Podcast CB SyR 482: Noticias del espacio y experimentos cuánticos

Por Francisco R. Villatoro, el 18 octubre, 2024. Categoría(s): Astronomía • Ciencia • Física • Noticias • Physics • Podcast Coffee Break: Señal y Ruido • Recomendación • Science ✎ 14

Te recomiendo disfrutar del episodio 482 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox AiVoox BApplePodcast AApplePodcast B], titulado “Noticias del Espacio y Experimentos Cuánticos”, 17 oct 2024. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. Cara A: Anuncio: CB 485 en el Planetario de Buenos Aires (3:00). Retractados 75 papers de Corchado por la editorial Springer Nature (12:00) [iV, AP]. Lanzamiento de la misión Hera (26:00)  [iV, AP]. Patrocinio de GMV (38:00). Lanzamiento de prueba Starship IFT-5 (43:00) [iV, AP]. Cara B: Lanzamiento de la misión Europa Clipper (00:04) [iV, AP]. Patrocinio de AICAD (26:04). Midiendo qubits con “protocolo de viaje temporal” (28:54) [iV, AP]. Experimento de Hardy libre de loopholes (1:00:54) [iV, AP]. Señales de los oyentes (1:24:34) [iV, AP]. Imagen de portada realizada por Héctor Socas-Navarro. Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso».

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Descargar el episodio 482 cara A en iVoox.

Descargar el episodio 482 cara B en iVoox.

Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro (@pCoffeeBreak), José Edelstein @JoseEdelstein, Gastón Giribet @GastonGiribet (solo cara B), y Francis Villatoro @eMuleNews. Por cierto, agradezco a Manu Pombrol @ManuPombrol el diseño de mi fondo para Zoom; muchas gracias, Manu.

Tras la presentación, Héctor destaca que se han retractado 75 papers de Corchado por la editorial Springer Nature (Podcast CB SyR 480: Ética Científica: El caso Salamanca, LCMF, 04 oct 2024). La noticia se ha publicado en Manuel Ansede, «La editorial Springer Nature retira 75 estudios del rector de Salamanca y sus colaboradores por prácticas fraudulentas», Materia, El País, 16 oct 2024. He consultado en la web SpringerLink, (17 oct 2024) y solo aparecen nueve artículos (book chapters) retirados en libros de actas de congresos internacionales: tres en Ambient Intelligence, Salamanca, 2014 (uno, dos, tres); uno en Learning Technology, Eslovaquia, 2018 (uno); uno en Distributed Computing I, Toledo, 2018 (uno); y cuatro en Distributed Computing II, Toledo, 2018 (uno, dos, tres, cuatro). «Chris Graf, director de integridad científica de Springer Nature, explica que la retractación de los 75 estudios ya está en marcha». Supongo que en los próximos días o semanas aparecerán todas las 75 retracciones. En su caso, sería el mayor escándalo de la ciencia española (aunque no sean artículos retirados en revistas impactadas).

Héctor nos cuenta el lanzamiento exitoso de la misión Hera de la ESA. Más información, como siempre, gracias al astrotrastornado de referencia, Daniel Marín, «Lanzada la sonda europea Hera para estudiar el asteroide doble Dídimo y Dimorfo», Eureka, 09 oct 2024. El objetivo de Hera, que incluye los cubesats interplanetarios Milani y Juventas, es estudiar el asteroide doble Dídimo y Dimorfo, y las consecuencias del impacto contra Dimorfo de la sonda DART de la NASA. Hera fue lanzada el 7 de octubre de 2024 en un Falcon 9 BLock 5 desde Cabo Cañaveral. Hera llegará a Dídimo el 14 de diciembre de 2026, tras un sobrevuelo a Marte en marzo de 2025. Hera no orbitará Dídimo o Dimorfo, sino que se moverá alrededor de su baricentro común, luego sobrevolará ambos asteroides trazando arcos, con frecuentes correcciones de trayectoria. El cubesat 6UXL Milani observará ambos asteroides con una resolución de hasta 1 metro y Juventas analizará la estructura interna de Dimorfo con un radar. Al final de su misión científica, Hera podría intentar un aterrizaje en Dídimo. Recuerda que el plan original era que Hera observase el impacto de DART en directo; pero para ahorrar costes, lo observará con unos años de retraso.

Héctor destaca el patrocinio de GMV (https://gmv.com/es-es), que este año cumple 40 años. Por cierto, GMV lidera el consorcio europeo responsable del GNC (guiado, navegación y control) de Hera (y del de Juventas), en su momento para la misión AIM (que iba a acompañar a DART), que ahora se ha transformado en Hera. GMV también ha participado en el simulador de control operacional y forman parte de la sala de control de la misión. Héctor destaca que GMV es una de las empresas que más contrata a ingenieros y licenciados españoles interesados en tecnologías espaciales. Además, ahora mismo tienen ofertados varios puestos de trabajo. Ánimo a los lectores (oyentes) recién titulados que estén interesados en dichos puestos.

