Podcast CB SyR 240: posible crisis cosmológica, materia oscura y supremacía cuántica

Por Francisco R. Villatoro, el 8 noviembre, 2019. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Computación cuántica • Física • Materia oscura • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 21

He participado en el episodio 240 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxApple Podcasts], titulado “Ep240: DESI; Voyagers; ¿Crisis Cosmológica?; Materia Oscura; Computación Cuántica”, 07 nov 2019. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: DESI, el Dark Energy Spectroscopic Instrument, ve primera luz (min 9:00); Voyager 2 y el límite de la heliosfera (18:00); Cúspides de materia oscura (31:50); Un nuevo paper sugiere que el Universo podría ser cerrado (47:30); Computación cuántica: supremacía o ventaja (1:33:00); Señales de los oyentes (1:53:30). Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una colaboración del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife con el Área de Investigación y la UC3 del Instituto de Astrofísica de Canarias.»

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En la foto, en el Museo Elder (abajo), su director Héctor Socas Navarro  @hsocasnavarro (@pcoffeebreak) y Carlos Westendorp @cwestend, y por videoconferencia (arriba), Beatriz Ruiz Granados @cmbearg, Sara Robisco Cavite  @SaraRC83, y Francis Villatoro  @emulenews

Hoy ha fallecido a los 80 años de edad la gran bioquímica española Margarita Salas, del Centro de Biología Molecular (CBM) Severo Ochoa del CSIC. Este año fue noticia porque recibió el Premio Inventor Europeo 2019, concedido por la Oficina Europea de Patentes. Recomiendo la entrevista que le hicimos en el podcast Biosíntesis con alumnos de la Universidad de Málaga, que puedes disfrutar en “Biosíntesis podcast BS#7: Episodio especial con la visión de los estudiantes sobre la universidad”, LCMF, 23 ago 2019.

Héctor, junto a Bea, se alegran por la primera luz de DESI (The Dark Energy Spectroscopic Instrument) el pasado 23 de octubre de 2019. Su misión es realizar un mapa de las galaxias hasta z=2 (cuando el universo observable tenía un tercio del tamaño actual); en tiempo esto equivale a galaxias de hasta hace unos once mil millones de años. Se espera que observe unas 35 millones de galaxias y unos 2.4 millones de cuásares distribuidos en el tercio del cielo que podrá estudiar durante sus cinco años de operación. Habrá que estar al tanto de lo que nos desvele sobre la energía oscura en esta época; así como sobre la evolución de las galaxias primitivas. Más información en “DESI opens its 5.000 eyes to capture the colors of the Cosmos,” IAC News, 29 oct 2019.

Se han publicado los resultados científicos del paso por el choque de terminación de la heliopausa de la sonda Voyager 2 de la NASA . Se confirman los resultados observados por la Voyager 1; entre ellos destaca que el campo magnético antes y después de la heliopausa está alineados, algo que generó dudas en su momento. Recomiendo el artículo es J. S. Rankin, D. J. McComas, …, N. A. Schwadron, “Heliosheath Properties Measured from a Voyager 2 to Voyager 1 Transient,” The Astrophysical Journal, 883: 101 (25 Sep 2019), doi: https://doi.org/10.3847/1538-4357/ab3d9d; más información en Kimberly M. S. Cartier , “Voyager 2’s Interstellar Arrival Was Kind of Familiar. That’s Surprising,” Earth & Space Science News, 04 Nov 2019; Calla Cofield, “Voyager 2 Illuminates Boundary of Interstellar Space,” JPL News, 04 Nov 2019.

Nos habla Bea sobre un artículo suyo de 2009 sobre los “cusps” de los núcleos de las galaxias debidos a la materia oscura. En su artículo ajusta el perfil NFW de las curvas de rotación galácticas (que se deduce de las simulaciones por ordenador de la formación de galaxias) a un perfil politrópico. Bea nos cuenta que ya entonces (2009) se pensaba que los “cusps” son debidos a problemas numéricos, algo que fue noticia la semana pasada por un nuevo artículo de 2019; según ella en alguno de los artículos Navarro (la N de NFW) se comenta esta cuestión; habrá que estar al tanto. El artículo es J. Calvo, E. Florido, …, Beatriz Ruiz-Granados, “On a unified theory of cold dark matter halos based on collisionless Boltzmann–Poisson polytropes,” Physica A: Statistical Mechanics and its Applications 388: 2321-2330 (2009), doi: https://doi.org/10.1016/j.physa.2009.02.045.

