Podcast CB SyR 374: Origen y fin del universo, cómo iniciarse en la Astronomía, y preguntas y respuestas

Por Francisco R. Villatoro, el 1 julio, 2022. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Física • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 19

He participado en el episodio 374 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVooxiTunes], titulado “Ep374: Origen y Fin del Universo; Iniciarse en Astronomía; Preguntas y Respuestas», 30 jun 2022. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. En el episodio de hoy: Mesa redonda sobre «principio y fin del Universo» (min 3:00); Cómo iniciarse en astronomía de aficionado (1:17:40); Preguntas y respuestas (1:50:30) . Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso. CB:SyR es una actividad del Museo de la Ciencia y el Cosmos de Tenerife. Museos de Tenerife apoya el valor científico y divulgativo de CB:SyR sin asumir como propios los comentarios de los participantes».

Portada gentileza de Manu Pombrol (@manupombrol).

Ir a descargar el episodio 374.

Este programa especial no se ha emitido en directo en YouTube porque Héctor está de congreso. Se encuentra esta semana en el congreso anual de la Sociedad Europea de Astron´mia (European Astronomical Society Annual Meeting), EAS 2022, que este año se ha celebrado en Valencia desde el 27 de junio hasta el 1 de julio. En la primera parte del episodio se emite la tertulia «Origen y Fin del Universo» en la que intervienen Beatriz Ruiz Granados @cmbearg, Jose Alberto Rubiño, @JARubinoM, Gastón Giribet @GastonGiribet, y Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro. Esta tertulia forma parte de la promoción del Curso de Experto en Astronomía de la Universidad Católica San Antonio de Murcia (UCAM) [web del curso]. Te recomiendo escuchar la tertulia.

Tras la tertulia Sara Robisco Cavite @SaraRC83 y Ángel López-Sánchez @El_Lobo_Rayado nos hablan de cómo iniciarse en la Astronomía. Sara nos cuenta su experiencia reciente en primera persona con un telescopio Dobson de 8″ (D = 200 mm y F= 1200 mm). Ángel nos habla como astrofísico profesional aficionado a la astrofotografía. Te recomiendo disfrutar de sus consejos y, por supuesto, acercarte a la sociedad astronómica más próxima a tu vivienda, que siempre es el mejor lugar para iniciarse (aquí tienes un listado de las Asociaciones Astronómicas de España).

Finalmente, pasamos a Señales de los Oyentes, donde … y un servidor, Francis Villatoro @emulenews, contestamos preguntas de los oyentes en el chat de YouTube de los últimos episodios.

Cristián Ahumada (Ep 373)​: «Perdón por la ignorancia, pero la radiación Hawking ¿es teórica o está demostrada?» Contesto que aún no ha sido observada ni en agujeros negros, ni en análogos de agujeros negros. En estos últimos hay indicios de una radiación clásica que algunos interpretan como un análogo de la radiación de Hawking, pero sus propiedades cuánticas aún no han sido estudiadas. Yo predigo en mi respuesta que en menos de diez se podrá observar. Así que por ahora la radiación de Hawking es una predicción teórica aún por observar en la Naturaleza.

Cristina Hernandez García (Ep372): «¿Los diagramas de Penrose no deberían cambiar dinámicamente al adquirir gran cantidad de energía de curvatura lo que cae, tomarla del AN pasando lo que cae a su propia configuración de curvatura con esa energía tomada y modificada la del AN con variaciones muy dinámicas?» Así es, Cristina, el diagrama de Carter–Penrose para un agujero negro con masa constante solo describe dicho caso; si cambia su masa (por el paso de un cuerpo masivo a través de su horizonte o por su evaporación por radiación Hawking) se modifica dicho diagrama, lo que se puede calcular usando métodos numéricos. ¿Por qué en divulgación no se usa dicha versión modificada? Porque se asume que la masa de lo que cae (decenas de kilogramos) es despreciable respecto a la masa del agujero negro (decenas de masas solares).

