Creo que merece la pena traducir parte de una entrevista a Vsevolod Moskalenko, gran especialista soviético en superconductividad, alumno y colaborador del gran Bogoliubov, realizada con motivo de los 50 años de un artículo que publicó en 1959, resultado de su tesis doctoral. El artículo con la entrevista es V. Barsan, G. Ciobanu, “The two-band theory of superconductivity turns 50,” ArXiv, Submitted on 30 Oct 2009.
“Inicié mis estudios en 1946 en la Facultad de Física de la Universidad de Chisinau, URSS. Eran tiempos duros. El hambre era terrible. Me calificaron de distrófico, por lo que tenía derecho a recibir sopa de cereales diariamente. Estaba muy débil. No podía caminar por mí mismo y un colega mío me ayudaba a ir a la facultad. Los estudios eran gratis, pero mi hermano y yo teníamos que pagar la matrícula, debido a que vivimos “bajo un régimen burgués” y bajo “la ocupación fascista” (en Rumanía). Nuestro padre fue deportado, por lo que nosotros éramos hijos de un “enemigo del pueblo.” Para pagar la matrícula mi hermano y yo teníamos que trabajar como ayudantes de laboratorio en la Universidad. No podíamos asistir a las clases ni preparar los exámenes adecuadamente. Fueron momentos muy difíciles para nosotros.”
“Quería conocer a Bogoliubov, en el Instituo Steklov, que visité todos los años desde 1951 a 1956. Conocí a sus colaboradores, pero no logré verle en persona hasta 1956, en un seminario que impartía. Me preguntó ¿qué quieres hacer? y contesté que trabajar con las técnicas de diagramas de Feynman. Quería aprenderlas. Bogoliubov le dijo a sus colaboradores ¿qué haremos con él? Nadie contestó. Tomó un papel y escribió “Aceptado para un doctorado, firmado Bogoliubov.” Regresé a Chisinau y presenté dicho papel al rector. Su secretaria no me dejó verlo personalmente. Éramos ceros a la izquierda. La firma de Bogoliubov le hizo aceptarme como estudiante de doctorado, pero solo por un año. El resto de mis compañeros “sin problemas políticos” fueron aceptados por tres años.”
“En mi primer año de doctorado sólo pude iniciar la escritura de algunos artículos, que logré acabar en 1957, ya en Steklov. Todos los investigadores de doctorado más jóvenes compartíamos el mismo despacho. Todos los días, cuando Bogoliubov se iba a casa, pasaba por dicho despacho, nos estrechaba la mano uno a uno y nos felicitaba. Yo era el último, pero nunca olvidaré dichas palabras. Para mí era algo completamente diferente a lo que viví en Chisinau. El gran Bogoliubov me trataba como uno más, sin distinción alguna.”
“El año 1957 fue el año de la superconductividad, del artículo de Cooper sobre la teoría BCS. Todos los grandes de la física soviética dedicaron sus seminarios a comentar y estudiar dicho artículo. Tanto Landau en Lomonosov, como Bogoliubov en Steklov, y Ginzburg, Kapitza, Fock, … en los suyos. Decidí cambiar mi línea de investigación y dedicarme a la superconductividad.”
Eran otros tiempos… pero a veces nos quejamos por vicio.
Jean-Pierre ha publicado poco en ArXiv desde entonces, sólo algunos artículos epistemológicos sobre la Historia de la Gran Explosión y el Fin de la Física. Por ello me ha sorprendido hoy con un curioso artículo sobre la paradoja de los gemelos en un universo de geometría y topología arbitraria, J.-P. Luminet, “Time, Topology and the Twin Paradox,” ArXiv, Submitted on 30 Oct 2009, aunque en realidad es una secuela “digerible” de un artículo anterior, Jean-Philippe Uzan, Jean-Pierre Luminet, Roland Lehoucq, Patrick Peter, “Twin paradox and space topology,” Eur. J. Phys. 2002 [gratis en ArXiv].
La “paradoja” de los gemelos tiene fácil “resolución” en un espaciotiempo plano (en el marco de la relatividad especial), gracias a que el gemelo que viaja tiene que acelerarse (cambiar su velocidad) para cambiar de dirección y poder regresar. El análisis en relatividad general es más complicado ya que, por un lado, estas aceleraciones son equivalentes a campos gravitatorios, lo que provoca un retraso adicional de los relojes, una dilatación temporal gravitatoria, y por otro lado, no es necesaria ninguna aceleración para explicarla en un espaciotiempo compacto, en el que el gemelo puede regresar dándole una vuelta a todo el universo sin cambiar su velocidad.
En un universo con una topología múltiplemente conexa, como el toro de la figura de la izquierda, la explicación de la “paradoja” se encuentra en la propia topología. Hay trayectorias ”convencionales” como la número 2, que implican aceleraciones, pero también hay trayectorias como la 3 y la 4 que no las requieren. En estas trayectorias la asimetría entre ambos gemelos que explica la “paradoja” se encuentra en el hecho de que las trayectorias que siguen no son homotópicamente equivalentes. El índice (en inglés winding number) de las trayectorias 2, 3 y 4 es (0,0), (1,0) y (0,1) , con lo que si cada gemelo sigue una trayectoria con diferente índice se produce la dilatación que explica que el que se mantiene en reposo envejezca más rápido que el que se va de viaje. La homotopía y la topología al auxilio del físico relativista que trata de explicar la paradoja de los gemelos en relatividad general. Los cálculos en detalle son complicados pero las ideas son muy sencillas.
PS (3 noviembre 2009): Un nuevo artículo de Jean-Pierre sobre la simetría y la belleza en el arte, en la ciencia y en la astronomía puede ser de interés para muchos de los lectores: J.-P. Luminet, “Science, Art and Geometrical Imagination,” ArXiv, 2 Nov 2009.
La mecánica cuántica ofrece resultados estadísticos para los posibles resultados de una medida. ¿Tienen los sistemas cuánticos valores definidos para ciertos parámetros que nos son ocultos tales que el resultado de la medida es una observación de dichos valores? Es decir, ¿podría existir una descripción estadística subyacente a la mecánica cuántica, digamos una teoría de variables ocultas TVO? No. Todos los experimentos realizados hasta el momento demuestran que no es así. No hay una “realidad” subyacente a la mecánica cuántica. El realismo es la hipótesis que afirma que lo que existe en el mundo físico tiene propiedades que son independientes de la existencia de algún observador que las observe. Filosóficamente la mecánica cuántica no es realista. A muchos no les gusta porque es como si la “realidad” no existiera y se fuera construyendo conforme un observador la va observando.
Hay básicamente dos (tipos de) teoremas que han sido verificados experimentalmente y que demuestran estos hechos. Por un lado, el teorema de Bell, que afirma que dicha TVO no puede ser local (debe permitir viajar más rápido que la velocidad de la luz). Por otro lado, el teorema de Kochen-Specker, que afirma que la mecánica cuántica es contextual, el valor observado depende de cómo sea observado. En una teoría de variables ocultas no contextual, un sistema cuántico tendría una propiedad (un valor para un observable) independiente de cómo dicho valor vaya a ser medido (el contexto de la medida). Las propiedades de un sistema cuántico serían independientes del observador. La evidencia experimental de que la mecánica cuántica es contextual es muy fuerte.
En España tenemos a un experto mundial en este campo (la verificación experimental de los teoremas de Kochen-Specker), el físico español Adán Cabello, catedrático de la Universidad de Sevilla. Recientemente ha publicado un espectacular artículo en PRL (el cuarto en lo que va de año) que merece toda nuestra atención Elias Amselem, Magnus Rådmark, Mohamed Bourennane, Adán Cabello, “State-Independent Quantum Contextuality with Single Photons,” Phys. Rev. Lett. 103: 160405, 2009 [ArXiv preprint]. Pero Adán no sólo se conforma con publicar en PRL, este artículo es una secuela de un artículo previamente publicado en la mismísima Nature también este año, G. Kirchmair, F. Zähringer, R. Gerritsma, M. Kleinmann, O. Gühne, A. Cabello, R. Blatt, C. F. Roos, “State-independent experimental test of quantum contextuality,” Nature 460: 494-497, 23 July 2009 [ArXiv preprint]. He de quitarme la espinita que tengo clavada por no haber tenido tiempo en agosto de comentaros este último artículo. Así que el nuevo PRL es una magnífica oportunidad para ello. Por cierto, este año Adán está “sembrado,” ya lleva 16 artículos en el ArXiv.