Héctor anuncia el gran éxito de SpaceX con su prueba Starship IFT-5. Más información sobre IFT-2 (CB SyR 439, LCMF, 24 nov 2023), IFT-3 (CB SyR 456, LCMF, 21 mar 2024) y, como no, IFT-4 (CB SyR 468, LCMF, 16 jun 2024). Como nos cuenta Daniel Marín, «Quinto lanzamiento de la Starship: SpaceX logra capturar un Super Heavy con los brazos de la torre», Eureka, 14 oct 2024, la captura ha sido impresionante, de ciencia ficción. «SpaceX ha logrado la captura del Super Heavy B12 mediante los brazos de la torre de lanzamiento y lo ha logrado a la primera. La quinta misión del cohete más potente del mundo ha sido la más exitosa del sistema hasta la fecha. ¡Es la primera vez que recuperan intactos 33 Raptor de un Super Heavy!»

Héctor finaliza con el lanzamiento de la misión Europa Clipper de la NASA. De nuevo, recomiendo a Daniel Marín, «Lanzada Europa Clipper: la compleja sonda que estudiará el océano de Europa a partir de 2030», Eureka, 16 oct 2024. «El 14 de octubre de 2024 despegó un Falcon Heavy Block 5 de SpaceX desde  el Centro Espacial Kennedy (KSC) de Florida con la sonda Europa Clipper de la NASA rumbo a Júpiter. Llegará al gigante joviano en abril de 2030, un año antes de la sonda europea JUICE, que despegó el año pasado en un Ariane 5. Estudiará las características del océano interno de Europa, uno de las lunas con mayor potencial de habitabilidad del Sistema Solar. No se sabe ni el espesor preciso de la corteza de hielo —entre 10 y 40 kilómetros—, ni la profundidad del océano. Europa Clipper no orbitará Europa, realizará 49 sobrevuelos cercanos de esta luna mientras traza órbitas elípticas alrededor de Júpiter (el primero en marzo de 2031). Al final de la misión, está previsto deshacerse de la sonda haciéndola chocar contra Ganímedes para evitar contaminar a Europa (la corteza de Ganímedes es mucho más gruesa). JUICE orbitará Ganímedes a partir de diciembre de 2034, así que es posible que la sonda europea pueda ver el cráter de impacto de su sonda hermana».

Héctor agradece el patrocinio de AICAD Business School (https://www.aicad.es).

Gastón nos comenta un artículo sobre la medida de la fase de cúbits usando un protocolo «de viaje en el tiempo” (en realidad se llama protocolo de estimación agnóstica de fase). En octubre de 2023 se propuso un experimento mental (Gedankenexperiment) en metrología cuántica basado en simular curvas cerradas de tipo tiempo (CTCs). Como es obvio, no existen las CTCs en la Naturaleza (pues son viajes al pasado con retorno al futuro), pero que no existan es irrelevante para un experimento mental. El artículo se publicó en Physical Review Letters porque se pueden simular las hipotéticas CTCs; los autores proponían usar el protocolo de teletransporte cuántico (que permite copiar un estado cuántico entre dos sistemas modificando el estado del sistema copiado, para cumplir con el teorema de no clonación). Lo curioso del experimento mental es que permite diseñar un protocolo de metrología cuántica capaz de obtener más información cuántica de Fisher de lo que permite la física clásica (los autores abusan del lenguaje y sugieren que el hipotético «viaje al pasado» permite maximizar la información recabada).

El protocolo cuántico propuesto en 2023 tenía un problema, el hipotético «viaje en el tiempo», aunque fuese simulado, falla casi siempre; pero las matemáticas muestran que tras intentarlo muchas veces, basta que salga bien algunas veces para que se obtenga una ganancia de información respecto a un protocolo clásico que respete la cronología temporal. El artículo es David R. M. Arvidsson-Shukur, Aidan G. McConnell, Nicole Yunger Halpern, «Nonclassical Advantage in Metrology Established via Quantum Simulations of Hypothetical Closed Timelike Curves,» Phys. Rev. Lett. 131: 150202 (12 Oct 2023), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.131.150202, arXiv:2207.07666 [quant-ph] (15 Jul 2022); costó un año que el artículo fuese aceptado en la revisión por pares, pero la autora principal (Nicole) tuvo su momento de gloria en los medios (los «viajes en el tiempo» son muy mediáticos). Había que intentar realizar el experimento en un laboratorio para culminar con gol la jugada mediática.

Se publicó en junio de 2024 en Physical Review Letters la primera realización experimental de este protocolo cuántico de «viaje en el tiempo» (aunque fue rebautizado de forma agnóstica como protocolo de estimación agnóstica de fase). La idea estimar el ángulo de rotación desconocido (α) un cúbit cuyo estado inicial es desconocido a partir de su estado final tras la rotación; como es obvio, si se midiera el estado inicial bastaría comparar el resultado con el estado final medido para conocer el ángulo de rotación. Pero la idea es realizar una medida agnóstica, que ignore ese estado inicial. En el experimento mental de 2023 se recurría a las curvas cerradas de tipo tiempo para («viajar al pasado» y) recabar información del estado inicial que se combinaría con la información medida del estado final para estimar la fase desconocida. En 2024 se propone simular dicha idea usando el entrelazamiento (algo que ya es estándar en metrología cuántica, pero sin falsos «viajes en el tiempo»).