El caso más relevante es la evaporación de los agujeros negros. En esta figura te muestro a la izquierda un diagrama incorrecto, obtenido modificando un diagrama para un agujero negro con masa constante sin tener en cuenta que la masa se reduce hasta cero; a la derecha te muestro el diagrama correcto, obtenido por métodos numéricos, mostrando cómo se curva la línea que representa el origen (r=0). Obviamente, topológicamente ambos diagramas son equivalentes. En mi opinión personal se deberían usar siempre los segundos en la divulgación de la física de los agujeros negros. Los artículos que cito en el audio son Joseph C. Schindler, Anthony Aguirre, «Algorithms for the explicit computation of Penrose diagrams,» Classical and Quantum Gravity 35: 105019 (25 Apr 2018), doi: https://doi.org/10.1088/1361-6382/aabce2, arXiv:1802.02263 [gr-qc] (06 Feb 2018); Joseph C. Schindler, Anthony Aguirre, Amita Kuttner, «Understanding black hole evaporation using explicitly computed Penrose diagrams,» Physical Review D 101: 024010 (03 Jan 2020), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevD.101.024010, arXiv:1907.04879 [gr-qc] (10 Jul 2019).

Cristina Hernandez García (Ep 373): «Sobre la posibilidad de qutrits (qubits de más de 2d) para computación cuántica basados en un experimento de triple rendija con fotones. ¿Son posibles realmente?» Los cúdits, dígitos cuánticos, más allá de los cúbits, bits cuánticos, se llevan observando y usando en computación cuántica desde más de dos décadas. Los cúbits, sistemas cuánticos solo con dos estados, son sistemas ideales que no existen en la Naturaleza; ningún sistema físico es un cúbit, pues todo sistema cuántico tiene muchos estados. Los cúbits se implementan usando dos estados energéticos que están bien separados del resto de los estados de cierto sistema físico; se opera con este cúbit usando procedimientos de manipulación que con gran probabilidad solo afecten a dichos dos estados, siendo despreciable su efecto sobre el resto de los estados. Hay decenas de miles de artículos en Google Scholar sobre implementaciones físicas de cútrits y cúdits. En este blog te recomiendo leer «Entrelazamiento multifotón de dos cutrits y un cubit», LCMF, 27 abr 2016.

Cristina Hernandez García (Ep372): «¿Qué es la superradiancia en agujeros negros?» La superradiación, término acuñado por Dicke en 1954, es el incremento de intensidad para ciertas frecuencias en la radiación reflejada en un cuerpo respecto a la radiación incidente; el incremento se logra a base de reducir la energía del cuerpo. Este fenómeno se da a nivel clásico, pero lo habitual es usarlo en sistemas cuánticos, donde la coherencia cuántica de la radiación es importante en el acoplamiento con el cuerpo reflector. Normalmente, el reflector tiene momento angular y la superradiación reduce su velocidad angular cuando su frecuencia cumple cierta condición (una especie de resonancia) respecto a la frecuencia de rotación.

La superradiación en agujeros negros en rotación (tipo Kerr), introducida por Bardeen, Press y Teukolsky en 1972, en cierto sentido, se parece al proceso de Penrose para extraer energía de un agujero negro (reduciendo su momento angular). Para que se de la superradiancia es necesario que la radiación tenga momento angular, un número cuántico azimutal m>0, y una frecuencia angular ω que cumpla la condición ω < m Ω, donde Ω es la frecuencia angular de rotación del agujero negro. Bajo dicha condición la parte imaginaria de la frecuencia de la radiación reflejada se vuelve positiva y su amplitud crece exponencialmente (como en una resonancia). Te recomiendo leer en este blog «Cómo extraer energía de un campo gravitatorio (o el proceso de Penrose y energía gratis a partir de un agujero negro)», LCMF, 14 oct 2008.

Por cierto, si la radiación fuese de un campo escalar cargado también se podría dar superradiación en agujeros negros con carga (tipo Reissner–Nordström), reduciendo la carga (pero recuerda que la radiación electromagnética es neutra). En este caso hay circunstancias en las que la superradiación queda atrapada y se produce una inestabilidad que reduce la carga del agujero hasta cero a un ritmo exponencial. Te recomiendo consultar Lucas Acito, «Superradiancia en agujeros negros cargados. Cohete superradiante de agujero negro,» Tesis Doctoral (2022).