Así llegamos a la noticia de la semana, de la que ya me hice eco en este blog: “Dudosos indicios apuntan a que el universo es cerrado”, LCMF, 05 nov 2019. Empieza Héctor explicando qué es un universo plano (es decir, euclídeo): que dado un triángulo (tres puntos) sus ángulos internos suman 180 grados (en un esfera suman más de 180 grados y en una silla de montar menos de 180 grados); esta idea se aplica también a un universo tridimensional (en el espacio) y tetradimensional (en el espaciotiempo). Intento aclarar la diferencia entre curvatura intrínseca (como la del universo) y curvatura extrínseca (como la habitual en el lenguaje ordinario cuando se habla de curvatura); esto genera muchas dudas y se ha escrito mucho sobre ello. Lo que hay que recordar es que “curvatura del universo” significa “curvatura intrínseca del universo”, no puede significar en ningún caso “curvatura extrínseca del universo”.

Bea nos explica el artículo de Eleonora Di Valentino, Alessandro Melchiorri, Joseph Silk, “Planck evidence for a closed Universe and a possible crisis for cosmology,” Nature Astronomy (04 Nov 2019), doi: https://doi.org/10.1038/s41550-019-0906-9, arXiv:1911.02087 [astro-ph.CO] (05 Nov 2019), apoyándose en su artículo previo de Eleonora Di Valentino, Alessandro Melchiorri, Joseph Silk, “Cosmological constraints in extended parameter space from the Planck 2018 Legacy release,” arXiv:1908.01391 [astro-ph.CO] (04 Aug 2019).

Me pide Héctor que hable de supremacía cuántica lograda por el grupo de Martinis con un ordenador cuántico de Google de 53 cúbits. Ya hablé del tema en “Google AI Quantum vence la carrera hacia la supremacía cuántica con Sycamore (53 cúbits)”, LCMF, 23 sep 2019. Además, Héctor me pide que me apoye en lo que se comentó en la conferencia internacional  Mission 10 000: Quantum Science and Technologies, 22-24 Oct 2019, INL, Braga, Portugal (LCMF, 21 oct 2019).

Finalmente, contestamos algunas preguntas de oyentes presentes en la sala. ¡Qué disfrutes del podcast!



21 Comentarios

  1. Francis, dices en el podcast (59:45) que un toro es geométricamente plano. En realidad, la superficie del toro tiene curvatura (intrínseca) variable: la parte interna, negativa y la externa, positiva.

    1. Hola Jaime Rudas:

      Tanto Usted como Francis están haciendo afirmaciones correctas, sólo que están hablando de cosas diferentes.

      Concretamente, a lo que se refiere Francis es a que un toro (T^2) tiene curvatura intrínseca total cero, es decir es plano. Esto es correcto, basta usar el teorema de Gauss-Bonnet, ∫K dA = χ(T^2) (Aquí K es la curvatura gaussiana y χ(T^2) la característica de Euler del 2-toro), en este caso χ(T^2)=0, ∫K dA está bien definida puesto que el toro es orientable (Todo grupo de Lie es paralelizable) de lo que se sigue que ∫K dA=0 y el toro es plano (tal cual dijo Francis).

      Lo que usted indica es el hecho de que la curvatura intríseca (el producto de los autovalores del operador de forma) es variable punto por punto, esto también es correcto pero en este contexto (superficies) estamos interesados sólo en el signo de ∫K dA, no si K varía punto por punto.

      Saludos

      1. Concretamente, a lo que se refiere Francis es a que un toro (T^2) tiene curvatura intrínseca total cero, es decir es plano.
        En realidad, no me parece que se estuvieran refiriendo a la curvatura intrínseca total, sino local. O sea, a la característica de que, en su superficie, los ángulos internos de los triángulos sumaran 2 pi o que se pudieran envolver con una hoja de papel sin que esta se arrugara. Ahora bien, también se puede describir matemáticamente un toro plano, pero me parece que tampoco era a eso a lo que se referían:
        https://en.wikipedia.org/wiki/Torus#Flat_torus

        1. Jaime:

          En cosmología siempre se habla de la curvatura intrínseca total del universo,nunca de valores de curvatura local.

