Dibujo20171213 verlinde emergent gravity arxiv 1710 00946

El físico teórico Erik P. Verlinde publicó en 2011 en la revista JHEP que la gravedad (newtoniana) es una fuerza entrópica emergente del espacio; su artículo tiene más de 1000 citas. La idea se inspira en la termodinámica del espaciotiempo introducida por Ted Jacobson en 1995. Se publica en JHEP un artículo que demuestra que dicha idea es inconsistente (física y matemáticamente). La gravedad newtoniana es una interacción conservativa y reversible, mientras las fuerzas entrópicas describen interacciones disipativas e irreversibles. Por supuesto, nadie espera que el nuevo trabajo sea tan citado como el de Verlinde; de hecho, muchos harán oídos sordos.

Verlinde publicó en el revista SciPost Physics en 2017 una explicación de la materia oscura como reacción de la materia (bariónica) a la energía oscura en su gravedad emergente (LCMF, 12 Nov 2016). El espacio se comportaría como un medio elástico que se deforma por la presencia de materia. El resultado sería una teoría tipo MOND (dinámica newtoniana modificada) que proclama explicar las curvas de rotación galácticas y los efectos de lentes gravitacionales en cúmulos galácticos. El nuevo artículo en JHEP desmonta esta idea demostrando que su formulación también es inconsistente, de hecho, se contradice a sí misma. Hay errores de principiante en los cálculos de Verlinde, que cuando son corregidos conducen a la teoría de Newton en lugar de a una variante de MOND, sin explicación para la materia oscura.

¿Un nuevo varapalo contra las ideas de Verlinde? Sus seguidores son tan fanáticos como los adolescentes que persiguen a un estrella del pop. A ellos les resbalan todas las críticas a su gurú; sus citas seguirán creciendo. Lo cierto es que Verlinde está por encima del bien y del mal. Hace un lustro que no publica en revistas prestigiosas (su último Physical Review es de 2012 y su último Physical Review Letters es de 2009). Ahora está publicando en arXiv y/o en revistas de acceso abierto desconocidas para casi todos. A sus 55 años parece haber perdido esa creatividad que le hizo famoso en sus tiempos mozos. Una pena, la verdad sea dicha.

Recomiendo a todos los físicos teóricos jóvenes, sobre todo a los que idolatran a Verlinde, que se lean De-Chang Dai, Dejan Stojkovic, “Inconsistencies in Verlinde’s emergent gravity,” JHEP 2017: 7 (2017), doi: 10.1007/JHEP11(2017)007, arXiv:1710.00946 [gr-qc]; se critican los artículos de Erik P. Verlinde, “On the Origin of Gravity and the Laws of Newton,” JHEP 04: 029 (2011), doi: 10.1007/JHEP04(2011)029, arXiv:1001.0785; y “Emergent Gravity and the Dark Universe,” SciPost Phys. 2: 016 (2017), doi: 10.21468/SciPostPhys.2.3.016, arXiv:1611.02269 [hep-th]. Por supuesto, recomiendo leer a Ted Jacobson, “Thermodynamics of Spacetime: The Einstein Equation of State,” Phys. Rev. Lett. 75: 1260-1263 (1995), doi: 10.1103/PhysRevLett.75.1260, arXiv:gr-qc/9504004.

También recomiendo leer De-Chang Dai, Dejan Stojkovic, “A note on a covariant version of Verlinde’s emergent gravity,” Phys. Rev. D 96: 108501 (2017), doi: 10.1103/PhysRevD.96.108501, arXiv:1706.07854 [gr-qc], que encuentra un error en la formulación covariante de las ideas de Verlinde presentada en Sabine Hossenfelder, “A Covariant Version of Verlinde’s Emergent Gravity,” Phys. Rev. D 95: 124018 (2017), doi: 10.1103/PhysRevD.95.124018, arXiv:1703.01415 [gr-qc]. El arreglo del error conduce a otro varapalo para Verlinde.