E dR (Ep371): “¿Se podría hablar del axial Higgs mode y de su relación con la materia oscura?» La observación (potencial, aún no confirmada) de un modo axial de tipo Higgs en dos telururos de tierras raras (lantano y gadolinio) publicada en Nature no tiene nada que ver con la materia oscura; absolutamente nada que ver; ni siquiera tiene nada que ver con el bosón de Higgs ni con la física de partículas. Se ha observado un modo en amplitud, una transición entre dos bandas electrónicas en ciertas hojas plantas en la estructura cristalina de un material; dicha transición se llamaba modo en amplitud hace más de diez años, pero se cambió de nombre a modo de Higgs. Solo es un nombre, nada más. El campo de Higgs está asociada a la rotura de una simetría gauge local, pero en el nuevo trabajo se rompe una simetría global; ni siquiera hay un campo gauge cuya simetría (sea local o global) se rompa. El nombre es inapropiado, pero ya está bien consolidado en física de materiales.

La conexión con la materia oscura viene de las primeras frases del artículo de Nature, donde se menciona que nuevas partículas de tipo Higgs podrían ser un candidato a la materia oscura; pero no se vuelve hablar del tema en el resto del artículo. Te recomiendo leer mi pieza «Observación potencial de una cuasipartícula de tipo Higgs axial en telururos de tierras raras», LCMF, 11 jun 2022.

Pedro Suarez​ (Ep 373): «El espaciotiempo, ¿es un objeto físico, matemático o físico-matemático?» La realidad real, valga la redundancia, es inexplorable e incognoscible. En física solo se describe la realidad física, la explorada por nuestros experimentos y observaciones; por ejemplo, en 1900 los agujeros negros no tenían realidad física, sin embargo, hoy consideramos que tienen realidad real. El espaciotiempo tiene realidad física y, por tanto, es un objeto físico. Su realidad física está al mismo nivel que la de un electrón, un átomo, o la de tu mano. Si tu mano es real, el espaciotiempo es real; si eres un filósofo que considera que tu mano no es real, como físico acepto que consideres el espaciotiempo como un objeto ideal o matemático.

¡Qué disfrutes del podcast!



19 Comentarios

  1. Saludos Francis, perdón la osadía.
    No existen por ahora partículas de espacio-tiempo entonces, ¿llamar «objeto físico» al espacio-tiempo como si de cualquier otro objeto físico se tratara es correcto?

    Puede argumentarse que si el ET fuese exclusivamente un objeto matemático entonces la gravedad sería un fenómeno matemático, lo cual no tiene sentido, experimentamos la gravedad de manera física y nadie puede ponerlo en duda.

    Aún con lo anterior, no es suficiente para concluir que el ET debe ser un objeto físico.

    (En mi opinión de las 3 opciones dadas por el oyente diría que la tercera resulta más satisfactoria, objeto físico-matemático, nos libramos de la dicotomía y el debate)

  2. Hola Javi, como soy poseedor inmensa ignorancia, puedo afirmar que la existencia de las ondas gravitacionales, exigen la existencia de un «medio» sobre el cual viajar, desde esa aproximación, el espacio-tiempo es un objeto físico… si es que creemos que existe, en caso contrario, un objeto con características similares, ocuparía su lugar.
    Se que Francis me va a «retar» por decir que una onda necesita de un medio para viajar, pero en fin, peor es que diga que la invariancia de la velocidad de la luz es uno de los peores yerros de la física… (ups… ahora si que me va a fulminar).
    Gracias Francis por tantos años de iluminación.

    1. Marce, el gran descubrimiento de la física de principios del siglo XX es que las ondas no necesitan un medio y que pueden propagarse en el vacío. Negarlo es negar uno de los descubrimientos más fascinantes de la física del siglo XX. Por otro lado, las ondas gravitacionales son ondas del propio espaciotiempo, luego su observación a más de 40 sigmas es una observación a más de 40 sigmas del propio espaciotiempo.