En el experimento real se simulan las CTCs usando dos cúbits entrelazados en fase, en un estado inicial |Ψ⁻〉; se aplica la rotación desconocida sobre uno de los cúbits, sin hacer nada sobre el otro; luego se comparan las fases de ambos cúbits y a partir de su diferencia se estima el ángulo desconocido. Más fácil imposible. Dicho así no hay ningún viaje en el tiempo y todo se entiende muy fácil. Pero los autores insisten en que «simulan» una CTC; para ello, dibujan el experimento con el estado entrelazado inicial como una curva en ⋃ y con la medida final con otra curva pero en ⋂; el resultado es un precioso dibujo de una CTC (aunque en el experimento real no haya ninguna). La maravilla del experimento mental se logra gracias a un dibujo de maravilla, que crea la ilusión de una CTC donde no hay ninguna. Un dibujo que puede engañar a algunos periodistas científicos, pero que a ti no te debería engañar. El artículo es Xingrui Song, …, Nicole Yunger Halpern, …, Kater Murch, «Agnostic Phase Estimation,» Phys. Rev. Lett. 132: 260801 (27 June 2024), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.260801, arXiv:2403.00054 [quant-ph] (29 Feb 2024); a nivel divulgativo llama la atención leer a Michael Schirber, «Measuring Qubits with “Time Travel” Protocol,» APS, Physics 17: s76 (27 Jun 2024) [enlace].

Gastón nos describe dicho artículo con cierta indignación. La reflejó mucho mejor en la red social X hace un par de semanas. [05 oct 2024] «Sorry, no time travel: un artículo publicado en PRL propone un protocolo de metrología cuántica para medir con eficiencia óptima la intensidad de un campo magnético aun desconociendo la orientación del campo. Se sabía que la optimización de un protocolo tal exigía el conocimiento de cierta información del estado inicial (grosso modo, su orientación). Lo que este trabajo agrega es que, mediante el truco de entrelazar el cúbit inicial con un segundo cúbit, uno puede lograr una estimación óptima aun siendo «agnóstico» acerca de la orientación inicial. El protocolo recuerda otros que involucran teleportación cuántica y los autores, descuidadamente, eligen como analogía las «curvas temporales cerradas». Esto invita a pensar que hay retrocausalidad. Incluso se ha reseñado en algún sitio así: «[N]ew experiment overcomes this limitation using two entangled quantum bits, which are manipulated in a way that is equivalent to a qubit traveling back in time«. Llegan a mencionar «time travel«.»

«Por supuesto, no hay viaje en el tiempo involucrado en este asunto, no hay retrocausación, no hay violación de la causalidad, no hay envío de información al pasado. Aun así, muchos medios deciden titular la noticia así: «‘time-traveling’ quantum sensor breakthrough«, encomillando «viaje en el tiempo» para sentirse habilitados a aclarar luego. También en sitios en castellano pueden encontrarse reseñas al respecto que hablan de «sensores cuánticos que viajen en el tiempo». No hay viaje en el tiempo aquí, como no lo hay en ningún experimento. La culpa de la confusión no es sólo de los medios de divulgación, sino también de los artículos científicos, que emplean un argot innecesariamente distorsivo. El trabajo se basa en otro anterior, donde se puede leer: «Inspired by simulations of closed timelike curves, we circumvent this limitation.» De los mismos autores leemos: «We construct a metrology experiment in which the metrologist can sometimes amend the input state by simulating a closed timelike curve, a worldline that travels backward in time.» El uso de términos como «teleportation«, «spooky action at a distance«, «closed timelike curves«, etc, al inducir a ideas fantásticas ya prefijadas en el imaginario colectivo, debería ser revisado en la literatura técnica. Induce a error y podemos preverlo. Nuestro divertimento con las palabras no vale la confusión de la gente».

La indignación de Gastón sobre estos artículos no ha decrecido, como reflejó ayer mismo en la red social X. [17 oct 2024] «Acerca del paper «Agnostic Phase Estimation», en el que los autores afirman: «Inspired by simulations of closed timelike curves, we circumvent this limitation [in certain quantum metrology protocol]«, encuentro indignante las referencias al paper de Gödel sobre las soluciones a las ecuaciones de Einstein con curvas temporales cerradas. En primer lugar, esto induce a confusiones ya que las curvas temporales cerradas del universo de Gödel son «verdaderas», mientras que aquellas que se mencionan en esos papers de protocolos de teleportación cuántica son, en el mejor de los casos, meras analogías. Es decir: una cosa no tiene nada que ver con la otra. Nada. De hecho, si uno quisiera ser indulgente con esto, entonces uno podría aceptar alguna mención al paper de Maldacena y Susskind sobre ER=EPR, ya que este último sí estaría vagamente relacionado. Al citar el paper de Gödel, los autores del paper mencionado hablan de una «mathematical equivalence between certain entanglement manipulation experiments and closed timelike curves, hypothetical worldlines that travel backward in time«. Esto nada tiene que ver con curvas temporales cerradas. Toda esa analogía es forzada e innecesaria, por no decir nacida de una confusión profunda del caso. Esto no tiene nada de curva temporal cerrada. Es un protocolo de metrología cuántica más. Punto. Si fuera más que eso entonces los autores no necesitarían inflarlo de más».