El artículo de Nature presenta un experimento realizado en Innsbruck (Austria), demostraba la validez del teorema de Kochen-Specker para el entrelazamiento de pares de átomos. El nuevo artículo en PRL presenta un experimento realizado en Estocolmo (Suecia) que demuestra dicho teorema para un único fotón. No es necesario recurrir al entrelazamiento (como de hecho así ocurre en la demostración matemática) para verificar el teorema de Kochen-Sopecker. Sea cual sea el estado inicial de los fotones, hay 9 observables (medidas) combinadas de 6 formas distintas (contextos de medida) cuyos resultados concuerdan con lo esperado según la no contextualidad de la mecánica cuántica, violando, haciendo la media para los diferentes contextos, unas 655 desviaciones típicas el resultado esperado para una teoría de variables ocultas contextual (en uno de los casos la violación alcanza 1509 desviaciones típicas).
La figura que abre esta entrada muestra los 9 observables y los 6 contextos de medida estudiados. Como sistema cuántico han utilizado un solo fotón que almacena dos cubits de información cuántica. El primer cubit (s en la figura) está codificado por el camino que recorre el fotón tras atravesar un divisor de haz (beam splitter o BS en la figura), el rombo en las figuras, siendo los dos estados posibles (|0> y |1> del cubit) el camino reflejado y el transmitido (r y t en la figura). El segundo cubit es la polarización (p en la figura), siendo los dos estados posibles las polarizaciones horizontal y vertical (H y V en la figura).
Sin entrar en más detalles técnicos, hay que destacar que los resultados experimentales de Adán y sus colaboradores muestran que la violación por parte de la mecánica cuántica del teorema de Kochen-Specker se da incluso para los sistemas cuánticos más simples, sin necesidad de requerir el entrelazamiendo cuántico. Un único fotón permite observalo. Más aún, la violación se ha observado incluso para estados cuánticos con mezcla máxima, usualmente considerados estados “clásicos.” Adán Cabello interpreta sus resultados como que el entrelazamiento no es la característica de la física cuántica que la diferencia de la física clásica. El entrelazamiento cuántico no es el único recurso para el procesamiento de la información cuántica. Un uso adecuado del contexto de la medida permite aprovechar las ventajas de los ordenadores cuánticos. Si gracias a este resultado se desarrollan puertas lógicas cuánticas más sencillas, este artículo habrá sido un gran paso hacia los ordenadores cuánticos en el futuro.
Un artista es libre de contradecirse a sí mismo durante la creación de su propia obra. Si un artista afirma que ha desarrollado una obra siguiendo ciertas reglas no tiene por qué ser cierto que realmente lo ha hecho así. La libertad del arte así lo requiere. Sin embargo, los historiadores del arte, si leen que el artista ha hecho dichas afirmaciones se atreven a calificar de errores las partes de la obra que no cumplen con dichas reglas. Errores, intencionados o no, que no lo son para el admirador de la obra. Paul Lombardi es un musicólogo que compone música y analiza por ordenador la música compuesta por otros. Afirma que Ígor Stravinski cometió errores garrafales en su obra coral “Cánticos de Réquiem” (Requiem canticles) de 1966, una de sus últimas obras y obra cumbre de su periodo dodecafónico o serialista, iniciado tras la muerte de Arnold Schoenberg, el inventor del dodecafonismo. Ha analizado dicha obra con las técnicas matemáticas que se usan para analizar la obra de Schoenberg y ha descubierto que viola ciertos invariantes que caracterizan la música serialista. Por tanto, Stravinski ha cometido errores graves (serial mistakes) en dicha obra. Por cierto, Ígor Stravinski en los 1960, ya anciano y genio reconocido por todos, tenía todo el derecho de decir lo que le viniera en gana y de componer lo propio. Los amantes de la música clásica y de las matemáticas disfrutarán de Paul Lombardi, Michael J. Wester, “Serial mistakes in Stravinsky’s Requiem Canticles,” Mathematics and Computers in Simulation, Article in Press, 2009.
Y Margulis es todo un elemento. Los editores de PNAS no pueden luchar contra las “naves” de Margulis. Nos hicimos eco en “Lo siento, Margulis, el artículo sobre la evolución más polémico del año no aparecerá publicado en PNAS,” de que los editores de PNAS querían paralizar la publicación en papel de un polémico artículo “colado” por Margulis utilizando una puerta trasera y que ya había aparecido online. Desafortunadamente, dicho proceso afectó a un artículo de la propia Margulis que también iba a tener problemas para ser publicado (tampoco pasó por un proceso de revisión por pares o peer review). Sin embargo, Margulis es mucha Margulis y los editores han tenido que echarse para atrás. No pueden luchar contra los elementos… Si Margulis, miembro de la Academia Americana de Ciencias quiere que se publiquen se tienen que publicar por “cojones” (sin necesidad de revisores que los avalen). Así son las reglas y lo serán hasta el próximo verano. Pero este año, las reglas no se pueden cambiar. Así que los editores han dado su brazo a torcer, se han metido el rabo entre las piernas y han aceptado que ambos artículos aparezcan en la versión de PNAS en papel de la próxima semana (ya están online). Tanto el polémico artículo de Donald I. Williamson, “Caterpillars evolved from onychophorans by hybridogenesis,” PNAS published online before print August 28, 2009, como el artículo más “estándar” de Øystein Brorson, Sverre-Henning Brorson, John Scythes, James MacAllister, Andrew Wier, y Lynn Margulis, “Destruction of spirochete Borrelia burgdorferi round-body propagules (RBs) by the antibiotic Tigecycline,” PNAS published online before print October 20, 2009.
Rectificar es de sabios, dirán algunos, pero al comité editorial de la revista PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) no les tiene que haber hecho ninguna gracia que los ninguneen. El editor principal Randy Schekman tras generar una disputa con la “señora” Lynn Margulis, bióloga celular de la Universidad de Massachusetts, Amherst, EEUU, ha tenido que comerse su lengua y reconocer que la palabra de un Académico es la palabra de un Académico y si dice que sus artículos se deben aceptar sin revisores, serán aceptados sin revisores, que quien no corre vuela y el año que viene ya no podrá hacerlo. ¡Cosas de los americanos!
¿Cuántos más papers colará Margulis en PNAS de aquí hasta que ya no se pueda hacer?
Sabiendo que muchos lectores de este blog son amantes de los libros de divulgación de Margulis (“¿Qué es la vida?” junto a su hijo es buenísimo), quisiera hacer constar que no tengo nada en contra de esta señora. Lo único que me molesta es que le moleste que sus artículos pasen por revisores sabiendo que con toda seguridad se los van a aceptar sin problemas. Sobre todo tras apoyar un artículo polémico y enconarse con el editor principal de PNAS. ¿Qué sentido tiene que ponga sus “cojones” por delante? ¿No es el avance de la ciencia el objetivo de las publicaciones científicas?
Es muy difícil encontrar a alguien aficionado a la divulgación científica que no sepa quien es Roger Penrose, siempre asociado a Stephen Hawking y Albert Einstein. A sus 78 años de edad, todos los días recoge a su hijo de 9 años en el colegio, mientras comparte como profesor emérito en la Universidad de Oxford su despacho con otros 6 profesores. Con una trayectoria profesional sin parangón, influyó en Escher, era un estudiante “lento” en matemáticas, y presume de escribir best-sellers. Merece la pena leer la entrevista que le hace Susan Kruglinski en “Roger Penrose Says Physics Is Wrong, From String Theory to Quantum Mechanics,” Discover, published online October 6, 2009. PS (14/10/2009) Tenéis la traducción de este artículo de la mano de Kanijo en “Roger Penrose dice que la física está equivocada, desde las cuerdas a la mecánica cuántica” [visto en Menéame].