      1. No puedo discutir contigo (al menos hoy), así que paso de tema y te dejo una pregunta, que si responderla requiere que rebusques información, déjala, es solo para sacarme una duda.
        La cosa es así, realicé una simulación del experimento de la doble rendija con electrones, tome varias decisiones cuestionables, pero convencido de que eran correctas, pero me topé con un problema (que terminó no siéndolo, solo me obligó a cambiar parámetros)al que no le encontré una respuesta que me dejase conforme.
        A la salida de la rendija tengo que aplicar la disminución de la intensidad de la onda (con el cuadrado de la distancia), pero la onda en ese preciso lugar adquiere un nuevo origen (el centro de la rendija, o no?), entonces, como la aplico con un origen puntual, la idea que más me gustó (aunque sin convencerme), fue comenzar aplicarla, cuando la onda se hallase a una distancia igual a la mitad del ancho de la rendija… la he aplicado de varias formas, e incluso no la he aplicado, y con solo modificar un parámetro, recupero el patrón de interferencias, más allá de que no afecte el resultado, me gustaría saber como hacerlo de la manera correcta, desde ya mil gracias!!!

        1. Marce, ¿has simulado la ecuación de Schrödinger en 2D para el problema de la rendija (aunque la simulación con la ecuación de Dirac sería lo suyo, no es necesario en este caso)? La simulación es muy sencilla y puedes encontrar códigos en la web fácilmente (incluso en libros de texto). Si has hecho otra cosa, tus problemas estarán asociados a lo que hayas hecho (que no me queda claro por tu comentario, parece que usas un método de imágenes o algo así) y a las hipótesis que subyagan a lo que hayas hecho, que siempre se deben comprobar a posteriori (aunque casi todo el mundo olvida hacerlo y encuentra resultados «paradójicos»). Recuerda que la clave es que la longitud de onda incidente sea comparable a la anchura de las rendijas y la distancia que las separa; en otros casos no se espera observar el patrón de interferencia.

          1. Perdón Francis, tenía que haber aclarado lo que simulaba:
            Básicamente abandono la dualidad onda-partícula, entonces me queda, los electrones (partículas), un tren de ondas mecánicas (generado en el cañón de electrones) y el medio necesario para la existencia de ese tren de ondas.

          2. Con respecto a la distancia de las rendijas y otras, usé la misma configuración que usó el equipo de Hitachi en 1995 (si no era Hitachi era parecido…).
            Con respecto a la comprobación, hay una configuración del experimento que permite dilucidar entre 1) dualidad onda-partícula y 2) la onda y el electrón son objetos independientes.
            La misma consiste en repetir varias veces el experimento, alejando gradualmente el cañón de electrones.
            Posibles resultados:
            A) si la intensidad de la onda-partícula no decae con la distancia.
            No deberíamos observar ningún cambio.
            B) si la intensidad de la onda-partícula decae con la distancia.
            A medida que alejamos el cañón deberían ir disminuyendo los arribos de electrones, hasta desaparecer completamente.
            C) si la onda y el electrón son objetos independientes.
            Los electrones seguirán llegando independientemente de la distancia del cañón, en cambio la onda, ira perdiendo intensidad, por lo que el patrón de interferencias se ira diluyendo.

          3. Marce, no me queda claro qué método numérico has usado (que es lo que yo te preguntaba). ¿Has usado un método de Montecarlo? ¿Una integración de caminos à la Feynman? ¿Otro método? La clave de la irreproducibilidad del resultado experimental en una simulación siempre es el método numérico usado y sus parámetros.