Por cierto, las figuras sobre el universo en rotación que Gödel le regaló a Einstein están extraídas del artículo de Istvan Nemeti, Judit X. Madarasz, …, Attila Andai, «Visualizing some ideas about Godel-type rotating universes,» arXiv:0811.2910 [gr-qc] (18 Nov 2008), doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.0811.2910, que no me consta que haya sido publicado en ninguna revista científica, a pesar de la belleza de sus figuras (el artículo de 48 páginas tiene 37 figuras). En apariencia, se escribió como capítulo para un libro titulado «Gödel-type Spacetimes: History and New Developments», pero no me consta que llegara a publicarse.

Me toca comentar la primera implementación del experimento de la paradoja de Hardy que está libre de resquicios (loopholes en inglés, a veces traducido por lagunas o incluso brechas). Para introducirlo conviene empezar con el experimento GHZ es una variante del experimento EPR y de las desigualdades de Bell que no usa ninguna desigualdad. David Mermin lo popularizó en Physics Today de la siguiente forma. Sea S el espín 1/2 de un fermión, que se puede medir en tres ejes Sx, Sy y Sz para cada partícula. Considera que las tres partículas se generan en direcciones ortogonales en un estado entrelazado simétrico para tres operadores que conmutan entre sí Sx¹Sy²Sy³, Sy¹Sx²Sy³, y Sy¹Sy²Sx³; en tal estado el autovalor de estos tres operados será +1. Aplicados a dicho estado entrelazado, midiendo Sy en dos partículas lejanas de la tercera, se conocerá el valor de Sx de dicha partícula sin medirlo. Ahora bien, su producto Sx¹Sy²Sy³Sy¹Sx²Sy³Sy¹Sy²Sx³ es igual a Sx¹Sx²Sx³, operador que conmuta con los otros tres, pero que tiene como autovalor −1 (en lugar de +1). Esto contradice la existencia de elementos de realidad einsteinianos; porque si existieran variables ocultas Mx¹, My¹, Mx², My², Mx³, y My³ que explicaran las medidas de los operadores de espín, resultaría que los productos Mx¹My²My³ = My¹Mx²My³ = My¹My²Mx³ = +1, con lo que el producto Mx¹My²My³My¹Mx²My³My¹My²Mx³ = +1. La física cuántica predice un valor −1 para Sx¹Sx²Sx³ y el experimento GHZ lo confirma (la Z es de Zeilinger, Premio Nobel de Física 2022).

El espacio de Hilbert del experimento GHZ tiene dimensión seis, tres partículas de espín 1/2 con dos valores en cada medida (que he escrito como +1 y −1, pero que serían +1/2 y −1/2). Lucien Hardy introdujo en 1992 una variante con dos partículas de espín 1 con tres valores para sus espines (+1, 0 y −1). Mermin lo popularizó en Physics Today de la siguiente forma. Considera dos partículas en direcciones opuestas originadas en una fuente común dirigiéndose hacia Ana y Bea. Ana puede realizar medidas en Horizontal (A) o en Vertical (B) con respuestas +1 o −1 (o sea Izquierda o Derecha, o Arriba y Abajo), y Bea puede realizar otras dos medidas en Horizontal (M) o Vertical (N) con respuestas +1 o −1. Hardy construye un estado cuántico para el que se cumplen las siguientes reglas: (i) si las medidas de Ana y Bea son Verticales (B y N) el 9 % de las veces ambas medidas sean +1 (Arriba); (ii) si Ana mide en Vertical (B) y Bea en Horizontal (M), o Ana mide en Horizontal (A) y Bea en Vertical (N), nunca ocurrirá que ambas medidas sean +1 (Arriba/Izquierda o Izquierda/Arriba); (iii) si las medidas de Ana y Bea son Horizontales (A y M) el resultado nunca será que ambas sean −1 (Izquierda). Por cierto, el 9 % es 1/τ⁵ = 0.09017, con 1/τ = (sqrt(5)−1)/2 = 0.6180, donde τ  es el número aúreo.

La diferencia entre el experimento GHZ con el experimento EPR es que entre ambas partículas se usa un entrelazamiento que parece menos obvio (pues conocer la medida de Ana no permite conocer la de Bea). Por ejemplo, si quieres conocer el resultado que obtendrá la medida de Ana en Horizontal (A) puedes intentar usar la medida de Bea en Horizontal (M). Si Bea mide −1 (Izquierda), entonces (iii) garantiza que Ana medirá +1 (Derecha), pues nunca serán iguales. Pero si Bea mide +1 (Derecha), es imposible predecir la respuesta de Ana. Si Bea mide en Vertical (N) tienes el mismo problema: si Bea obtiene Arriba sabrás que Ana obtendrá Izquierda, pero si obtuvo Abajo no sabrás nada sobre el resultado de Ana. En el experimento de Hardy el entrelazamiento te ofrece un conocimiento parcial de los resultados de ambas experimentadoras.