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Dibujo20171223-Figura-1-espaguetizacion

“Los agujeros negros son muy pequeños, tanto que son los objetos astrofísicos más compactos que se conciben. Su tamaño viene dado por el radio de Schwarzschild de su horizonte de sucesos, la frontera más allá de la cual ni siquiera la luz puede escapar. Este radio es proporcional a su masa, en concreto, R = 2 G M/c2, donde G = 6,67 × 10−11 N · m2 kg−2 es la constante de gravitación universal de Newton, c = 3,00 × 108m/s es la velocidad de la luz en el vacío y M es la masa del agujero negro. La masa de un agujero negro se suele medir en unidades de masa solar (M), luego su radio R = 2,95 (M/M) km. Por ejemplo, un agujero negro de 10 masas solares tendrá un radio de 29,5 km y uno de 100 masas solares un radio de solo 295 km”.

“Para calcular la diferencia de fuerzas gravitacionales entre la cabeza y los pies de un astronauta hay que usar un modelo de esta persona junto con su traje espacial. Supongamos que mide 1,70 metros de altura con el traje puesto y que su masa es de 150 kilogramos (unos 80 kg para el traje espacial y unos 70 kg para su peso). Para hacer los cálculos más sencillos vamos a suponer que la cabeza con casco y los pies con botas pesan lo mismo, sean m = 20 kg cada uno, no viéndose afectado el resto del cuerpo; además, supondremos que la distancia entre los centros de masa de la cabeza y de los pies es d = 1,50 m. Un cálculo sencillo [1] nos dice que la diferencia de fuerzas entre la cabeza y los pies es ∆F = R m c2 d/r3, donde m es la masa común de pies y cabeza, d es la distancia que separa sus centros de masa y r es la distancia que separa el centro de masas del astronauta y el centro del agujero negro.” Seguir leyendo en el Cuaderno de Cultura Científica.

Referencias

[1] Stylianos V. Kontomaris, Anna Malamou, “A presentation of the black hole stretching effect,” Physics Education 53: 015010 (2018), doi: 10.1088/1361-6552/aa8d22.

Dibujo20171222 Activation mechanism calcium-activated chloride channel TMEM16A nature24652

El impulso nervioso que se transmite por los axones de las neuronas se genera con el cambio de concentración de iones a ambos lados de la membrana celular controlado por la apertura y cierre de canales iónicos. El mecanismo de activación de muchos de estos canales es está desvelando gracias a la criomicroscopía electrónica (cryo-EM), que permite observar la estructura tridimensional del canal abierto, cerrado e, incluso, en un estado intermedio. Se publican dos artículos en Nature que describen el mecanismo de activación del canal de cloro activado por calcio TMEM16A.

La figura muestra un esquema del mecanismo de apertura y cierre del canal TMEM16A. Un ión de cloro Cl puede pasar por un canal con un diámetro de 3,6 Å y un ión de yodo I por 4,1 Å; el canal TMEM16A cerrado tiene un diámetro de 2,5 Å. Su apertura para el paso de un ión de cloro Cl (bola roja) está activada por dos iones de calcio Ca2+ que se acoplan a dos sitios activos en la hélice alfa α7; esto provoca un cambio de conformación para la hélice α6 que rota unos 70º con respecto al aminoácido G644 (G es glicina), de tal forma que G656 se desplaza unos 15 Å y el aminoácido E654 (E es ácido glutámico) se acerca a dicha pareja de iones; la rotación permite la apertura de un poro más grande en el canal y con ello el paso del ión de cloro. Tras dicho paso se liberan los iones de calcio y el canal se cierra de nuevo.

Los nuevos artículos son Cristina Paulino, Valeria Kalienkova, …, Raimund Dutzler, “Activation mechanism of the calcium-activated chloride channel TMEM16A revealed by cryo-EM,” Nature 552: 421–425 (21 Dec 2017), doi: 10.1038/nature24652; Shangyu Dang, Shengjie Feng, …, Lily Yeh Jan, “Cryo-EM structures of the TMEM16A calcium-activated chloride channel,” Nature 552: 426–429 (21 Dec 2017), doi: 10.1038/nature25024. Más información sobre el funcionamiento de este canal en Antonella Caputo, Emanuela Caci, …, Luis J. V. Galietta, “TMEM16A, A Membrane Protein Associated with Calcium-Dependent Chloride Channel Activity,” Science 322: 590-594 (24 Oct 2008), doi: 10.1126/science.1163518.