Penrose confiesa que influyó al mismísimo M. C. Escher, el artista de las paradojas visuales. En su segundo año de doctorado en Cambridge, asistió al ICM (International Congress of Mathematicians) de Amsterdam. Por casualidad observó un libro con una obra de Escher en la portada “Día y Noche [Day and Night].” Le impresionó tanto que decidió intentar dibujar figuras geométricas imposibles. Descubrió lo que el llamó la “tribarra” un triángulo que parece un objeto tridimensional pero que es imposible de construir. Se lo enseñó a su padre, artista plástico, quien dibujó varios edificios y objetos imposibles basados en dicha geometría que se publicaron en un artículo en el British Journal of Psychology, que fue leído por Escher que lo utilizó en su famosísima obra ”Cascada [Waterfall].” El artículo también mostraba una escalera imposible, diseñada por el padre de Penrose, que Escher aprovechó en su obra “Subiendo y Bajando [Ascending and Descending],” en la que una serie de monos aparecen subiendo y bajando simultáneamente, según se mire. Además, Penrose le mostró a Escher, una vez que le conoció personalmente, unas teselas que formaban un patrón repetitivo que éste utilizó en su última obra “Ghosts [que os enlazo animada].”
Penrose nos confiesa que era un estudiante “lento” en matemáticas cuando era un crío. Vivió en Canadá durante la II Guerra Mundial y con 8 años el profesor obligaba a los alumnos a realizar rápidos cálculos mentales. Penrose era “lento” y el profesor le relegó a un nivel inferior. Mientras los demás niños estaban jugando en el patio, él seguía tratando de resolver los cálculos mentales en solitario. Con el tiempo, acabó siendo tan rápido como el resto de sus compañeros.
Penrose, cual Umbral, nos habla de su nuevo libro. Para él la mecánica cuántica ha introducido el sinsentido de lo antiintuitivo en física, por lo que ideas tan surrealistas como la teoría de cuerdas, se han impuesto entre los físicos teóricos sin contar con ninguna base experimental. Su nuevo libro “Fashion, Faith and Fantasy in the New Physics of the Universe” (“Moda, Fe y Fantasía en la Nueva Física del Universo”), critica fuertemente este tipo de ideas en la física teórica de nuestros días. La “moda” es la teoría de cuerdas, la “fantasía” son los modelos cosmológicos inflacionarios, y la “fe” es el uso de la mecánica cuántica a todos los niveles, desde las cuerdas hasta el universo en su conjunto. Para Penrose criticar la inflación o el uso de la mecánica cuántica a nivel cosmológico es todo un sacrilegio. Por supuesto, a él, con su edad y trayectoria, no le importa ser un redomado sacrílego.
Israel Moiseevich Gelfand, ya con 96 años, podía morir en cualquier momento y falleció el lunes pasado (5 de octubre). Muchos lectores de este blog ignorarán quién es, uno de los matemáticos más importantes del s. XX, padre de las técnicas de scattering inverso, de enorme importancia no sólo en matemáticas y física, sino también en medicina: son fundamentales en tomografía e imagen por resonancia magnética nuclear. Yo estudié su trabajo en el contexto de la transformada espectral inversa y la teoría de solitones. Gelfand fue un todoterreno y trabajó en casi todas las ramas de la matemática.
Hijo científico de Andrei Kolmogorov y padre del también matemático Sergei I. Gelfand, abandonó la Unión Soviética en 1989, pasó un año en Harvard y el MIT, obteniendo un puesto de profesor en la Universidad de Rutgers, EEUU.
Para Gelfand “la matemática es una manera de vivir la vida todos los días. Hasta los borrachos saben de matemáticas. Ninguno dudará la respuesta correcta a ¿qué es mejor 2 botellas de vodka para 3 personas o 3 botellas para 5? o sea, ¿qué es mayor 2/3 o 3/5?”
Para los matemáticos y físicos, recomiendo la entrada del genial Terence Tao, “Israel Gelfand,” What’s New, 7 October, 2009. Se centra en la ecuación de Gelfand-Levitan-Marchenko.
El artículo de Francisco M. Fernández “On some approximate methods for nonlinear models,” Applied Mathematics and Computation 215: 168-174, September 2009, está en el Top 25 de artículos más descargados de ScienceDirect entre Abril y Junio de 2009. Muchos están leyendo su trabajo, lo que es una señal de la buena labor que está llevando a cabo contra los He-sianos y los homotópicos, grandes especialistas en rellenar páginas y páginas de artículos científicos en revistas de Matemática Aplicada y Física Matemática que no contienen más que desarrollos en serie de Taylor mal calculados para la solución de ecuaciones diferenciales (la mayoría de las cuales tiene solución exacta conocida). Para Marcelo es una labor dura, pero alguien tiene que hacerla.
Los interesados en seguir la cruzada de Marcelo disfrutarán con sus dos últimos artículos en ArXiv. Si eres matemático aplicado o estudiante de matemáticas aplicadas, tienes que leerte estos artículos. O llorarás de pena, o te partirás de risa.
Francisco M. Fernandez, “Perturbation approaches and Taylor series,” ArXiv, Submitted on 1 Oct 2009. Una revisión detallada de las últimas grandes aportaciones a la ciencia utilizando las técnicas HPM, HAM y ADM, grandes avances como el cálculo del desarrollo de Taylor de , en el que los autores demuestran su maestría a la hora de aplicar la técnica HPM teniendo en cuenta que .
Como no, el artículo de Marcelo ha sido rechazado porque no es suficientemente novedoso: “I have determined that it lacks the qualities of significant timeliness and novelty that we are seeking in this journal.” Es novedoso publicar basura. No es novedoso aclarar que la basura es basura. Ya se sabe, cada maestro con su librillo, cada editor con su revistilla.
Francisco M. Fernández, “On a simple approach to nonlinear oscillators,” ArXiv, Submitted on 4 Oct 2009, en el que nos muestra claramente el gran número de errores y sinsentidos en una de las últimas grandes obras de Ji-Huan He (junto al gran Zhong-Fu Ren) “A simple approach to nonlinear oscillators,” Physics Letters A (PLA) 373: 3749-3752, 5 October 2009. Un importantísimo artículo científico que estudia 3 modelos triviales, que cualquier profesor de primer curso le podría exigir a sus alumnos que supieran resolver. Su novedosa técnica para resolver la ecuación se basa en meter la pata hasta el fondo y asumir un ansatz incorrecto para la solución. Un error increíble que les lleva a un retrueque técnico para deshacer el error y obtener una aproximación correcta a la solución. Eso sí, aproximación a una ecuación que no la necesita pues la solución exacta es conocida desde hace siglos (excepto por los He-sianos, faltaría más).
¿Ha logrado publicar Marcelo su crítica en PLA? No, ni mucho menos. El editor le ha pedido que contacte con He para solicitarle permiso para publicar la crítica: “We urge you to contact the authors of this article before you submit a comment for publication. I am going to reject the manuscript for now, but if after speaking directly with the authors you’ve come to an agreement that this manuscript should be published then you can resubmit.”
Sin palabras, las largas manos del poder He-siano en acción.
Muchos reclaman que los Premios Nobel se han de reciclar. Ahora mismo lo que llamamos Física es muy diferente a lo que era a principios del s. XX. No hay un Premio Nobel de Ingeniería, pero a veces son ingenieros los que lo reciben. Es el caso de este año en el que se han premiado a dos tecnologías ópticas revolucionarios que todos usamos cotidianamente, incluso sin saberlo. La fibra óptica y los sensores CCD. Los ganadores no estaban en ninguna quiniela (pues todas las quinielas presentaban físicos y no ingenieros). Yo conozco en detalles el trabajo de Charles Kuen Kao, he impartido hasta cursos de doctorado sobre el mismo. La otra mitad del premio, Willard Boyle y George Smith inventaron los sensores CCD mientras trabajaban en los ya desaparecidos Bell Labs, New Jersey, en 1969. Buena presentación “comercial” del premio en El Mundo, “El Nobel de Física premia a tres pioneros de la sociedad de la información,” Agencias, 06 octubre 2009 [visto vía menéame]. Por cierto, el descubrimiento de estos investigadores es tan poco técnico que cualquiera puede entender perfectamente sin mayores conocimientos la Información Científica publicada por la Academia Sueca. A veces hay que premiar lo que todo el mundo sabe. Kao debe estar dando saltos de alegría… estoy seguro de que nunca lo hubiera esperado.
