El viento que agita la arena: un cómic, dispersión y venenos

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Lo que el viento se lleva El viento a su paso, entre otras cosas, puede arrastrar arañas, logrando con esto la dispersión de algunas especies. De esta manera, las arañas pueden viajar hasta otros sitios luego de haber recorrido grandes distancias. Utilizan dos mecanismos empleando su seda; uno para largas distancias y otro para las […]

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Divulgación sobre Gravedad Cuántica de Lazos

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“Loop Quantum Gravity for Everyone” es un libro de divulgación recién editado (enero 2020) sobre Gravedad Cuántica de Lazos (LQG), una de las principales propuestas, junto con la teoría de cuerdas, que pretenden unificar los dos pilares de la física moderna, la relatividad general con la mecánica cuántica.


Los autores de este libro de 104 páginas son físicos reconocidos mundialmente como dos de los principales impulsores de la LQG en las últimas tres décadas, los investigadores Rodolfo Gambini (Universidad de la República, Uruguay) y Jorge Pullin (Louisiana State University, USA).

La gravedad cuántica de lazos (o de bucles) tiene varios antecedentes, pero su nacimiento formal se puede considerar que ocurrió en el año 1986, con el artículo “New Variables for Classical and Quantum Gravity” del físico indio Abhay Ashtekar, quien reformuló las ecuaciones de campo de la relatividad general de Einstein. Al cuantizar la gravedad, el espacio-tiempo a escalas extremadamente pequeñas (denominada escala de Planck), deja de ser el suave y continuo espacio-tiempo de la relatividad general, para presentarse como una red tejida, discontinua pero densa de “átomos de espacio-tiempo”. Esta estructura es compleja en la escala de Planck pero en escalas más grandes parece suave y continua, coincidiendo con la imagen de la relatividad general. En gravedad cuántica es usual la analogía del océano, creada por el gran físico John A. Wheeler, desde lejos, desde un avión por ejemplo, la superficie del océano parece suave y continua (como el espacio-tiempo en la relatividad general), pero de cerca, cuando estamos en la playa, se aprecia la superficie agitada y la espuma con todos sus detalles e irregularidades (esa sería la visión de una teoría cuántica de la gravedad, donde el espacio-tiempo está permanentemente alterando su topología.)

Imagen de un artículo de divulgación de Abhay Ashtekar, “Gravitation Quantique”, en la revista francesa La Recherche, Nº 160, de 1984. Se muestra el aspecto que tendría el espacio-tiempo en tres escalas diferentes. Arriba la escala clásica, donde el espacio-tiempo parece suave y se puede modelar según la relatividad general. Abajo la escala de Planck donde el espacio-tiempo presenta una topología compleja y cambiante que requiere de una teoría cuántica de la gravedad.

Al inicio del libro Loop Quantum Gravity for Everyone, los autores confiesan que aún “no conocemos un solo fenómeno o experimento físico observable que requiera una teoría cuántica de la gravedad para explicarlo.” Por lo que surge naturalmente una pregunta ¿Para qué entonces dedicar tiempo a una tarea intelectualmente tan exigente? A lo que responden con dos motivos:

1º) “El primero es la unidad y la coherencia de la física. Sabemos que todas las otras interacciones fundamentales (electromagnéticas, fuertes y débiles) requieren de la mecánica cuántica para describir correctamente la naturaleza. La razón de esto es que estas interacciones son importantes a nivel microscópico, sabemos que a nivel microscópico las cosas son de naturaleza cuántica. La gravedad es importante solo en el nivel macro, como en los objetos astronómicos, y allí los efectos cuánticos son insignificantes. Como veremos, la relatividad general predice situaciones como los agujeros negros y el Big Bang donde los efectos cuánticos son importantes, pero no tenemos acceso experimental directo a ellos.”

2º) “La segunda razón para hablar sobre la gravedad cuántica es que no sabemos cómo acoplar teorías clásicas y cuánticas de manera consistente. Como veremos, la mecánica cuántica tiene propiedades contraintuitivas. Una de ellas es que las cantidades físicas no tienen valor hasta que se miden. No es que uno ignore sus valores hasta que uno mida, simplemente no existen. ¿Cómo, por lo tanto, se puede combinar esa teoría con una teoría clásica en la que las cantidades físicas deben tener valores todo el tiempo? Uno puede pensar que no tener ningún experimento o fenómeno que explicar haría muy fácil construir una teoría de la gravedad cuántica. Después de todo, uno no está limitado por experimentos que podrían descartar teorías candidatas. Sin embargo, ha resultado ser muy difícil de hacer. La razón de esto es que, como veremos, la teoría general de la relatividad de Einstein describe la gravedad, no en términos de una fuerza como en todas las otras interacciones, sino como una deformación del espacio-tiempo. Esto hace que la gravedad sea muy diferente de las otras tres interacciones. Por lo tanto, no es sorprendente que presente desafíos únicos en el momento de su cuantización.”

El libro tiene nueve capítulos. Comienza presentando las teorías de la relatividad general (cap. 2) y la mecánica cuántica (cap. 3), para luego explicar la teoría cuántica de lazos (cap. 4), dar algunas aplicaciones en agujeros negros (cap. 5) y cosmología (cap. 6) y terminar con otros desarrollos y perspectivas a futuro en los tres últimos capítulos.

Está dirigido al público en general, estudiantes de física y entusiastas de la ciencia. No tiene ecuaciones, como casi todo libro de divulgación, lo que no quita que se trata de una lectura dasafiante, como es de esperar de uno de los temas más complejos a los que se enfrenta la ciencia desde hace varias décadas.