En los laboratorios se selecciona de forma aleatoria (por ejemplo, tirando una moneda) qué medirán (Horizontal o Vertical) Ana y Bea. Si se asume que existe un elemento de realidad einsteiniano que determina en el origen de ambas partículas el resultado del experimento nos encontraremos con una paradoja. Según la regla (i), si el azar hace que Ana y Bea midan en Vertical (B y N), el 9 % de las veces las respuestas serán +1 (Arriba),  pero un 91 % de las veces no lo serán. Podría ocurrir que los elementos de realidad de las partículas indican que Ana obtendrá Arriba (+1) para Vertical y Bea también Arriba (+1) para Vertical. Pero los lanzamientos de las monedas podrían haber elegido Vertical para Ana y Horizontal para Bea; como Ana habría obtenido Arriba (+1), los elementos de realidad de la partícula de Bea deberían ser tales que prohíban la respuesta Izquierda (+1) para su medida en Horizontal. Pero si las monedas hubieran salido de manera diferente, sería posible obtener respuestas +1 para ambas (Arriba para Ana y para Bea Izquierda), algo prohibido por (ii). O los lanzamientos de la moneda podrían haber dado lugar a Horizontal para Ana (A) y Vertical para Bea (N), obteniendo Bea +1 (Arriba), estando prohibido que Ana obtenga +1 (Izquierda). Pero los lanzamientos de la moneda también podrían haber dado lugar a las preguntas Horizontal para Ana (A) y Horizontal para Bea (M); con lo que estaría prohibido +1 (Izquierda) para ambas, luego los elementos de realidad de las partículas tendrían que conducir a −1 (Izquierda) para ambas, que está prohibido por (iii). Este tipo de razonamiento siempre requiere una segunda lectura y escribir una tabla de verdad.

La conclusión de la paradoja de Hardy es que es imposible asignar valores a los elementos de realidad que puedan explicar todas las posibilidades. La única opción es que la regla (i) sea falsa. Sin embargo, los experimentos muestran que el análisis cuántico es correcto y un 9 % de las veces se cumple la regla (i). Se publica en Physical Review Letters este experimento libre de resquicios usando fotones con una eficiencia de los detectores del 82.2 %, una fidelidad del estado cuántico del 99.10 %, y una velocidad de conmutación tan rápida que los experimentos de Ana y Bea están causalmente desconectados. Tras 6 horas de experimento se observa se confirma la predicción de Hardy (4.646 × 10⁻⁴) con más de 5 sigmas (desviaciones estándares) tras realizar 4.32 × 10⁹ ensayos. Para exagerar la conclusión los autores estiman que la probabilidad de explicar la observación usando variables ocultas es menor de 10⁻¹⁶³⁸⁴ (recuerda que 16384 = 2¹⁴).

El artículo es Si-Ran Zhao, Shuai Zhao, …, Jian-Wei Pan, «Loophole-Free Test of Local Realism via Hardy’s Violation,» Phys. Rev. Lett. 133: 060201 (07 Aug 2024), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.060201, arXiv:2401.03505 [quant-ph] (07 Jan 2024). Por cierto, la probabilidad del 9 % se puede subir usando cúdits en lugar de cúbits (para d = 7 sube hasta el 24 % y para d = 100 es sobre el 40 %), como se demuestra en Jing-Ling Chen, Adán Cabello, …, L. C. Kwek, «Hardy’s paradox for high-dimensional systems,» Phys. Rev. A 88: 062116 (30 De 2013), doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevA.88.062116, arXiv:1308.4468 [quant-ph] (21 Aug 2013). Los interesados en más detalles sobre el experimento de Hardy, pueden leer en este blog «El misterio de los soufflés cuánticos o la paradoja de Hardy», LCMF, 21 ene 2009.

He citado varios artículos de Mermin en Physics Today recopilados en su libro N. David Mermin, «Why Quark Rhymes with Pork,» Cambridge Univ. Press (2016); también se pueden acceder en la web de dicha revista: N. David Mermin, «Is the Moon There When Nobody Looks? Reality and the Quantum Theory,» Physics Today 38: 38-47 (1985), doi: https://doi.org/10.1063/1.880968; N. David Mermin, «What’s Wrong with these Elements of Reality?» Physics Today 43: 9-11 (1990), doi: https://doi.org/10.1063/1.2810588; N. David Mermin, «Quantum mysteries refined,» Am. J. Phys. 62: 880-887 (1994), doi: https://doi.org/10.1119/1.17733; N. Dovid Mermin, «What’s wrong with these elements of reality,» Reference Frame, Physics Today, June 1990 [PDF gratis]; N. David Mermin, «Is the Moon There When Nobody Looks? Reality and the Quantum Theory,» Physics Today 38: 38-47 (1985), doi: https://doi.org/10.1063/1.880968.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Héctor rescata una pregunta de la semana pasada de Escuela Astrolab: «¿Qué ocurre si durante el proceso de inversión del campo magnético de la Tierra hubiese ocurrido una gran erupción solar?» Contesta Héctor que lo que ocurriría es que no tendríamos la  protección de la magnetosfera de la Tierra, por lo que algunas partículas llegarían a la superficie de la Tierra. Pero aún así la atmósfera nos protege y la mayoría de las partículas que vienen del Sol chocarían con la atmósfera. Eso sí, se observaría auroras por todo el planeta, no solo por los polos, ya que esto último está causado por el campo magnético de la Tierra, que reconduce las partículas hacia los polos. De vez en cuando las partículas pueden llegar a la superficie de la Tierra, pero eso requiere una energía muy grande. Ha habido decenas de eventos de este tipo que se han registrado, luego pasa de vez en cuando.