          4. Hola de vuelta, perdón por la demora, los domingos y los lunes… no existo.
            En principio no tengo problemas de irreproducibilidad, sino todo lo contrario, si asumes que el electrón es una partícula, que hay un tren de ondas (mecánicas) generadas en el cañón de electrones y un medio por el cual estas se desplazan, haces la simulación y boileau!!! ahí tienes el patrón de interferencias.
            Pero no es todo, desde que el electrón sale del cañón, su destino esta determinado, por la combinación de su vector de movimiento y la posición del tren de ondas, el fino equilibrio entre estas fuerzas, es el que determina la trayectoria del electrón, es por eso que cualquier intento de medida (si es lo suficientemente intenso) rompe el patrón.
            Ahora bien, soy el primero en decir que una simulación no es una demostración, solo puedo decir es que es muy sugerente el resultado, si a eso le sumas una navaja (si, esa), que la explicación es sencilla y no recurre a ningún concepto exótico, que permite hacer una simulación gráfica (es lo que hice, y que ninguna de las interpretaciones de la MC permite), que Compton demostró (aunque luego se desdijera, el experimento está ahí, y habla por si mismo), que tanto el electrón como el fotón son partículas)…
            Hasta aquí, todo cháchara, para demostrar esto diseñe el pequeño experimento que comenté más arriba, hay otro experimento que permite discernir por que rendija pasa el electrón, aunque es un poco más complejo (muy poco).
            Mi simulación:
            A) La hice en 2D, ya que considero que es perfectamente extrapolable a 3D.
            B) Para calcular el momento que le imparte el tren de ondas al electrón, tracé un octógono con centro en el electrón, calculé la intensidad de la onda en los vértices del mismo y en el electrón, y sumé los vectores obtenidos.
            C) Si fuera tu alumno, no me reprobarías… me expulsarías, para calcular la trayectoria, simplemente sumé los vectores, si, una burrada, se que esto genera un error, que para más inri, es acumulable, ahora lo que creo, es que dado que trayectorias similares tienen errores similares, al final lo que obtienes (pensando en una distribución gaussiana) es que o bien la campana es más ancha, o más angosta, alta, baja… pero no dejaría de ser una campana.
            Todas las concesiones en la simulación, se deben a la falta de hardware potente (si, del cerebral también).
            El sueño de mi vida es que pierdas una hora de tu tiempo, y realices una simulación feten y luego publiques el resultado.
            Y todo empezó con una pregunta acerca de como calcular la caída de intensidad de la onda…

          5. Marce, por lo que describes no estás simulando el experimento de doble rendija para un electrón no relativista, sino otra cosa de cosecha propia; así que si tu resultado no es el que debe ser es un problema de tu método.

            «Para calcular el momento que le imparte el tren de ondas al electrón…» esto es totalmente incorrecto; no tiene nada que ver con la física cuántica, ni siquiera en la interpretación de la onda piloto. «Para calcular la trayectoria, simplemente sumé los vectores, si, una burrada, …» luego si sabes que es una burrada por qué te sorprende que tu resultado también sea una burrada. «Todas las concesiones en la simulación, se deben a la falta de hardware potente…» pero eso no es un excusa para la ignorancia, un método numérico estándar para la ecuación de Schrödinger lineal te permite simular el experimento de la doble rendija en 2D con la potencia de cómputo de tu teléfono móvil (incluso si ya tiene más de un lustro).

            «Y todo empezó con una pregunta acerca de como calcular la caída de intensidad de la onda…» No, Marce, todo empezó cuando dijiste «realicé una simulación del experimento de la doble rendija con electrones… pero me topé con un problema», siendo mi intención tratar de resolver dicho problema. Lo que me queda claro ahora es que no hiciste tal simulación (que yo pensaba que habías desarrollado con un método de imágenes, de ahí que tuvieras que introducir a mano la «disminución de la intensidad de la onda»). Y por tanto mi intento de responder a tu pregunta ha sido solo una pérdida de tiempo. Y recuerda, la caída de la intensidad de la función onda está perfectamente bien descrita por la ecuación de Schrödinger, pero si simulas otra cosa te será irrelevante dicho hecho.