[PS 26 Dic 2017] Sobre el canal TRPM4 recomiendo a las interesados los artículos Paige A. Winkler, Yihe Huang, …, Wei Lü, “Electron cryo-microscopy structure of a human TRPM4 channel,” Nature 552: 200–204 (14 Dec 2017), doi: 10.1038/nature24674, y Jiangtao Guo, Ji She, …, Youxing Jiang, “Structures of the calcium-activated, non-selective cation channel TRPM4,” Nature 552: 205–209 (14 Dec 2017), doi: 10.1038/nature24997. Y sobre el canal TRPML3 el artículo Marscha Hirschi, Mark A. Herzik Jr, …, Seok-Yong Lee, “Cryo-electron microscopy structure of the lysosomal calcium-permeable channel TRPML3,” Nature 550: 411–414 (19 Oct 2017), doi: 10.1038/nature24055. [/PS]

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Dibujo20171221 e-crismas tree

En los portales de empleo
la Informática progresa
e incluso puede que un día
la paguen bien las empresas.

¡Anda, niña, mira
vídeos de Coursera,
hoy no hay tutorías
que ya es Nochebuena!

Los coches sin conductor
pronto los podremos ver,
antes que hagan las glorietas
del bulevar Luis Paster.

¡Anda, niño, mira
vídeos de Coursera,
autoaprende a tope
que es la Nochebuena!

AlfaZero aprende todo,
también nos rellenará
currículums tal y como
se les antoje mandar.

¡Anda, niña, mira
vídeos de Coursera,
no me des la vara
que ya es Nochebuena!

Con Big Deita y Deita Máinin
vamos a poder saber
en qué revista o revistas
colaremos un papel.

¡Anda, niño, mira
vídeos de Coursera,
y come turrones
que es la Nochebuena!

A los que promocionaron
estos meses, felicito;
y a los que no... pues les digo
que se esperen un poquito.

¡Anda, niña, mira
vídeos de Coursera,
no me mandes meils
que ya es Nochebuena!

Y para todos deseo
amor y felicidad,
y algo más de dinerillo,
que tampoco vendrá mal.

¡Anda, niño, mira
vídeos de Coursera,
ya no doy más clases
que es la Nochebuena!
— Dr. José Luis Pérez de la Cruz
Departamento de Lenguajes y Ciencias de la Computación
Universidad de Málaga, España.

Por cierto, esta es la entrada número 5000 de este blog, que está próximo a cumplir 10 años (el próximo 1 de enero de 2018).

Dibujo20171214-coffee-break-ep142-ivoox

He participado en el episodio 142 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox, iTunes], titulado “Excitonium; Magnetismo en Agujeros Negros; Lucy, Patroclus y Meonetius; El Quásar más Lejano”, 21 Dic 2017. “La tertulia semanal ha repasado las últimas noticias de la actualidad científica.”

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Dibujo20171221 Working mechanism underwater adhesion Nature Communications 8 2218 2017

La mayoría de los adhesivos (o pegamentos) funcionan mal bajo el agua, o incluso no funcionan. Las moléculas de agua se interponen entre la superficie de contacto y el adhesivo lo que dificulta su acción. El camino hacia la solución de este problema podría basarse en los adhesivos bioinspirados. Se publica el llamado smart wet adhesive (adhesivo húmedo inteligente), que es reversible, rápido y adaptable a diferentes superficies. Por desgracia funciona muy bien a 40 ºC, pero bastante mal a 25 ºC.

El nuevo adhesivo se inspira en los usados por muchos animales marinos, como mejilllones, percebes y gusanos, que se adhieren en medio húmedo gracias a compuestos derivadas del aminoácido L-tirosina, también llamado DOPA y 3,4-dihidroxi-L-fenilalanina. Usa una combinación de polímeros decorados con ciertas moléculas adhesivas para minimizar el efecto del agua sobre dichas moléculas. Por supuesto, quedan aún muchos avances para lograr un adhesivo con buen comportamiento en todo el rango de temperaturas y que garantice una comercialización óptima.