Pregunta Javier Navidad: «¿Hay algo que impida que un punto entre en estado de inflación? Y de ser eso posible, ¿cómo podríamos detectarlo desde la Tierra?» Héctor contesta que le recuerda a la inflación eterna, que el estado natural de la inflación se generar de forma espontánea universos burbujas. Así podría haber un multiverso de burbujas que nunca van a encontrarse porque la inflación las separa. Yo apostillo que el campo inflatón tiene que estar excitado, pero hoy vivimos en un estado de vacío del campo inflatón, luego no esperamos que haya excitaciones del campo inflatón. Lo que plantea la inflación eterna es que hay un preuniverso en el que el campo inflatón está fluctuando de manera eterna continua produciendo los universos burbuja que ha comentado Héctor. En principio, ningún punto de nuestro universo puede entrar en estado de inflación. Por cierto, no respondemos la segunda parte de la pregunta: si un punto de nuestro universo cambiara de estado de vacío, dicho cambio crecería a la velocidad de la luz en el vacío y no existiría ninguna forma de que fuese observado desde fuera de la burbuja. Solo observaríamos la burbuja justo en el momento en el que llegue a nosotros y nos destruya. Hasta entonces no habrá ninguna señal luminosa emitida por la burbuja que pueda llegar a nosotros. Gastón recuerda la hipótesis del Big Rip debida a la energía oscura (si es la constante cosmológica).

Thomas Villa pregunta: «¿A qué viene el inverso del número aúreo cuando se miden los espines en vertical en el experimento de Hardy?» Contesto que sale así en el cálculo matemático, porque el número áureo cumple con una relación matemática muy sencilla, x = 1 + 1/x. Esta relación es tan sencilla que aparece en muchos problemas.

Cristina Hernandez García ​​también pregunta: «Si el número áureo significa que algo se forma a partir de partes que en todos los niveles de ese crecimiento se han de mantener las proporciones ¿como se interpreta eso en lo comentado?» Contesto que no es cierto que el número aúreo signifique eso. Solo es un número que cumple una ecuación muy sencilla, x² = x + 1, interpretarlo de otra forma es negar su esencia como número. Gastón y Jose bromean con que cualquier número es interesante, como el 2, o el 12. Apostillo que todos los números son interesantes, porque si existiese un número que no fuera interesante, ese número sería interesante por ser el único que no es interesante. Gastón recalca que todos los números son interesantes porque si sacasen cualquiera de ellos la matemática caería.

Pregunta Mariano Cognigni: «Ya que la densidad de un agujero negro disminuye a medida que aumenta su tamaño, si uno tuviera el tamaño del universo, ¿tendría la misma densidad que tiene el universo?» Contesta Héctor que depende del momento, porque la densidad del universo desciende con el tiempo. Gastón aclara que se refiere a la densidad de materia, pues al tener en cuenta la contribución de la energía oscura resulta que la densidad de energía total del universo es constante. Gracias a la energía oscura, el universo se expande con densidad constante. Yo recuerdo que, en rigor, solo tiene densidad un objeto formado por materia; un agujero negro no tiene densidad. Héctor aspostilla que siempre podemos hablar de densidad de energía. Jose recuerda que el cálculo es sencillo usando la solución de Schwarzschild y lo pone como ejercicio para los oyentes. Gastón destaca que hay que usar la métrica de Schwarzschild con constante cosmológica incluida. Jose lo reafirma.

El modelo cosmológico del universo agujero negro ha aparecido muchas veces en la literatura científica. Recomiendo leer a Enrique Gaztanaga, «The Black Hole Universe (BHU),» preprint HAL 03344159 (2022), https://hal.science/hal-03344159v2; Enrique Gaztanaga, «The Cosmological Constant as Event Horizon,» Symmetry 14: 300 (2022), doi: https://doi.org/10.3390/symmetry14020300, arXiv:2202.00641 [astro-ph.CO] (01 Feb 2022); y Enrique Gaztanaga, Benjamin Camacho-Quevedo, «What Moves the Heavens Above?» Physics Letters B 835: 137468 (2022), doi: https://doi.org/10.1016/j.physletb.2022.137468, arXiv:2204.10728 [astro-ph.CO] (22 Apr 2022); entre otros.

Thomas Villa pregunta: «En el paper «Agnostic phase estimation», ¿el fasor de la «partícula» ancilla es tambien conjugada compleja al fasor de la «partícula» principal? ¿Es como una «advanced wave» de Wheeler–Feynman?» Gastón comenta que no tiene nada que ver con la onda avanzada de Wheeler y Feynman. En su opinión esta idea fue lo que le propuso Wheeler a Feynman para su tesis doctoral. La idea es aprovechar que las soluciones a las ecuaciones de campo siempre son ondas retardadas o avanzadas, y que dicha idea podría tener implicaciones en mecánica cuántica. Pero dicha idea no funcionó, y además no tiene nada que ver con el artículo.