          Nuestro universo tiene valores no nulos de curvatura (escalar de Ricci) en escalas pequeñas pero eso no es relevante para un cosmólogo, lo importante es la curvatura intrínseca total del universo. En la discusión del podcast se dan como ejemplos varias superficies que son “geométricamente planas” de forma consistente con que su curvatura intrínseca total sea cero,el plano, el cilindro, el cono y el toro; esto hace sentido con lo que piensa un cosmólogo. Por ello sigo creyendo que a lo que se referían es a esto y el ejemplo del triángulo era sólo un ejemplo de un observable local asociado a la curvatura.

          En fin, lo único importante es que una vez precisado el lenguaje, todos estamos de acuerdo.

          Saludos.

          1. Ramiro:
            Sí, entiendo que en cosmología, cuando se habla del universo plano, se entiende que es a nivel global, porque, evidentemente, a nivel local, no lo es. Sin embargo, sigo creyendo que, en el podcast, estaban tratando de explicar la diferencia entre curvatura extrínseca e intrínseca con ejemplos de superficies que, al cortarlas y desdoblarlas, quedaban planas. Así, explicaban que un tubo o un cono son (intrínsecamente) planos porque se pueden cortar y desenvolver, mientras que, para una superficie esférica, esto no se puede hacer. Si nos atenemos a estos ejemplos, la superficie del toro no se puede cortar y desenvolver para que quede plana.

          2. Jaime:

            No es por ánimo de discutir, sólo por aclarar.

            “… la superficie del toro no se puede cortar y desenvolver para que quede plana.”

            De hecho se puede. Toma dos círculos geométricos (de curvatura constante) que sean los generadores de la 1-homología del toro y “córtalos”, la superficie resultante es isométrica a una hoja plana.

            No hay ningún problema Jaime, si querías hacer la aclaración porque te pareció potencialmente confuso, está bien, el comentario es valioso y se te agradece; lo único importante es que los lectores y escuchas de Francis sepan que en realidad nadie está discrepando.

            Saludos.

    2. Para mí, la clave está en el momento 59:38 en el que se pronuncia la palabra DONUT, dice Héctor “formas un Donut, que sea un toro” Se habla pues de la superficie de un donut y eso no es ambiguo, sus ecuaciones paramétricas en el espacio tridimensional son:
      x = (R+r cos B) cos A
      y = (R+r cos B) sin A
      z = r sin B
      En 59:46 Francis dice “el toro geométricamente es plano, el toro no tiene curvatura, tiene agujeros pero no tiene curvatura”
      Esa afirmación para la superficie de un Donut en el espacio tridimensional que sigue las ecuaciones paramétricas de arriba, es incorrecta.
      La superficie de un Donut en el espacio tridimensional tiene puntos de curvatuta negativa (puntos hiperbólicos), puntos con curvatura positiva, (puntos elípticos) y puntos de curvatura nula, (puntos parabólicos)
      En las zonas de puntos hiperbólicos, (“zonas adyacentes al agujero”) puedes dibujar triángulos cuyos ángulos sumen más de π
      En las zonas de puntos elípticos, (“zonas opuestas al agujero”) puedes dibujar triángulos cuyos ángulos sumen menos de π
      Si se querían referir a algún otro tipo de toro,
      https://en.wikipedia.org/wiki/Torus#Flat_torus
      lo debían haber explicado mejor y no hablar de Donuts como ejemplo.
      Quien divulga tanto y tan bien como Héctor y Francis, es normal que a veces cometan despistes y/o equivocaciones. Y ya que Francis nos concede amablemente este espacio de comentarios en su blog, seguramente agradece que comentemos con seriedad y honradez lo que pensemos que son incorrecciones.
      Saludos.

      1. Albert:

        Ya todos estamos de acuerdo en que el toro tiene curvatura gaussiana que tiene valores distintos de cero punto por punto, pero la curvatura total es cero y esto es lo que importa en la cosmología y en las analogías con ella. Si no les parece correcto decir que nuestro “universo es plano” porque hay galaxias y esto altera la curvatura local o que el toro “no es plano” por la misma razón, está bien, pero esto no es estándar en cosmología.