El fundamento físico de la propagación de señales es fibra óptica es la reflexión total interna. Un lápiz sumergido parcialmente en un vaso de agua parece doblado. Visto al revés, desde el agua hacia el aire, el lápiz se dobla más en el aire que dentro del agua, de tal forma que hay un ángulo crítico respecto de la vertical para la cual un haz de luz en el agua no se transmite al aire (tendría que doblarse con un ángulo mayor de 90º). Este es el fenómeno de la reflexión total interna, que ilustra la figura de la izquierda. Toda la luz se refleja, aunque hay ciertas pérdidas. Este fenómeno permite que una señal de un láser se propague a lo largo de una fibra óptica si ésta está formada por un núcleo (core) con un índice de refracción mayor que el material que lo recubre (recubrimiento o cladding).
Las comunicaciones utilizando fibra óptica empezaron a ser una realidad en la década de 1960 con la invención del láser (Premio Nobel de 1964 a C.H. Townes, N.G. Basov y A.M. Prokhorov) y, uno años más tarde, de los láseres semiconductores a temperatura ambiente, desarrollados gracias a los avances en heteroestructuras, semiconductores formados por capas alternas (Premio Nobel del 2000 a Z.I. Alferov y H. Kroemer). El problema de las primeras fibras ópticas eran las pérdidas (la atenuación de la señal), de hasta 1000 dB/km (menos del 1% de la señal óptica lograba transmitirse en 20 metros de fibra). La figura de la izquierda, arriba, lo ilustra muy bien. Para propagar una señal durante kilómetros de fibra se necesitan pérdidas extremadamente bajas.
Charles K. Kao era una joven ingeniero que trabajaba bajo las órdenes de A.L. Karbowiak que tras su defensa de tesis doctoral se dedicó a estudiar la razón física de las pérdidas en fibra óptica. Demostró que el problema eran las impurezas y que para lograr utilizar la fibra óptica de forma práctica era necesario fabricar fibras ópticas ultrapuras con unas pérdidas de unos 20 dB/km y utilizar un diseño del perfil del índice de refracción de la fibra que permite la llamada comunicación monomodo. Publicó su trabajo junto a George A. Hockham en ”Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies,” Proceedings of the IEE-London 113: 1151-1158, 1966 (reimpresión IEEE en 1986 con DOI) [para ser un artículo que merece un Premio Nobel ha sido muy poco citado, menos de 200 veces; lo que se explica por ser un trabajo de ingeniería y no de física como tal].
Kao afirmó que era necesario fabricar fibra de silicio sin impurezas. ¿Cómo fabricar fibra óptica de la máxima pureza?Investigadores de la empresa Corning Glass Works, en EE.UU., lograron fabricar cuatro años más tarde fibras de alta calidad por estirado capaces de alcanzar los 20 dB/km. Rápidamente en los 1970 se produjeron grandes avances en las técnicas de control de la fabricación de fibra óptica por estirado que llevaron a que a finales de dicha década ya se alcanzace el límite teórico para silicio de 0,2 dB/km para señales con una longitud de onda de 1550 nanómetros. Ello llevó a la explosión del uso de la fibra óptica comercial en comunicaciones durante la década de los 1980.
En cuanto a la otra mitad del premio, los dispositivos CCD basados en tecnología MOS, Willard Sterling Boyle y George Elwood Smith enviaron el 16 de febrero de 1970 la solicitud de patente US Patent 3858232 “Information Storage Devices,” y dos artículos uno teórico y otro experimental en el mismo número de la revista Bell Systems Technical Journal [W.S. Boyle and G.E. Smith, 49 (1970) 587; G.F. Amelio, M.F. Tompsett and G.E. Smith, 49 (1970) 593; no he encontrado estos artículos en la web]. Este invento se popularizó rápidamente gracias al artículo de W.S. Boyle y G.E. Smith, “Charge-coupled Devices — A New Approach To MIS Device Structures,” IEEE Spectrum pp. 18-27, July 1971.
Recomiendo la lectura de la historia de este invento relatada por el propio Smith en George E. Smith, “The invention of the CCD,” Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment 471: 1-5, 21 September 2001. La foto de la izquierda presenta el primer CCD fabricado en los Bell Labs donde los sensores están colocados en línea en lugar de en forma de matriz, como es habitual hoy en día en cámaras fotográficas, telescopios, etc. Para los interesados, una buena explicación de cómo funcionan físicamente los dispositivos CCD la podéis encontrar en muchos lugares, por ejemplo, en Courtney Peterson, “How It Works: The Charged-Coupled Device, or CCD,” Journal of Young Investigators, Volume 3, March 2001.
Este año la Academia Sueca ha ido por lo seguro. Ninguna posibilidad de error. Grandes éxitos comerciales de la ingeniería óptica. Enhorabuena a los ganadores.
Ya lo dijimos en “Cierran la puerta trasera para publicar en la prestigiosa revista PNAS“. Este es el último año en el que se puede utilizar la puerta trasera para colar los artículos de los amiguetes en PNAS. Y como el que no corre, vuela, Lynn Margulis tenía que aprovechar la ocasión. Quería colar un controvertido artículo de Donald Williamson, un zóologo británico de 87 años, ya jubilado, en Proceedings of the National Academy of Science. El artículo apareció aceptado en la versión online de la revista: Donald I. Williamson, “Caterpillars evolved from onychophorans by hybridogenesis,” PNAS, Published online before print August 28, 2009. El artículo no aparecerá en la versión impresa de la revista. Está siendo sometido a un proceso de revisón por conducta deshonesta durante el proceso de envío. ¿Qué dice el artículo? Que las mariposas son el resultado del cruzamiento de dos especies distintas una con la forma de sus larvas (orugas) y otra con su forma adulta. La metaformosis de las mariposas es el resultado del cruzamiento de estas dos especies tan diversas y no por la evolución a partir de una única especie antecesora, como proclama el neodarwinismo. La comunidad científica mundial está alarmada. Muchos biólogos están protestanto. Máxime en el año de Darwin. Algunos califican al artículo como la bazofia del año. El peor artículo de PNAS este año. Los editores, con la cara sonrojada de vergüenza, han decidido lo mejor para la revista. Retirar el artículo de la versión impresa (por ahora no lo han hecho de la versión online). ¿Se atreverán a retractarlo?
”I reject the Darwinian assumption that larvae and their adults evolved from a single common ancestor. Rather I posit that, in animals that metamorphose, the basic types of larvae originated as adults of different lineages, i.e., larvae were transferred when, through hybridization, their genomes were acquired by distantly related animals.” Inicio del abstract del artículo. Williamson, no se corta un pelo. ¿Estará “chocheando”?
Ante todo, no quiero engañar a nadie, no tengo ni idea. Descubrimientos realizados en los últimos 30 años que no han recibido el Premio Nobel de Física pero que lo merecen hay muchísimos. Muchísimos más investigadores de los que cualquiera se pueda imaginar. Aún así, muchos blogueros, medios de masas e instituciones científicas se atreven a realizar sus quinielas. A veces hasta aciertan, faltaría más. La mayoría de las veces, fallan clamorosamente, aunque luego nadie se acuerda. Permitidme la chorrada… así me permito repasar estas predicciones.
Lo primero, ¿cuándo se anunciará el premio? La Academia Sueca en “Nobel Prize Announcements” ha anunciado que el Nobel de Física se conocerá (como muy pronto) el próximo martes 6 de octubre a las 11:45 AM hora local sueca. Por supuesto, si las deliberaciones se demoran, el anuncio se puede retrasar todo lo que sea necesario. Por cierto, en sueco Nobel se lee como palabra aguda, así que hay pronunciarlo como “Nobél.”
¿Cuál es el problema más importante de Cirac ahora mismo en relación a los Nobel? No, no es que sea español. Es que Thomson/Reuters también ha seleccionado a dos trayectorias vitales “enormes” en física cuántica: YAKIR AHARONOV y SIR MICHAEL V. BERRY. Ganadores conjuntos del Premio Wolf en 1998, para algunos la antesala del Nobel, por su aplicación de herramientas topológicas y geométricas para el análisis de sistemas cuánticos, con efectos tan importantes como el Aharonov-Bohm y la fase de Berry. Estos resultados han tenido un gran número de aplicaciones en toda la física, desde la óptica a la cosmología pasando casi por todas las ramas de la física.
