos para darle sentido a nuestra existencia.

El tiempo, para Rovelli, es simplemente una perspectiva y no una verdad universal. Es un punto de vista que los seres humanos compartimos como resultado de nuestra biología y evolución, nuestro lugar en la Tierra y el lugar del planeta en el universo.

"Desde nuestra perspectiva, la perspectiva de las criaturas que conforman una pequeña parte del mundo, vemos que el mundo fluye en el tiempo", escribe el físico. Sin embargo, a nivel cuántico, las duraciones son tan cortas que no se pueden dividir y el tiempo no existe.

De hecho, según explica Rovelli, en realidad no hay nada en absoluto. En cambio, el universo se compone de innumerables eventos. Incluso lo que podría parecer una cosa, una piedra, digamos, es realmente un evento que se lleva a cabo a una velocidad que no podemos registrar. La piedra se encuentra en un estado continuo de transformación, y en una línea de tiempo lo suficientemente larga, incluso fugaz, destinada a tomar alguna otra forma.

En la "gramática elemental del mundo, no hay espacio ni tiempo, sólo procesos que transforman cantidades físicas de una a otra, a partir de las cuales es posible calcular posibilidades y relaciones", escribe el científico.

Rovelli argumenta que el tiempo sólo parece pasar de una manera ordenada porque nos encontramos en la Tierra, que tiene una cierta relación entrópica única con el resto del universo. Esencialmente, la forma en que se mueve nuestro planeta crea una sensación de orden para nosotros, que no es necesariamente el de todo el universo.

El mundo parece ordenado, yendo de pasado a presente, vinculando causa y efecto, debido a nuestra perspectiva. Superponemos el orden sobre él, fijando eventos en una serie lineal particular. Relacionamos los eventos con los resultados, y esto nos da un sentido del tiempo.

Sin embargo, de acuerdo con Rovelli, el universo es mucho más complejo y caótico de lo que podemos entender. Los humanos confían en descripciones aproximadas que en realidad ignoran la mayoría de los otros eventos, relaciones y posibilidades. Nuestras limitaciones crean un sentido de orden falso o incompleto que no cuenta toda la historia.

Si todo esto suena terriblemente abstracto, es porque lo es. Pero hay una prueba relativamente simple para apoyar la idea de que el tiempo es un concepto fluido y humano, una experiencia, en lugar de ser inherente al universo.

Imagina, por ejemplo, que estás en la Tierra, viendo un planeta lejano, llamado Próxima b, a través de un telescopio. Rovelli explica que "ahora" no describe el mismo presente en la Tierra y en ese planeta. La luz que ves en la Tierra cuando miras a Próxima b es una vieja noticia, transmitiendo lo que había en ese planeta hace 4 años. "No hay un momento especial de Próxima b que corresponda al presente aquí y ahora", dice Rovelli.

Esto puede sonar extraño, hasta que consideras algo tan mundano como hacer una llamada internacional. Estás en México, hablando con amigos en Francia. Cuando sus palabras llegan a tus oídos, han pasado milisegundos, y "ahora" ya no es el mismo "ahora" que cuando la persona en la línea respondió: "Te escucho bien".

Considera también que no compartimos el mismo tiempo en diferentes lugares. Alguien en Francia siempre está experimentando un punto diferente en su día que alguien en México. Tu tarde es su medianoche. Sólo compartes el mismo tiempo con personas en un lugar limitado.

Rovelli señala que el tiempo pasa a diferentes ritmos de un lugar a otro. En la cima de una montaña, el tiempo pasa más rápido que al nivel del mar. De manera similar, las manecillas de un reloj en el piso se moverán ligeramente más lento que las manecillas de un reloj sobre una mesa.

Lo que experimentamos como el paso del tiempo es un proceso mental que ocurre en el espacio entre la memoria y la anticipación. "El tiempo es la forma en que los seres cuyos cerebros están compuestos esencialmente de memoria y previsión, interactuamos con nuestro mundo: es la fuente de nuestra identidad", señala Rovelli.