Contesto (tras consultar el artículo) que el concepto de fasor se usa en ingeniería y no es habitual en física cuántica. Los coeficientes de un estado de superposición cuántica son números complejos, con parte real y parte imaginaria, o con módulo y fase; por ejemplo, α |0〉 + β |1〉, de tal forma que |α|² + |β|² = 1. La palabra «fasor» no se usa. En el artículo se usa una superposición no separable de los dos cúbits entrelazados de tipo β |01〉 − β* |1o〉, donde β = |β| exp(+i α/2) y su complejo conjugado β* = |β| exp(−i α/2), con lo que sí hay un complejo conjugado que conecta las fases de los coeficientes de la superposición. Gastón dice que la palabra fasor le dio nostalgia de sus estudios a finales de los 1980 en un colegio industrial sobre electricidad. Héctor trata de explicar que los coeficientes de una superposición cuántica son números complejos, usando la palabra fasor para ello (que afirma haber escuchado alguna vez en este contexto).

Cristina Hernandez García pregunta: «Que supondría a las sondas del proyecto Breakthrough Starshot a 15 % 0 20 % de c (la velocidad de la luz en el vacío) si se encuentran una nube de polvo de ese tipo (del tipo que se encontró la sonda Galileo) y que probabilidad hay de pasar por una en un viaje interestelar?» Héctor contesta que, en principio, estas nubes de polvo no son esperables en el medio interestelar. No sabemos qué hay en el medio interestelar, pero esperamos que sea muy vacío, mucho más vacío que el sistema solar. Las nubes de polvo en el sistema solar tienen su origen último en el Sol. Por ello no las esperamos en el medio interestelar. A priori, para una sonda al 20 % de la velocidad de la luz dicha nube de polvo la destruiría. De hecho, las pocas partículas individuales que se crucen con esta sonda puede provocar enormes daños en su electrónica. Pero es complicado calcular la probabilidad de dichos impactos (por lo que poco que sabemos sobre el medio interestelar).

Néstor Martínez (NeMA) pregunta: ¿Cómo se calcula físicamente la energía necesaria para la perforación térmica de una capa de hielo como la de Europa o Ganimedes? Sabiendo la composición del hielo y su temperatura». Héctor dice que la energía es una brutalidad y que se calcula muy fácil usando la capacidad calorífica del hielo. Habría que sublimar el hielo y depende de la cantidad de hielo necesario (siendo un cálculo de servilleta promete mirarlo). Por supuesto, se trata de una estimación del mínimo de energía necesario (la energía real necesaria será mucho mayor). Recuerda que estamos hablando de varios kilómetros de hielo. Sea el que sea, perforar ese hielo en Europa es inviable (aunque quizás no sea imposible).

¡Que disfrutes del podcast!



14 Comentarios

  1. Otro capitulon mas! Un placer escucharles y aprender! Las figuras del articulo «Visualizing some ideas about Godel-type rotating universes» son una maravilla. Personalmente (estoy muy sesgado en esto…) creo que para dominar realmente un argumento tienes que poder plasmarlo en imagenes, graficos, geometria. El algebra esta bien porque es como una luz en la noche pero luego cuando llega el dia, ves las formas detras del algebra, por decirlo de una manera un tanto enfatica (y innecesaria 😉 ). Lo de los «fasores» es un lenguaje ingenieristico total que se me pego porque algunos de los formalismos que estoy estudiando ha sido elaborado por ingenieros y fisicos experimentales: por ejemplo en este articulo ( https://www.mdpi.com/2073-8994/12/8/1373?type=check_update&version=1 ) de Cramer (experimental) y Carver Mead del Caltech (ingeniero) en el parrafo 10 «paths of interaction» se hace una comparacion muy original entre la «flechita» que componen el «caballito de mar» tipico de los integrales de camino de Feynman y los fasores. Sera por eso XD! Muchas gracias y hasta el proximo capitulo! 🙂

  2. Excelente episodio, como casi siempre. Francis, crees que Elon Munsk conseguirá su proposito de poner al hombre en Marte en los plazos (o con cierto retraso razonable) que ha comentado en diversas ocasiones? Parece que esta callando a muchos escépticos con logros como este último. Su metodología en el desarroyo del programa Starship se ha cuestionado mucho por ser frontalmente opuesto a los procederes de la NASA o la ESA, pero realmente esta siendo muy efectivo el ensayo y error a lo bestia. Por cierto, tu vaticinio sobre el próximo candidato si pierde Trump ya lo habia comentado yo a mis amigos no hace mucho. Coincidimos…

    1. Ni idea, Juan Ramon. Según lo que leas Musk promete llegar a Marte en 2026, o en 2028, o en 2030, o antes que los demás (sean quienes sean). Solo el tiempo dirá quién llega antes a Marte, pero casi seguro que se usarán cohetes de SpaceX (al menos a nivel parcial) para lograrlo; así que Musk podrá apuntarse el tanto sí o sí. Yo no creo que un humano llegue a Marte antes de 2040 (pero espero equivocarme).