En los últimos 10 años, Aharonov y Berry, quizás por su edad, están, bibliométricamente, mucho peor que Cirac y Zoller, pero no hay comparación cuando consideramos los últimos 40 años. Un premio Aharonov y Berry quizás sería mucho más aplaudido que uno de Zoller y Cirac. Mucha gente ve a Cirac como un “hijo” de Zoller que ya ha superado a su “padre,” sin embargo Aharonov y Berry son complementarios y están en pie de igualdad. También hay que tener en cuenta que Aharonov, con 77 años, tiene una edad crítica. O le dan pronto el premio o ya no se lo podrán dar nunca. Berry tiene ya 68 años, Zoller 57 y Cirac sólo 44.
Thomson/Reuters también destaca a SIR JOHN B. PENDRY, SHELDON SCHULTZ y DAVID R. SMITH, todos en el 1% del top de Física y especialistas en metamateriales con índice de refracción negativo y capas de invisibilidad, ahora muy de moda. De los tres el que tiene más artículos altamente citados en la última década es Smith, con 15. Lo digo para que os hagáis una idea de la comparación con el físico español. Aunque tampoco debéis olvidar que la trayectoria de toda una vida más destacable es la de el gran Pendry.
Seguramente queréis que me moje. Entre Aharonov y Pendry, ¿cuál de los dos está mejor posicionado? Son dos campos muy dispares, pero creo que, por más que me pese, Pendry está mejor colocado en la línea de salida.
Veamos otra fuente de predicciones. Shirley S. Wang, “The Nobel Prize Will Go To… Who might the future winners be? Here are some candidates,” The Wall Street Journal, September 14, 2009. Afirman haber preguntado a expertos y llegan a la conclusión de que el trío del bosón de Higgs, ROBERT BROUT, FRANÇOIS ENGLERT, y PETER W. HIGGS, es firme candidato. Los tres desarrollaron el mecanismo de ruptura de simetría para teorías gauge, el utilizado por el Nobel Steven Weinberg en la Teoría Electrodébil. Desafortunadamente, en mi opinión, este premio tendrá que esperar a que se descubra experimentalmente el bosón más buscado. Además, está muy reciente el Nobel de Nambu del año pasado, de quien partieron las ideas de Goldstone, Brout-Englert y Higgs.
Una apuesta del Wall Street Journal más realista es SUMIO IIJIMA, el codescubridor (se descubrieron antes) más famoso de los nanotubos de carbono. No creo que Ijima reciba el Nobel en solitario. Ahora está muy de moda el grafeno así que yo personalmente acompañaría a Ijima de ANDRE GEIM y KOSTYA NOVOSELOV (tampoco son los descubridores originales del grafeno, pero sí son los más famosos codescubridores).
Wang finalmente selecciona al genial DANIEL KLEPPNER uno de los padres de los modernos relojes atómicos que se utilizan en la tecnología del GPS, hoy en día tan popular entre los automovilistas. Para ello desarrolló el máser de hidrógeno y el láser de átomos basado en condensados de Bose-Einstein. Muchos temas de moda, todos ellos merecedores de un Nobel. ¿Sólo o acompañado? No sabría quien puede acompañarle. De todas formas, para mí, el mayor problema de Kleppner es que el Nobel de Eric Cornell, Carl Weiman y Wolfgang Ketterle todavía resuena cercano (2001) y quizás la academia sueca piense en diversificar más los temas.
Falta la opinión de un bloguero. He seleccionado la siempre sesgada hacia la teoría opinión de Lubos Motl, “2009 physics Nobel prize: speculations,” The Reference Frame, September 28, 2009. Lubos como físico teórico nos muestra sus preferencias entre los físicos teóricos. ALAN GUTH y ANDREI LINDE (y quizás PAUL STEINHARDT) por el descubrimiento de la inflación cósmica, cada día más de moda desde el descubrimiento de que la expansión del universo está actualmente en expansión acelerada. No lo sé, yo no lo veo claro.
VERA RUBIN (y quizás KENT FORD) por su descubrimiento de la materia oscura en galaxias y cúmulos de galaxias, este premio tiene el valor añadido de que premiar a una mujer en física sería muy bien visto por muchos medios. A mí me parece bastante razonable que si no este año, en los próximos la materia oscura reciba un Nobel, aunque quizás la Academia espere a su descubrimiento directo en el LHC del CERN.
SHUJI NAKAMURA, un buen candidato sobre todo desde que los Blu-Ray utilizan los láseres azules, una de sus grandes invenciones. No hay que olvidar que también es padre de los diodos láser verdes, blancos y de otros colores. Fue Príncipe de Asturias el año pasado.
Otras apuestas de Lubos yo no las veo tan claras. MARTIN REES, yo no lo veo claro, máxime con el Nobel de 2006 a Mather y Smoot, o sea a COBE; ROGER PENROSE y DAN SCHECHTMAN por los cuasicristales, quizás la única manera de darle un Nobel a Penrose, tampoco lo veo claro; y así con muchos otros. Os dejo leer su página si estáis interesados en sus apuestas.
Y creo que ya es hora para acabar. ¿Algún candidato más que nos hayamos dejado en el tintero? Lo dejo a tu elección y/o preferencias.
“Los Guardianes de la Paz de Irlanda” (An Garda Síochána, en gaélico) es la Policia Nacional irlandesa. Su cuartel general se encuentra en Dublín. Entre otras labores, se encargan de poner multas de tráfico. Dicho cuerpo de policía ha recibido el Premio Ig Nobel de Literatura por ponerle más de 50 multas de tráfico a un emigrante polaco, Prawo Jazdy, cuyo nombre significa “permiso de conducir.” Se ve que llamarse así no implica respetar las normas de tráfico. También se ve que los policía irlandesa no conoce el idioma polaco. Si lo conocieran se partirían de risa cada vez que le pusieran una multa a este flagrante infractor, quizás uno de los mayores infractores de dicho país. A la ceremonia de entrega de los premios concurrió Karolina Lewestam, ciudadana polaca que posee permiso de conducir polaco (esperemos que conduzca mejor que la rubia del vídeo de youtube que he seleccionado para abrir esta entrada). Karolina expresó sus buenos deseos al servicio de la policía irlandensa por su gran labor, aunque haya implicado sancionar a uno de sus compatriotas. Quizás si fuera un familiar suyo su opinión sería otra. Si no has visto el vídeo, te lo recomiendo, aunque no entiendas el idioma, me parece divertido.
¿Por qué un banco central de un país no puede imprimir todos los billetes que quiera? Porque el papel no es lo que vale, sino lo que representa; representa dinero o riquezas que el gobierno tiene en las arcas; si imprimen papeles sin valor, eso es lo que se obtiene, papel sin valor. Sin embargo, hay banqueros centrales a los que les encanta el papel y no les importa la inflación. Destaca entre ellos Gono Gideon, gobernador del Banco Central de Zimbabue (Reserve Bank of Zimbabwe) desde diciembre de 2003 a noviembre de 2008, quien ha recibido el Premio Ig Nobel de Matemáticas por imprimir billetes desde un céntimo (0.01 $) hasta cien mil millones (100.000.000.000 $). Una buena manera de educar a su población en el uso del sistema de numeración decimal. De hecho, ya se ha impreso un billete de 100 billones de dólares, como veis en la foto de abajo. ¿Qué artículo o documento técnico ha sido premiado con este premio Ig Nobel? El libro de Gideon Gono, “Zimbabwe’s Casino Economy — Extraordinary Measures for Extraordinary Challenges,” ZPH Publishers, Harare, 2008.
Dos ministros del gobierno iraní han sido coautores de artículos científicos que plagian artículos publicados por otros, según una investigación realizada por la revista Nature. Tres revistas internacionales han confirmado que retractarán varios artículos escritos por el Ministro Iraní de Educación y Ciencia, Kamran Daneshjou, profesor de ingeniería mecánica en al Universidad Iraní de Ciencia y Tecnología, en Teherán. Nombrado a principios de septiembre, tiene un artículo en la revista de Springer Engineering with Computers que plagia a un artículo de científicos surcoreanos en la revista británica de IOP Journal of Physics D: Applied Physics. Springer ha dicho que retractará dicho artículo. Otros artículos en las revistas Journal of Mechanical Science and Technology y Taiwanese Journal of Mechanics también presentan trozos de texto literalmente plagiados de artículos publicados por otros investigadores (se estima que un 50% del contenido). Estos artículos también serán retractados por los editores de las correspondientes revistas. Finalmente, se han detectado también artículos en la revista Iranian journal Mechanical & Aerospace Engineering Journal que contienen plagio, aunque en este caso no se sabe si serán retractados o no por el editor principal. Nos lo cuenta Declan Butler, “Iranian ministers in plagiarism row. Nature investigation reveals duplications in papers by government’s science and transport chiefs,” Nature 461: 578-579, 1 October 2009.