Básicamente, Rovelli cree que el tiempo es una historia que siempre nos contamos en tiempo presente, individualmente y juntos. Es un acto colectivo de introspección y narrativa, registro y expectativa, que se basa en nuestra relación con eventos anteriores y en el sentido de que los acontecimientos son inminentes. Es este relato el que también nos da nuestro sentido del yo, un sentimiento que muchos neurocientíficos, místicos y físicos sostienen que es un engaño masivo.

Sin memoria y expectativas de continuación, no experimentaríamos el paso del tiempo ni sabríamos quiénes somos. El tiempo, entonces, es una experiencia emocional y psicológica. "Está vagamente conectado con la realidad externa", dice Rovelli, "pero es sobre todo algo que sucede ahora mismo en nuestra cabeza".

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Katie Bouman y el algoritmo que descifró uno de los mayores enigmas del universo

Ciencia

Por: pijamasurf - 04/30/2019

Katie Bouman ideó el algoritmo que hizo capaz la reconstrucción de la primera imagen real de un agujero negro

El día de ayer, una buena parte del mundo estuvo expectante e incluso asombrada ante la noticia de la primera imagen de un agujero negro, sin duda uno de los fenómenos más enigmáticos de todos los que ocurren en el cosmos. Como decíamos en la nota respectiva, grosso modo, los agujeros negros son zonas del espacio-tiempo en donde la fuerza gravitacional es tan intensa que ninguna partícula escapa a su atracción, llevando hacia su vórtice incluso las partículas más elementales, o los fotones de los cuales está hecha la luz. De ahí su nombre, pues del lugar donde se encuentra no queda más que oscuridad y vacío.

Por estas características, entre otras, hasta ayer había sido imposible para el ser humano obtener una imagen fidedigna de dicho fenómeno. Sin embargo, gracias a un esfuerzo de varias agencias y observatorios espaciales reunidos en el proyecto Event Horizon Telescope (EHT), ayer fue posible dar a conocer esta imagen, que ahora se ha vuelto ya histórica.

Dicho brevemente, el proyecto Event Horizon Telescope consistió en coordinar las acciones de ocho telescopios radiales en distintos puntos del planeta (la mayoría en el continente americano, más uno en España, otro en Hawái y uno más en el polo sur) para obtener un telescopio virtual del tamaño de nuestro planeta y, por ende, mucho más potente y eficaz. Por medio de una técnica conocida como interferometría, fue posible combinar las señales de radio obtenidas en dichas instalaciones para obtener una imagen mucho más fiable y exacta del objetivo en cuestión, en este caso, el agujero negro supermasivo detectado en la constelación de Sagitario A, a 25 mil 640 años luz de distancia de la Tierra.

En este punto quizá valdría la pena aclarar que la información obtenida en los observatorios adscritos al EHT no son imágenes visuales como las que observamos a través de un telescopio, sino señales de radio que emiten los distintos cuerpos y fenómenos que se encuentran en el universo y que es posible detectar gracias a antenas diseñadas para tal efecto. Dichas antenas obtienen entonces no una imagen como tal, sino información que después es necesario reconstruir para obtener una imagen apta para nuestra percepción.

Dicho esto, el proyecto del EHT puede parecer más comprensible. Sumando las señales obtenidas no por uno o dos telescopios radiales sino por ocho, suena lógico que al momento de reconstruir la información recibida se consiga una imagen mucho más nítida de aquello que se observa. Esto, al menos en la teoría.