El artículo es Yanhua Zhao, Yang Wu, …, Zuankai Wang, “Bio-inspired reversible underwater adhesive,” Nature Communications 8: 2218 (20 Dec 2017), doi: 10.1038/s41467-017-02387-2.

Esta entrada participa en la LXV edición terbio del Carnaval de Química, alojada en el blog Quimidicesnews. Anímate a contribuir, tienes hasta el próximo 8 de enero de 2018. Puedes anunciar tu participación por Twitter en @CarnavalQuimica y en @quimidicesnews.

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Dibujo20171219 temperature sensitivity thermoTRP channels Castillo et al 2017 Phys Biol

Gracias a los canales iónicos tu cuerpo siente la temperatura (sentido de la termorrecepción). Se han propuesto varios mecanismos para la activación (apertura/cierre) de los canales iónicos termosensibles de la familia TRP. El más sugerente para un físico es la exposición de residuos hidrófugos al solvente; en dicha hipótesis no existe un único sitio activo donde se localiza el lugar en el que la temperatura activa el canal, sino que esta afecta a la proteína de membrana en su totalidad. Si así se confirma, dado que los canales TRP también son responsables de la sensación de dolor, se complicará mucho el desarrollo de fármacos analgésicos que no influyan en la sensibilidad de este mecanismo de activación por temperatura.

El misterio de la activación por temperatura de los canales iónicos surgió en la discusión posterior a la charla de Teresa Giráldez Fernández (Universidad de La Laguna) en los XV Encuentros con la Ciencia en Málaga, el pasado 15 de diciembre de 2017 [LCMF]. Para un físico la hipótesis más natural es que las vibraciones térmicas del medio actúan como foco de calor que pone a vibrar a la proteína de membrana en su conjunto, facilitando la apertura o cierre del canal. Así que me puse a buscar artículos recientes sobre este tema; me sorprendió la tesis doctoral de Jason Omar Sosa Pagán, “Temperature Activation Mechanism of TRP Ion Channels,” Ph. D. Thesis, Duke University (2017) [PDF], que sigue la línea investigación iniciada por David E. Clapham, Christopher Miller, “A thermodynamic framework for understanding temperature sensing by transient receptor potential (TRP) channels,” PNAS 108: 19492–19497 (2011), doi: 10.1073/pnas.1117485108; sus resultados más relevantes aún no están publicados en revistas (hasta donde he podido explorar). Quizás me ha gustado porque apoya mi hipótesis a priori (sesgo de confirmación); aunque no soy experto en estas lides, me parece un trabajo de investigación a seguir.

Recomiendo el artículo de revisión de Karen Castillo, Ignacio Diaz-Franulic, …, Ramon Latorre, “Thermally-activated TRP channels: Molecular sensors for temperature detection,” Physical Biology (14 Nov 2017), doi: 10.1088/1478-3975/aa9a6f. Sobre la evolución de los canales iónicos, otro tema que surgió tras la charla de Teresa, he encontrado Yang Liu, Fang Lu, …, Yezhong Tang, “Positive selection acted on the extracellular transmembrane linkers of heat receptors during evolution,” Journal of Thermal Biology 64: 86-91 (2017), doi: 10.1016/j.jtherbio.2016.12.004.

Esta entrada participa en la LXV edición terbio del Carnaval de Química, alojada en el blog Quimidicesnews. Anímate a contribuir, tienes hasta el próximo 8 de enero de 2018. Puedes anunciar tu participación por Twitter en @CarnavalQuimica y en @quimidicesnews.

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Dibujo20171220 mundo digital youtube omuamua interstellar object

He vuelto a colaborar con el programa Mundo Digital TV, esta vez sobre “1I/2017 U1 o ‘Oumuamua: el asteroide interestelar”. En el programa presentado por Javier Atencia intervienen Germán Bernal Girón (Planeta Explora), Juan Antonio Romero (Engendra) y un servidor. Se ha grabado en el Restaurante Clandestino, en el centro de Málaga.