Hamid Behbahani, ministro de transporte y carreteras, ha sido coautor de un artículo junto a Hassan Ziari, presidente de la compañía nacional iraní de ferrocarriles, que se ha publicado en la revista Transport, que también contiene trozos plagiados de artículos de otros investigadores.
Nature ha tratado de contactar con estos ministros para conocer su opinión al respecto pero no lo ha logrado. Dos sitios web de noticias iraníes han publicado una respuesta atribuida a Majid Shahravi, coautor de Daneshjou (aquí y aquí). Se afirma que la acusación de plagio es falsa y se defiende la originalidad del artículo publicado en Engineering with Computers, aludiendo a que ha pasado la revisión por pares de la revista y a que se cita en la bibliografía al artículo plagiado. Lo mejor para comprobar si hay o no plagio es leer los artículos. El título es parecido, pero no igual. El resumen (abstract) es parecido pero no igual. Sin embargo, la introducción no deja lugar a dudas…
Leyendo el contenido de ambos artículos hay muchas diferencias. Los iraníes proponen comparar dos métodos numéricos, los coreanos presentan los resultados sólo de un método numérico. Los iraníes plagian la parte del método numérico de los coreanos, con el que comparan los resultados de su nuevo método numérico. ¿Plagian las figuras de la parte de su artículo con el método de los coreanos? Parece que sí, son prácticamente iguales. Se diría que las han plagiado porque son las mismas, en formato JPG y con una simetría de izquierda a derecha. Aquí tenéis un ejemplo de su labor (en los artículos originales se ve mucho mejor el plagio que en este botón de muestra). El artículo iraní también incluye nuevas figuras que ellos han obtenido, aunque sus resultados son pésimos comparadas con las “fusiladas” a los coreanos (cuyo artículo también incluye figuras y fotografías no plagiadas).
La raya que separa el plagio de las barreras idiomáticas no está clara. Quizás los iraníes leyeron el artículo coreano y pensaron que está tan bien escrito que no sabemos escribirlo mejor, así que lo plagiamos y punto. Quizás han vuelto a repetir todas las simulaciones de las figuras supuestamente plagiadas y las han formateado de forma muy parecida al artículo coreano para destacar las similitudes. Sin embargo, aunque lo hayan hecho de buena fe, sus artículos van a ser retractados porque plagio, haberlo haylo.
¿Serán destituidos de sus cargos como ministros? ¿Serán elevados a mártires de la “causa” iraní contra occidente?
Permitidme un recorte del artículo de Antoine Danchin, “Sílice, basófilos, y comités de lectura,” Mundo Cientifíco 193: 59-61, septiembre 1998.
Un experimento se puede repetir miles de veces equivocándose siempre acerca de su significado. El mejor ejemplo, el llamado “efecto fluoruro.”
“Desde hace tiempo, los investigadores que estudian el transporte de metabolitos a través de las membranas celulares utilizan el ión fluoruro para caracterizar el comportamiento bioquímico de los transportadores. Se añade un poco de fluoruro de sodio al medio y se observa en ocasiones la activación y en ocasiones la inhibición del trasporte, lo cual permite clasificar los transportadores por su “sensibilidad al fluoruro.” El experimento es rutinario en los laboratorios del mundo entero. Todo iba bien hasta que uno de los laboratorios, que había reproducido decenas de veces el experimento, no obtuvo los resultados anteriores. Imagínense el estado anímico de los investigadores. Se hicieron innumerables pruebas hasta que se descubrió que lo que había cambiado eran… los recipientes utilizados en los experimentos. El plástico había sustituido al vidrio. Bastaba volver al vidrio para reestablecer los resultados anteriores. ¿Qué había ocurrido? El ión fluoruro, en solución en el agua, ataca el vidrio y arranca el alumino (ligado a la sílice), lo que conduce a la formación de un ión AlF4. Este ión, como se demostró más tarde, es isomorfo al ión fosfato, por lo que el “efecto fluoruro” es en realidad un banal “efecto fosfato.” Por tanto todos los experimentos realizados basándose en este famoso efecto fluoruro eran experimentos no controlados: los resultados variaban con los recipientes y el número de recipientes utilizados. Muchos investigadores y enseñantes siguen ignorando la existencia de este artefacto.“
“Por razones comerciales, las revistas científicas más conocidas (como Nature y Science) buscan a veces lo inesperado, por no decir lo heterodoxo, sin preocuparse demasiado por la verosimilitud de los resultados. (…) El escándalo es una fuente de publicidad. (…) Máxima publicidad a unos trabajos sin interés científico pero presentados de tal manera que podían engañar a los no biólogos (periodistas, médicos, científicos de otras disciplinas).” ¿Por qué? Interés comercial.
“La literatura científica, en general, es mediocre. Complejos juegos de poder agitan la comunidad científica internacional y sus relaciones con la sociedad civil. Una mediocridad y unos juegos de poder que a su vez facilitan la acción intempestiva de actores ajenos al espíritu científico que explotan las debilidades del sistema y recurren a la intimidación (la verdadera ciencia es hija de la duda) capaz de ahogar la verdadera originalidad, invocando la idea a veces correcta de que una cierta ortodoxia corta de miras cuida del grano.“
El lado oscuro de John Maddox… el respeto a los fallecidos no puede ser eterno. Tras cierto luto también hay recordar su lado oscuro. Intencionadamente lo omití en “John Maddox, Nature, y la mula Francis,” 15 Abril 2009.
“¿Mecánica cuántica fractal?” nos lleva a “La bella teoría” donde el autor afirma: “Curiosamente, si buscamos en Google “mecánica cuántica fractal” o bien en inglés “Fractal quantum mechanics”, prácticamente no encontramos nada. En español he encontrado este estupendo enlace a Ciencia Kanija. En mi entrada sobre “Diez dimensiones, supercuerdas y fractales“, podéis leer algo más sobre todo esto. Un saludo amigos.“
Curioso, ya que si se busca “fractal quantum mechanics” en Google Scholar se encuentran decenas de miles de entradas muchas de las cuales satisfarían al autor de “La bella teoría.” Permitidme una entrada al respecto.
¿Por qué la mecánica cuántica es como es? Muchos han pensado que existe un espacio subyacente, precuántico, con una estructura estadística similar a un proceso estocástico de Wiener que observado de forma efectiva nos muestra las propiedades de la física cuántica. Este espacio precuántico podría ser un espaciotiempo con propiedades fractales. Entre las muchas propuestas publicadas en los últimos 30 años y de las que he tenido constancia, la que a mí más me gusta es la de G. N. Ord, “Fractal space-time: a geometric analogue of relativistic quantum mechanics,” Journal of Physics A: Mathematical and General 16: 1869-1884 (1983) [artículo citado 125 veces en el ISI WOS]. La figura de arriba está extraída de dicho artículo y muestra la trayectoria precuántica de una partícula entre dos puntos del espaciotiempo, sean A y B.
Ord aplica el principio de relatividad de Einstein y el principio de correspondencia de Bohr a un espaciotiempo fractal. En el espacio fractal, las trayectorias espaciales de todas las partículas están descritas por un espacio de Hausdorff con dimensión D=2. Estas prepartículas son llamadas “fractalones” por Ord. Aunque su derivación matemática no es completamente rigurosa, el resultado es sorprendente, aparece “mágicamente” el principio de incertidumbre de Heisenberg. Ord va más allá y considera que el tiempo en lugar de ser unidimensional y continuo (sus dimensiones topológica y de Hausdorff coinciden) es bidimensional y fractal, o sea, con dimensión de Hausdorff D=2. Espacio y tiempo, ambos fractales y en pie de igualdad. El resultado es una teoría covariante (invariante ante transformaciones de Lorentz) en la que la existencia del tiempo fractal permite derivar en la escala macroscópica una ecuación de Klein-Gordon (el equivalente relativista a la ecuación de Schrödinger no relativista para una partícula escalar).