  3. Muchas gracias. Otro magnífico resumen.

    «es el aparato de medida cuando influye sobre sobre el sistema físico, el que fuerza que el sistema físico se identifique con un estado entrelazado con el propio sistema cuántico de medida, que después se amplifica a un valor clásico que registramos en un instrumento y que ese proceso es el que marca esa proyección del estado que erróneamente se llamó colapso». Villatoro.
    «yo no tengo ningún conflicto con el colapso de la función de onda o la proyección del Estado a la hora de medir… Tú actúás con un operador que mide algo y cómo se proyecta en el estado que mediste». Edelstein.

    Si la función de onda es epistémica, la proyección del estado también. Pero el problema de la medida no es el falso problema de identificar un instrumento matemático con un proceso físico. Es el problema de la interpretación de la medida misma. Observamos que medir (por extrapolación, cualquier interacción fisica), produce un resultado concreto entre todos los posibles y, aunque la amplitud de su probabilidad estuviese determinada, nada determina su ocurrencia. Por eso Heisenberg mencionaba la metafísica de Aristóteles. El formulismo de la mecánica cuántica describe la estructura de la posibilidad. La repetición de los experimentos muestra que lo posible obedece leyes. Pero lo que sucede no. La actualización siempre es particular y aleatoria. Y se convierte en condición de posibilidad para lo que ocurrirá a continuación (la posibildad adyacente, de Kauffman). El inderminismo no es azar, sin más. También implica la ampliación constante del espacio de lo posible. Y su concreción, también constante, en una historia única, que se hace sobre la marcha. Ese es el «problema» de la medida en la interpretación de Copenhague, incluso aceptando una versión epistémica de la función de onda. Aceptar su inderminismo hasta sus últimas consecuencias supone que la naturaleza es la constante actualización de una sola, entre las muchas posibilidades que va abriendo la propia historia contingente de los eventos. Si la naturaleza es cuántica, las interacciones constantes hacen que el estado de cada sistema se modifique y redefina constantemente, reescribiendo las probabilidades para el momento siguiente. Es lo contrario al superdeterminismo. Se trata de un devenir creativo. Disgustando a Giribet, en el partido Bergson vs Einstein, para mí, 1-0.

    «La realidad subyacente clásica que imaginaba Einstein no existe… Aquí todo es física, todo es ecuación de Schrödinger y nada más… La función de onda vive en un espacio de fases, no vive en un espacio físico. Entonces, colapsa en un espacio de fases, no vive en un espacio físico.»

    La función de onda vive tiraíta en la calle. Pero como no es real, al menos no pasa frío.

    P.D. Mermin siempre es una lectura divertida. Lástima que tus referencias a menudo sean de pago.

  4. Hola, gracias Francis, pues aprendo mucho viendo y escuchando
    Coffee Break, pero cuando escuchas y lees a personas que
    saben mucho más que tú y no coincide con lo que ves
    ¿ qué haces?.

    Con dos sobra.

    Un saludo y gracias.

  5. Francis, supón que tienes delante una solución de las ecuaciones de Einstein de un universo en rotación sin ctc’s (la que sea), ahora supón que al lado tienes el universo de Gödel, ¿»rotan» por igual?, ¿podemos llamar a eso rotar en el mismo sentido que lo hace el universo sin ctc’s?

    Me parece un abuso del lenguaje ya que no podemos traducir la solución de un universo en rotación sin ctc’s a la solución del universo de Gödel simplemente asumiendo cierta variación en la rotación, es lo suficientemente más complejo como para no llamar rotación a lo que hace el universo de Gödel en comparación a lo que hace un universo en rotación sin ctc’s.

    (Nótese que mi duda es una trivialidad lingüística, bien puedes decir que aún siendo cierta mi objeción seguiremos llamando «rotación» a lo que hace el universo de Gödel por simplicidad y costumbre)

    1. P, no existen soluciones cosmológicas de las ecuaciones de Einstein para un universo en rotación que no tengan curvas cerradas de tipo tiempo. La predicción de la cosmología relativista es que el universo (en su conjunto) no puede rotar; se puede expandir, pero no puede rotar sin incumplir las hipótesis de censor cósmico. En teoría de cuerdas y en algunas teorías gravitacionales con una acción con potencias de la curvatura, se pueden construir soluciones cosmológicas para un universo en rotación sin curvas cerradas de tipo tiempo. Pero tu pregunta sobre las ecuaciones de Einstein, ¿rotan por igual?, no tiene respuesta, pues la pregunta no tiene sentido.

      1. Si lo pensamos Francis, que la respuesta no sea directamente «rotan por igual» realmente es una repuesta. La vorticidad descrita en el universo de Gödel no se alcanza simplemente suponiendo una mayor rotación. (Esto lo digo en sentido estricto, la solución de Gödel no se construye haciendo rotar más rápido otra solución)

        1. P, no sé a qué llamas «vorticidad» en la métrica de Gödel, pues dicho concepto físico no es aplicable a dicha métrica. Solo se puede aplicar el concepto de vorticidad a la materia que contiene dicho universo. Pero entonces tu comentario carece de sentido.

          1. Alguien me puede explicar que es lo que pasa a aquí prioritariamente solo queria saber por que pretender que algo sea así de alguna forma o no de otra, ¿Algo en juego que no sea tener una visión erronea de la realidad?

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