        Hay nada que discutir. Todo está bien.
        Saludos.

        1. Ramiro dice, refiriéndose a la superficie de un Donut: “…pero la curvatura total es cero…”
          Perdona, pero no sé verlo o no sé entenderlo. No sé de nada que se llame “curvatura total” La curvatura gaussiana es un fenómeno local, está definida en cada punto de la superficie.
          Lo que sucede es que si todos los puntos de la variedad considerada tienen la misma curvatura, podemos en un abuso de lenguaje, decir que la variedad tiene esa misma curvatura, ejemplos:
          -Todos los puntos del plano tienen curvatura cero, por eso decimos que el plano tiene curvatura cero.
          -Todos los puntos de los cilindros tienen curvatura cero, por eso decimos que la curvatura de un cilindro es cero.
          -Todos los puntos de una esfera tiene curvatura R^(-2) por eso decimos que la esfera tiene curvatura R^(-2)
          Pero la superficie del Donut en el espacio tridimensional tiene curvaturas diferentes en puntos diferentes, por lo que no veo que la frase “la curvatura total es cero” tenga sentido.
          Saludos y gracias por aportar tus ideas, Ramiro.

          1. Albert:

            En mi primer comentario de esta entrada (en respuesta a Jaime Rudas) demuestro que la curvatura total del 2-toro es cero. Por “curvatura total de una superficie” me refiero al valor de la integral de la curvatura (gaussiana) sobre la superficie, es decir ∫K dA donde K es la curvatura gaussiana.

      2. Dice Albert:
        «En las zonas de puntos hiperbólicos, (“zonas adyacentes al agujero”) puedes dibujar triángulos cuyos ángulos sumen más de π
        En las zonas de puntos elípticos, (“zonas opuestas al agujero”) puedes dibujar triángulos cuyos ángulos sumen menos de π»

        ¿No es al revés?

  2. Francis:

    Magnífica selección de temas a discutir en el podcast, estoy maravillado y muy agradecido (como siempre) por su gran labor divulgativa 🙂 ¿Qué sería de nosotros sin usted hablando de actualidad científica?, somos muy afortunados por tenerle.

    Gracias

  3. Y muchas gracias a ti Ramiro Hum-Sah por siempre enriquecer con tus comentarios a este blog y estar dispuesto a aclarar dudas o aportar información extra relevante a cada tema, te felicito y muchos exitos para ti.

    1. Agradezco sus amables palabras macuto_dav.

      Este blog me gusta mucho, los hablantes del español debemos estar agradecidos de tener un espacio como este donde se puede hablar y aprender de la ciencia y sus novedades con un gran anfitrión.

      Le deseo lo mejor a usted y a los suyos.
      No deje de hacer de la ciencia y el asombro por ella parte de su vida.

    1. Gracias por compartir el artículo Curioseando 🙂 Parece interesante.

      Algunos comentarios:
      – Los resultados H0 = 68.5 ± 4.2 km s−1 (dato que aparece en la tabla 1) obtenido puramente por la metodología de atenuación de rayos gamma parece una incertidumbre muy grande para ser confiable; también llama la atención que el resultado que se encuentra tras la combinación de datos sea H0 = 67.5 ± 2.1 km s−1 Mpc−1 cuando Ω_m = 0.32 está fijo pero los datos en bruto (H0 = 68.5 ± 4.2 km s−1) encuentren Ω_m = 0.17, estos valores son muy diferentes al Ω_m = 0.4 que se espera de fuentes más confiables (consistente para que el universo sea plano). No sé, algo está raro.

      La física del método parece super interesante pero la verdad es que no tengo idea al respecto de que tan libres de incertidumbre y errores sistemáticos esté este método. ¿Alguien puede hacer un comentario sobre que tan fiables son estas medidas?.

      Saludos.

      1. Parece que el método tiene bastante incertidumbre. Si te fijas, en el artículo publicado en The Astrophysical Journal, el valor que dan en el abstract es de 67.4 -6.2 +6.0. Esperemos que en un futuro se mejore la precisión, siempre es bueno contar con un método adicional.
        Saludos.

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