          6. Gracias Francis, no hay nada más lejos de mi intención, que hacerte perder tu tiempo, y si que lo pierdes, porque lees a medias, y no te culpo, que físico leería a un taxista?, sigo agradecido, muchos ni me hubiesen contestado.
            A) si, realicé la simulación (en realidad cientos, jamás te mentiría).
            B) si, me desentiendo totalmente de la MC, nada de onda piloto, ni de colapso, ni muchos mundos…
            C) mi hipótesis: tres actores, los electrones, el tren de ondas (mecánicas), el medio y como interactúan.
            D) no tengo problemas con el resultado, obtengo el patrón de interferencias.
            E) para obtener el resultado, simulo entre 20.000 y 40.000 trayectorias, para compensar (un poco) el «desatino» de no aplicar una integral de caminos, elegí un paso muy corto, todo eso hace que cada simulación (de bestia bruta) tarde alrededor de 45 minutos, esto te da una idea del tiempo que le puse a esta locura, y si le sumas que trabajo cerca de doce horas diarias… no tengo mucho margen.
            F) un dato más al respecto, a todo lo que pude, le asigné valor «uno», para minimizar los cálculos (no usé valores reales, por ejem. la masa del electrón).
            G) no me dices nada acerca del experimento que propongo, si el mismo es correcto, independientemente de que estés de acuerdo con mi hipótesis, deberías publicarlo, al fin de cuentas, es parte del método científico el poner a prueba todas las hipótesis, incluso las aceptadas.
            H) cuando puse «y todo empezó…», me refería a que no era mi intensión comentarte mi hipótesis, sino sacarme la única duda que me quedó (puede que esté equivocado al pensar que no usar la integral de caminos, no afectaría el resultado, pero hasta ahora no lo creo).
            I) y si, mi simulación es cuestionable, por eso te expliqué como la realicé, por eso te vuelvo a invitar a que la hagas, aunque no hay ninguna razón lógica para que escuches a un taxista.
            Esto no explica los resultados obtenidos en los experimentos con luz.
            Prometo no molestar más, mil gracias!!!

          7. Corrección: después de terminado mi trabajo, por lo poco creíble que me resultaba que nadie hubiese pensado esto antes que yo, realicé unja pequeña investigación, aparentemente el primer trabajo de De Broglie, iba por este camino, después de presentarlo, la comunidad le ladró muy fuerte, y se alineó con los dualistas… osea que es su hipótesis.

  3. Hola Francis estas de acuerdo que las 4 mejores teorias que tenemos al dia de hoy sobre consciencia son higher-order theories, global workspace theories, re-entry and predictive processing theories and integrated information theory?

    Respecto al debate del programa anterior crees que una maquina una inteligencia artificial un robot tendra consciencia en los proximos 30/40 años? para lograr eso si o si hay que entender los algoritmos del cerebro humano tener una toeria de la informacion cerebral?

    1. Mariana, son cuatro teorías, pero yo no diría que son las mejores, entre otras cosas porque no son comparables entre sí. Por otro lado, predecir el futuro es imposible, pero si quieres mi opinión, creo que los próximos 40 años serán insuficientes para entender el problema de la consciencia en neurociencia, que es un problema aún joven; así que creo que no habrá robots ni inteligencias artificiales conscientes en los próximos 40 años. En mi opinión habrá que esperar al siglo XXII.

        1. Mariana, no tengo ni idea de lo que pasará en los próximos 40 años. Pero a día de hoy no hay ninguna esperanza seria de que se desvelen lo que llamas «los algoritmos del cerebro», sean lo que sean y entiendas por ello lo que quieras entender por ello. Pero obviamente predecir el futuro es imposible.

          Por otro lado, como puedes leer en este artículo en ese artículo de Nature Reviews Neuroscience no se trata de teorías de la consciencia, per se, sino que los autores las llaman «estructuras narrativas» (‘narrative structures’) para describir las correlaciones entre actividad neuronal y comportamiento consciente. Llamarles teorías de la conciencia es abusar del término teoría, al menos no significa lo mismo que cuando los físicos usamos el término teoría. Me preguntaste cuál era la mejor y te dije que ninguna de ellas. Poco más puedo decir.

  4. Mariana, hoy por hoy no exite en ciencia ninguna teoría de la consciencia completa, y por lo tanto no hay ninguna que sea del consenso científico.
    Sería como preguntar cómo es nuestra mejor teoría sobre la vida (definición y origen de la vida); no hay tal cosa por el momento.

    De la misma forma que un PC puede construir otro PC, nosotros podremos hacer máquinas que se comuniquen y tengan vivencias igual que nosotros sin necesidad de entender cómo funcionan…basta con hacer lo que estamos haciendo, ir resolviendo problemas poco a poco.

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