Espero que te guste el vídeo, cuyo tono general es divertido. ¡Qué lo disfrutes!

Más información divulgativa en Daniel Marín, “Cita con ʻOumuamua, el visitante de otra estrella”, Eureka, 14 Nov 2017; Daniel Marín, “Estudiando ʻOumuamua, el primer objeto interestelar conocido”, Eureka, 21 Nov 2017; Daniel Marín, “Una sonda espacial para estudiar el objeto interestelar ʻOumuamua”, Eureka, 25 Nov 2017; y en este blog “La breve visita de ‘Oumuamua, el asteroide interestelar”, LCMF, 21 Nov 2017.

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Dibujo20171220 gravitational wave speed from neutron star fusion physics aps org

Se ha puesto de moda descartar extensiones de la gravitación que predicen una modificación de la velocidad de las ondas gravitacionales. La teoría general de la relatividad predice que se propagan a la velocidad de la luz en el vacío. Lo ha confirmado la observación multimensajero de la fusión de dos estrellas de neutrones; la onda gravitacional GW170817 ha llegado dos segundos antes que el brote corte de rayos gamma sGRB170817 tras recorrer unos 130 millones de años luz desde la galaxia NGC 4993.

Un resultado tan sencillo, en apariencia, casi inocuo, que ha dado lugar a una inmensa ola de artículos científicos. En la misma línea, todos atacan a las teorías de la gravitación que predicen la existencia de un campo escalar gravitacional para explicar la energía oscura, así como a las teorías de Horndeski, Hořava, TEVES (TEnsor-VEctor-Scalar gravity), tipo MOND, tipo Einstein-Éter, tipo galileón y muchas otras. Todas ellas predicen una velocidad para las ondas gravitacionales inferior a la de la luz en el vacío; por tanto, quedan descartadas, o exigen ajustes finos.

Un duro varapalo a muchas teorías de la gravitación alternativas hasta ahora del gusto de muchos físicos teóricos. Se publican cuatro artículos en esta línea en Physical Review Letters, en concreto, Jose María Ezquiaga, Miguel Zumalacárregui, “Dark Energy After GW170817: Dead Ends and the Road Ahead,” Phys. Rev. Lett. 119: 251304 (18 Dec 2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.119.251304, arXiv:1710.05901 [astro-ph.CO]; Paolo Creminelli, Filippo Vernizzi, “Dark Energy after GW170817 and GRB170817A,” Phys. Rev. Lett. 119: 251302 (18 Dec 2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.119.251302, arXiv:1710.05877 [astro-ph.CO]; T. Baker, E. Bellini, …, I. Sawicki, “Strong Constraints on Cosmological Gravity from GW170817 and GRB 170817A,” Phys. Rev. Lett. 119: 251301 (18 Dec 2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.119.251301, arXiv:1710.06394 [astro-ph.CO]; y Jeremy Sakstein, Bhuvnesh Jain, “Implications of the Neutron Star Merger GW170817 for Cosmological Scalar-Tensor Theories,” Phys. Rev. Lett. 119: 251303 (18 Dec 2017), doi: 10.1103/PhysRevLett.119.251303, arXiv:1710.05893 [astro-ph.CO]. Más información divulgativa en Fabian Schmidt, “Reining in Alternative Gravity,” Physics 10: 134 (18 Dec 2017) [link].