La idea de sacrificar el tiempo unidimensional y sustituirlo por un tiempo bidimensional y fractal parece muy exótica. Quizás por ello la teoría de Ord tuvo poco éxito entre la corriente estándar en física teórica.
Nottale denomina a su teoría como “relavitidad de escala” (scale relativity) y gracias a ella logra derivar la ecuación de Schrödinger para la mecánica cuántica no relativista y todos los postulados de la mecánica cuántica, por ejemplo, en “Derivation of the postulates of quantum mechanics from the first principles of scale relativity,” J. Phys. A: Math. Theor. 40: 14471-14498 (2007) [ArXiv]. Nottale como muchos “tocados por la mano divina” aplica su teoría a todo lo habido y por haber, desde la cosmología a los seres vivos, pasando por la teoría cuántica de campos. La mayoría de estos superresultados no son derivaciones formales ni rigurosas, sino más bien numerológicas. Sus predicciones son muy pocas, la mayoría son retrodicciones (deducir lo ya conocido pero desde un enfoque nuevo). Quizás por eso, la mainstream de la física teórica obvia gran número de sus resultados científicos. Aún así, ha logrado ser director del CNRS (el equivalente al CSIC francés)
La física precuántica a la escala de Planck no falsable tiene un gran problema: no es ciencia, sino pseudociencia. Aún así, tanto Nottale como Ord publican sus artículos en las mejores revistas de investigación, y tienen un gran número de seguidores, sobre todo porque El Naschie (ex-editor) de Chaos, Solitons & Fractals ha favorecido que publiquen fácilmente muchos artículos en su revista (una de las de mayor índice de impacto en Matemática Aplicada).
La búsqueda de inteligencia extraterrestre (Search for ExtraTerrestrial Intelligence o SETI) celebra el 50 aniversario de su publicación original en Nature el 19 de septiembre de 1959. La búsqueda no ha dado frutos por ahora, lo que no significa que no existan civilizaciones alienígenas en nuestra galaxia. Sólo significa que puede que no usen la radio para comunicarse. La Tierra lleva emitiendo al espacio ondas de radio y televisión solo desde hace 70 años. Muy poco tiempo para que un proyecto SETI extraterrestre llegue a detectarnos. Conforme se van descubriendo planetas extrasolares similares a la Tierra, el proyecto SETI va encontrando objetivos prioritarios que observar con detalle. Nadie sabe lo que deparará el futuro. Nos lo cuentan en el editorial “SETI at 50,” Nature 461: 316, 17 September 2009, y en el artículo de opinión de Fred Kaplan, “An alien concept. Fifty years ago this week, a Nature paper legitimized the idea that there could be civilizations elsewhere, able to communicate and wanting to contact us,” Nature 461: 345-346, 17 September 2009.
SETI nació con el artículo técnico de Giuseppe Cocconi y Philip Morrison, “Searching for Interstellar Communication,” Nature 184: 844-846, 19 September 1959. Los autores revivieron y legitimaron las ideas de Percival Lowell en el s. XIX sobre la posibilidad de vida en Marte, pero un contexto más general: ¿estamos solos en el Universo?
“If signals are present, the means of detecting them is now at hand.”
La idea del proyecto SETI nació en 1958, el Año Geofísico Internacional, cuando la Academia Americana de Ciencias (National Academy of Sciences o NAS) convocó un comité de ciencia espacial (Space Science Board) para estudiar las oportunidades científicas que brindaba el nacimiento de la era espacial, los cohetes y los satélites. Morrison, entonces profesor de astronomía de la Universidad de Cornell, era uno de los miembros. Las reuniones fueron en diciembre de 1958. Al retornar a la universidad, Morrison discutió el tema con su buen amigo y colega Cocconi. Ambos eran escépticos con respecto a los OVNIs y los “marcianitos” pero pensaron que el campo naciente entonces de la radioastronomía podría permitir la detección de señales de civilizaciones inteligentes más allá de los confines del sistema solar.
El artículo en Nature se centra en el problema de determinar qué frecuencia habría que observar para detectar las posibles señales que los alienígenas utilizarían para comunicar su existencia. El elemento más común en el Universo es el hidrógeno, que emite frecuencias electromagnéticas alrededor de los 1.420 megahercios. Los autores concluyeron que posiblemente los alienígenas que quisieran comunicar al resto de civilizaciones su propia existencia utilizarían señales con esta frecuencia. Cocconi y Morrison reconocían que su argumento era como de “ciencia ficción” pero creían firmemente que si había alguna posibilidad de que hubiera señales alienígenas de este tipo, debíamos esforzarnos en encontrarlas.
Ellos no lo sabían entonces, pero Frank Drake llevaba ya medio año buscando señales alienígenas en el mejor radiotelescopio del mundo dotado con un espejo de 26 metros sito en el National Radio Astronomy Observatory, NRAO. Unos años antes, siendo estudiante en Harvard, Drake llegó a la misma conclusión que Cocconi y Morrison sobre la búsqueda en la frecuencia de los átomos de hidrógeno. Drake recibió permiso de sus jefes para iniciar la búsqueda, aunque bajo la promesa de mantenerlo en secreto. ¡Qué hubieran dicho en el Congreso si supieran que el observatorio estaba buscando “hombrecillos verdes”!
El artículo en Nature cambió completamente las tornas y el director del observatorio, Otto Struve, decidió iniciar un proyecto oficial. Una charla que impartió en el MIT fue noticia en todos los medios y el proyecto SETI vio la luz en noviembre de 1960, cuando la NAS financió una conferencia en la NRAO para discutir la búsqueda sistemática de vida alienígena inteligente. En la conferencia estuvieron los miembros de la Orden del Delfín: Frank Drake, Otto Struve, Morrison, y un joven astrónomo llamado Carl Sagan, quien más tarde sería la imagen pública del proyecto SETI. Drake introdujo en esta conferencia su famosa Ecuación de Drake para estimar la probabilidad de existencia de vida inteligencia en nuestra galaxia.
Jill Tarter, actual director de los institutos del Centro de Investigación SETI (Center for SETI Research), cree que la ausencia de una señal positiva no constituye ninguna paradoja. Las investigaciones más rigurosas del proyecto SETI tienen menos de diez años y no podemos esperar que en tan poco tiempo se obtenga un resultado positivo. Tarter compara la búsqueda realizada hasta el momento con alguien que tomara un vaso de agua del océano Atlántico, lo observara a vista y lo volcara de nuevo al océano. Con toda seguridad afirmaría con rotundidad que en el océano no hay peces.
El problema de Richard Rado del león y el hombre considera a ambos con igual velocidad máxima encerrados en un disco cerrado (el ruedo de una plaza de toros) y se pregunta ¿alcanzará el león al hombre? ¿Habrá una estrategia óptima para que el hombre evite ser atrapado? Piensa un poco antes de seguir leyendo. El problema se formuló en los 1920 y se pensaba que el hombre siempre sería atrapado, pero en 1952 Besicovitch demostró que podía sobrevivir. ¿Has pensado en el problema? ¡A qué esperas, hazlo ahora! ¿Existe una estrategia ganadora siempre para alguno de los dos? Usando la estrategia de Besicovitch el hombre gana siempre si el juego dura un tiempo infinito. ¿Qué pasa si el juego dura un tiempo finito? En un disco, el hombre gana siempre. ¿Qué pasa en una región más general que un disco? Si la región es un espacio métrico compacto (cerrado y acotado) entonces o el león o el hombre o los dos tienen una estrategia ganadora. ¿Los dos? Sí, por paradójico que parezca, hay estrategias ganadoras que dependen del tiempo final, en función de este tiempo o gana siempre el hombre o gana siempre el león, para ciertas regiones compactas. La matemática a veces nos ofrece este tipo de sutilezas. Nos lo cuentan B. Bollobás, I. Leader, M. Walters, “Lion and Man — Can Both Win?,” ArXiv, Submitted on 14 Sep 2009.