¿Pero cómo reinterpretar y reconstruir en nuestros días la información de ese tipo? De hecho, en cierta forma y aunque a una escala muy distinta, eso sucede todos los días frente a nuestros ojos, y de hecho, ha venido sucediendo desde haca ya varias décadas. Las imágenes que vemos en la televisión o, en nuestra época, en las pantallas de nuestros teléfonos y nuestras computadoras existen bajo esa forma sólo una vez que han pasado por distintas máquinas que han codificado y decodificado su información varias veces hasta hacerlas legibles para nosotros. Piezas de información que ahora nos parecen tan cotidianas como una fotografía en Facebook, un mensaje de voz o el capítulo de nuestra serie predilecta nos llegan luego de ser transformados varias veces en piezas elementales de información capaces de trasladarse de un punto a otro del planeta y adquirir su forma original ahí donde son solicitadas.

La clave de dicha reconstrucción está en los algoritmos, la base de los sistemas computacionales que toman dicho nombre por el hecho simple de que computan datos. Cuando el ser humano fue capaz de reducir ciertas formas de su información a dos alternativas elementales –sí o no, 0 o 1, prendido o apagado–, esto dio a las computadoras la posibilidad de tratar procesos cuya principal característica es la repetición. Si una operación es repetitiva y sus opciones de acción son el 0 o el 1, entonces es posible expresarla en forma de un algoritmo que a su vez puede ser interpretado por una máquina. Los lenguajes de programación no son otra cosa más que la expresión en un vocabulario y una sintaxis específicos de las instrucciones que una máquina debe seguir.

En el caso del proyecto EHT y la información recabada por los observatorios participantes, el tratamiento que condujo a su interpretación requirió de un algoritmo. Y éste fue obra de una joven científica de 29 años cuyo nombre, justamente, también ha dado la vuelta al mundo, junto con la imagen que con su ingenio fue posible obtener: Katie Bouman.

Como estudiante de ciencias computacionales en el prestigioso Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), Bouman estuvo al frente de la pieza del proyecto que desarrolló el algoritmo que permitió la reconstrucción de la imagen del agujero negro a partir de las ondas de radio obtenidas por el EHT. Hace unos años, en un artículo de 2016, la joven decía sobre las dificultades de este proyecto que obtener una imagen de dicho fenómeno era un poco, por la distancia a la cual se encuentra, como querer fotografiar una uva sobre la superficie de la Luna. En cuanto al modelo matemático utilizado, esto se dijo entonces:

[…] Se podría pensar en el modelo como una lámina de goma recubierta de conos espaciados regularmente, cuyas alturas varían, pero cuyas bases tienen todas el mismo diámetro.

Ajustar el modelo a los datos interferométricos es cuestión de ajustar las alturas de los conos, que podrían ser cero para tramos largos, correspondientes a una lámina plana. Traducir el modelo en una imagen visual es como cubrirlo con una envoltura de plástico: El plástico se tensará entre los picos cercanos, pero se inclinará hacia abajo por los lados de los conos adyacentes a las regiones planas. La altitud de la envoltura de plástico corresponde a la luminosidad de la imagen. Debido a que esa altitud varía continuamente, el modelo conserva la continuidad natural de la imagen.

Como dato adicional cabría comentar una de las imágenes más peculiares de Bouman que han circulado en las últimas horas, en la que se le observa feliz junto a unos objetos metálicos que no son otra cosa más que discos duros, pilas y pilas de discos duros que contuvieron nada más que la información obtenida por los telescopios del EHT, misma que era tanta (5 pentabytes, casi 2 mil discos duros de 1 terabyte de capacidad cada uno) que en vez de transmitirla por Internet fue mucho más práctico transportarla físicamente. Ese fue el volumen de información tratado por el algoritmo de Bouman.

Además de la historia de éxito o de inspiración que podemos ver en la trayectoria de Bouman, este caso puede servirnos también para mostrar por qué los algoritmos han conquistado ámbitos importantes de nuestra vida actual, pues con frecuencia suelen ofrecer evidencia de que, como ya lo dijo Descartes en su Discurso del método, no hay ninguna tarea imposible, por compleja que parezca, si somos capaces de dividirla en parcelas asequibles y realizables utilizando nuestra razón y nuestros conocimientos.

 

También en Pijama Surf: El sueño de Descartes (o cómo la ciencia moderna fue fundada por un ángel)