Pero además hay muchísimos más, como A. Emir Gumrukcuoglu, Mehdi Saravani, Thomas P. Sotiriou, “Hořava Gravity after GW170817,” arXiv:1711.08845 [gr-qc]; C. D. Kreisch, E. Komatsu, “Cosmological Constraints on Horndeski Gravity in Light of GW170817,” arXiv:1712.02710 [astro-ph.CO]; Eugeny Babichev, Christos Charmousis, …, Antoine Lehébel, “Stability of a black hole and the speed of gravity waves within self-tuning cosmological models,” arXiv:1712.04398 [gr-qc]; Alexandru Dima, Filippo Vernizzi, “Vainshtein Screening in Scalar-Tensor Theories before and after GW170817: Constraints on Theories beyond Horndeski,” arXiv:1712.04731 [gr-qc]; David Langlois, Ryo Saito, …, Karim Noui, “Scalar-tensor theories and modified gravity in the wake of GW170817,” arXiv:1711.07403 [gr-qc]; Marco Crisostomi, Kazuya Koyama, “Vainshtein mechanism after GW170817,” arXiv:1711.06661 [astro-ph.CO]; Soumya Jana, Girish Kumar Chakravarty, Subhendra Mohanty, “Constraints on Born-Infeld gravity from the speed of gravitational waves after GW170817 and GRB 170817A,” arXiv:1711.04137 [gr-qc]; Yungui Gong, Eleftherios Papantonopoulos, Zhu Yi, “Constraints on Scalar-Tensor Theory of Gravity by the Recent Observational Results on Gravitational Waves,” arXiv:1711.04102 [gr-qc]; Atsushi Nishizawa, “Generalized framework for testing gravity with gravitational-wave propagation. I. Formulation,” arXiv:1710.04825 [gr-qc]; Shun Arai, Atsushi Nishizawa, “Generalized framework for testing gravity with gravitational-wave propagation. II. Constraints on Horndeski theory,” arXiv:1711.03776 [gr-qc]; Lavinia Heisenberg, Shinji Tsujikawa, “Dark energy survivals in massive gravity after GW170817: SO(3) invariant,” arXiv:1711.09430 [gr-qc]; Marco Crisostomi, Kazuya Koyama, “Self-accelerating universe in scalar-tensor theories after GW170817,” arXiv:1712.06556 [astro-ph.CO]; Luca Amendola, Martin Kunz, …, Ignacy Sawicki, “The fate of large-scale structure in modified gravity after GW170817 and GRB170817A,” arXiv:1711.04825 [astro-ph.CO]; Luca Visinelli, Nadia Bolis, Sunny Vagnozzi, “Probing extra dimensions with gravitational and electromagnetic signals from compact mergers,” arXiv:1711.06628 [gr-qc]; entre otros.

Dibujo20171219 constraints PBH-DM for masses near the LIGO band arxiv 1712 06574

“Ligo lo normal macho” en español no significa lo mismo que “LIGO Lo(g)Normal MACHO” en inglés. El famoso físico Juan García-Bellido critica al joven físico Miguel Zumalacárregui y propone otro juego de palabras en su último artículo científico. Los agujeros negros de masa estelar podrían explicar hasta el 100% de la materia oscura, según los nuevos límites de exclusión basados en supernovas Ia. El físico senior critica el análisis del joven, por obviar cierta degeneración en el espacio de parámetros, y concluye justo lo opuesto tras reanalizar los mismos datos observacionales.

En concreto, el análisis previo no tuvo en cuenta la relación entre la fracción α de materia oscura descrita por los agujeros negros primordiales de masa estelar y la densidad cósmica de materia oscura ΩM. Además, el tamaño aparente de las supernovas Ia es mayor que el usado en el estudio previo, con lo que los límites superiores son menos restrictivos. Como resultado, la estimación de la fracción de materia oscura descrita por agujeros negros primordiales de masa estelar es de fPBH < 1,09 (1,38) para los catálogos de JLA (Union 2.1); este valor permite que toda la materia oscura sean agujeros negros.

Por supuesto, este trabajo vuelve a llamar mi atención por su título, aunque también por su contenido. El artículo es Juan Garcia-Bellido, Sebastien Clesse, Pierre Fleury, “LIGO Lo(g)Normal MACHO: Primordial Black Holes survive SN lensing constraints,” arXiv:1712.06574 [astro-ph.CO]. No sabemos si los revisores les harán cambiar el título, o mantendrán el juego de palabras en español. Recomiendo la lectura de “No LIGO MACHO: Se descarta que la materia oscura sean agujeros negros de masa estelar”, LCMF, 07 Dic 2017.

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