El libro está en inglés y se puede comprar en papel o en formato electrónico en el sitio de la editorial World Scientific, en este enlace: https://doi.org/10.1142/11599.

Para complementar este libro (o para quienes no se llevan con el inglés) pueden acceder al curso en español de Jorge Pullin en la plataforma edX sobre “Introducción a la gravedad cuántica de lazos.”
En este enlace: https://www.edx.org/course/introduccion-a-la-gravedad-cuantica-de-lazos

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Humo australiano en América

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Ocurre del otro lado del mundo, pero no por eso nos es ajeno. Una tragedia natural sacude Australia entre fines del año 2019 y principios del 2020. Devastadores incendios azotan el continente, producto de un verano particularmente caluroso, ventoso y seco.
Las nubes de humo son tan densas que cruzan el océano Pacífico, alcanzando el continente americano a 12.000 kilómetros de distancia, donde se han observado cambios de coloración en los cielos de varios países sudamericanos.

En la siguiente animación computacional se puede apreciar el movimiento de las partículas de carbón para los primeros diez días del mes de enero de 2020. El carbón suspendido en el aire, uno de los productos del fuego de los incendios, es transportado por circulacíón atmosférica en dirección hacia el este. La animación ha sido desarrollada por Andrej Flis de Severe Weather Europe, en base al modelo de predicción NASA GEOS-5 (Goddard Earth Observing System, version 5).

Incendios masivos.
En la siguiente imagen simulada, generada por Anthony Hearsey, se pueden apreciar los focos de incendios que se produjeron entre el 5 de diciembre de 2019 y el 5 de enero de 2020. Debe tenerse en cuenta que no es una imagen satelital y que no representa un día en particular, ni tampoco significa que todos esos focos hayan estado encendidos durante todo este tiempo. Pero sirve para hacerse una idea de la escala que han tenido estos incendios en un continente que es comparable en tamaño a Europa.

Por último comparto un video del satélite meteorológico GOES-12, también conocido como GOES-Este, que muestra la presencia real del humo de los fuegos australianos sobre la región sudamericana, en particular sobre Argentina y Uruguay.
El GOES-12 es parte del sistema de Satélites Geoestacionarios Operacionales Ambientales (GOES – Geostationary Operational Environmental Satellite), perteneciente al Servicio Meteorológico de los Estados Unidos y a la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA). Las imágenes se pueden seguir en tiempo real en su sitio oficial (aquí).

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El invento que le cambió la vida a Newton

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Cuando nos aproximábamos a los últimos días del año, muchos apasionados por la ciencia recordaron el legado de uno de los más grandes científicos de la historia. El gran Isaac Newton nació el 25 de diciembre del año 1642 en Inglaterra, y dos décadas más tarde ya profundizaba sobre el trabajo de importantes personajes como Galileo y se codeaba con reconocidos profesores de la Universidad de Cambridge, como su tocayo Isaac Barrow.

Barrow era un reconocido matemático que había sigo elegido en 1663 primer profesor Lucasiano de matemáticas en esta reconocida institución – prestigioso cargo académico que desde entonces han ocupado científicos tan destacados como el propio Newton o más recientemente el mediático Stephen Hawking. 

Newton, un joven veineañero con muchas inquietudes en torno a la óptica, las matemáticas y la astronomía, y rápidamente comienza a mostrarle a los que lo rodeaban todo su potencial para revolucionar la ciencia. A sus escasos 25 años fabrica el primer telescopio reflector (que usa espejos), el primero de este tipo que se construía satisfactoriamente. Su invento no era una simple ocurrencia, y respondía a sus arduos intentos por entender las propiedades de la luz blanca.

El instrumento usado entonces para observar el cielo usaba lentes, el llamado telescopio refractor que había popularizado Galileo y con el cual había descubierto cosas tan fascinantes como los cráteres de la Luna. El problema era que tales lentes generaban imágenes alteradas, al distorsionar los colores en el objeto observado, lo que se conoce como aberración cromática,

Para entonces, Newton había experimentado con prismas y sospechaba que era el cristal, el mismo usado para las lentes, el responsable de separar los colores que estaban contenidos en la luz blanca y alterar la imagen a través del telescopio. Mientras que muchos pensaban que tales colores eran producidos mágicamente por el prisma, Newton proponía que la luz blanca era de hecho la unión de todos ellos.  Si tenía razón, un telescopio que usara espejos, en vez de lentes, no debería generar la tal aberración cromática. Y para sorpresa de muchos, esto fue justo lo que consiguió al fabricar y probar su telescopio reflector, cuya idea había sido planteada años atrás por otros, incluido el propio Galileo, pero sin llegar a su exitosa fabricación. El primer telescopio newtoniano, construido enteramente por el genio inglés, tenia un espejo de 33 milímetros de diámetro hecho de una aleación de estaño y cobre.

Newton envía su nuevo telescopio a la Real Sociedad de Londres, la sociedad científica más importante de la época, causando gran interés. En 1672 es admitido como miembro de la sociedad, y catapultado a la fama, fortalecida con sus incontables aportes a la física. Newton es el miembro más reconocido de la Real Sociedad, y ejerce como su presidente desde 1702 hasta su muerte en 1727.

Nuestro trabajo durante el 2019

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Ha pasado otro año de mucho trabajo. Este año pudimos llevar adelante varios de los proyectos planteados en nuestro último balance: salir de la web, seguir generando lazos y  hacer crecer la comunidad de lectores y lectoras de la web. Organizamos el evento “El arte de… LA CIENCIA” en la ciudad de Rosario, Argentina, en […]

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