La estrategia ganadora de Besicovitch para el hombre en el disco es la siguiente. Supongamos que el hombre y el león son puntuales. Se divide el tiempo en una sucesión de intervalos de longitud . En el paso el hombre corre a máxima velocidad durante un intervalo en una línea recta perpendicular a su radio vector inicial en este paso en la dirección del semiplano en el que no se encuentre el león (si el león estuviera en el propio radio vector, no importa qué dirección toma). Obviamente, el león no podrá capturar al hombre en este intervalo de tiempo. Repitiendo este procedimiento sucesivamente, el hombre siempre evitará ser capturado. Piensa un poco el argumento y verás que funciona (usa una hoja de papel si lo consideras necesario). ¿Qué pasa si transcurre un tiempo muy largo? Sea la distancia del hombre respecto del origen al iniciarse el paso de tiempo , entonces . Si la serie es infinita, entonces el hombre nunca será capturado, además si la serie es finita, entonces estará acotada, por lo que multiplicándola, si es necesario, por una constante, se puede lograr que el hombre nunca abandone el ruedo (el círculo). ¿Cómo lograrlo? Muy fácil, por ejemplo utilizando .
Besicovitch nos ofrece una estrategia ganadora para el hombre. ¿Significa que no existe una estrategia ganadora para el león? Se puede demostrar que en el disco es así, no existe modo en que el león capture al hombre si éste usa su estrategia ganadora. Sin embargo, la matemática es muy sutil y utilizando el Axioma de Elección se puede demostrar que en regiones compactas más complicadas que el disco y cuando el juego dura un tiempo finito, puede ocurrir que haya una estrategia ganadora siempre para el hombre, siempre para el león, o que dependa de la duración del juego quien tiene la estrategia óptima. Los interesados en más detalles sobre la demostración (basada en discretizar la región, obtener las estrategias ganadoras en el caso discreto y calcular el límite continuo de dichas estrategias), pueden recurrir al artículo original. No os asustéis, la demostración no es difícil de seguir, basta recordar las demostraciones de límites tipo del curso de cálculo de primero de carrera.
Explicar algo tan técnico como la correspondencia AdS/CFT a un público interesado en la divulgación física es muy difícil. Tratan de lograrlo Igor R. Klebanov y Juan M. Maldacena con su artículo ”Solving quantum field theories via curved spacetimes,” Physics Today pp. 28-31, January 2009 [el artículo es gratis [free] pero el PDF se descarga más rápido en la homepage de Maldacena]. Aunque el artículo está dirigido a un público de físicos, por lo que contiene cierta matemática, creo que muchos aficionados a la física serán capaces de entenderlo ya que su nivel me parece similar al de un artículo en Investigación y Ciencia. Permitidme, como es habitual, que os abra la boca con algunos comentarios y extractos de dicho artículo. Trataré de omitir las fórmulas matemáticas, aunque esta entrada requiere un “parental advisory: explicit technical content.”
Una dualidad es una equivalencia entre dos teorías diferentes que describen la misma física. En 1998 varios físicos teóricos (Maldacena, Witten, Klebanov, Polyakov, etc.) descubrieron una correspondencia entre teorías cuánticas de campos y teorías gravitatorias. Las primeras son teorías gauge tipo Yang-Mills que describen partículas que interactúan en un espacio tiempo plano con d dimensiones. Las segundas corresponden a la relatividad general de Einstein o a sus generalizaciones en teoría de cuerdas, es decir, a espacios curvados. Estas últimas están definidas en espacios con al menos d+1 dimensiones, donde la dimensión extra es infinita. Esta correspondencia se puede llamar dualidad gauge/gravedad, gauge/cuerdas, o más habitualmente AdS/CFT, donde AdS significa anti-de Sitter y CFT teoría de campos conforme. Trataremos de explicar lo que significan.
La correspondencia afirma que la dinámica de la teoría de la gravedad en d+1 dimensiones está codificada en la teoría cuántica de campos en d dimensiones. La correspondencia es completa y todos los movimientos en d+1 dimensiones pueden ser reproducidos con la otra teoría en sólo d dimensiones. ¿Para qué sirven este tipo de dualidades? Resulta que cuando una teoría es muy fuerte la otra es muy débil y viceversa. Ya que calcular cosas en una teoría con un acoplamiento débil es muy fácil mediante perturbaciones, la correspondencia permite aplicar técnicas matemáticas sencillas a problemas extremadamente difíciles. Por supuesto esta “magia” de la dualidad tiene sus problemas. Sólo sabemos aplicarla a ciertas teorías muy sencillas. Por ejemplo, no sabemos aplicarlas a la cromodinámica cuántica (QCD), la teoría de la fuerza fuerte que une entre sí a los quarks, aunque así a cierta versión supersimétrica de esta teoría, en la que podemos realizar ciertos cálculos usando su dual gravitatorio. Por otro lado, la correspondencia AdS/CFT también tiene utilidad para entender el comportamiento cuántico de los campos gravitatorios intensos en los agujeros negros, gracias a que corresponden a campos débiles en la teoría gauge dual.
Las teorías cuánticas de campos (QFT) son muy importantes en física, no sólo para entender el modelo estándar de las partículas elementales, sino también en física estadística, del estado sólido, y de la materia condensada. El problema es que las QFT son teorías muy difíciles, que sólo sabemos resolver fácilmente cuando la fuerza de la interacción es débil, gracias a las técnicas perturbativas (los famosos diagramas de Feynman). Cuando la interacción es fuerte, estas técnicas divergen y son inútiles. Las técnicas no perturbativas (solitones, instantones, etc.) están en su infancia y no sabemos aplicarlas salvo en las QFT más sencillas. La correspondencia AdS/CFT es una técnica no perturbativa que se basa en usar perturbaciones en una teoría dual con acoplamiento débil en la que las perturbaciones sí son aplicables para rosolver problemas en la original donde no lo son.
Una teoría de campos conforme es una teoría invariante ante el grupo de transformaciones conformes. En el caso relativista, es una teoría invariante ante el grupo de Poincaré (transformaciones de Lorentz más traslaciones) que además es invariante ante reescalado simultáneo de las d dimensiones del espacio. Muchas teorías de campos no son conformes, salvo en ciertas circunstancias. Por ejemplo, la QCD casi lo es a alta energía (para las que la constante de acoplamiento depende logarítmicamente con la energía). En materia condensada, los sistemas que presentan transiciones de fase de segundo orden también son casi invariantes ante transformaciones de escala. En el proceso de dualidad entre una teoría gauge y otra gravitatoria, la invarianza conforme se transforma en una invarianza no conforme.
Si en la teoría cuántica de campos (QFT) todas las d dimensiones son espaciales euclídeas, en el espacio dual se transforman en un espacio hiperbólico en d+1 dimensiones, un espacio de Lobachevsky que presenta una curvatura constante negativa (digamos como un “diábolo” infinito). Si en la teoría de campos conforme (CFT) tenemos d-1 dimensiones espaciales y una dimensión temporal, en el espacio dual tenemos un espacio tiempo en d+1 dimensiones tipo anti-de Sitter (AdS). La CFT que corresponde a la geometría AdS está formulada en un espaciotiempo plano de d dimensiones junto a una dimensión extra infinita, sea y, de tal forma que corresponde al contorno y=∞ del espacio AdS de d+1 dimensiones. Parece complicado. Lo es. No es fácil explicarlo sin matemáticas.
Lo importante de la invarianza conforme es que cualquier estado localizado en la CFT con una norma (tamaño) dado y una posición en las d-1 coordenadas espaciales se puede transformar en un estado con un tamaño arbitrario realizando un escalado adecuado, cuya energía depende inversamente de este tamaño. La coordenada gravitatoria extra y es la que determina el tamaño del estado en la CFT. Las interacciones entre estados en la CFT corresponden a interacciones entre gravitones en la teoría gravitatoria dual en d+1 dimensiones.
¿Para qué sirve la correspondencia AdS/CFT? En la actualidad tiene muchas aplicaciones, aunque restringidas a las teorías “especiales” en las que es aplicable. Por ejemplo, permite estudiar el fenómeno del confinamiento de los quarks que se cree que predice la cromodinámica cuántica, aunque los cálculos en QCD en 3+1 dimensiones son prácticamente imposibles de realizar. Para ello se uiliza una dualidad AdS/CFT adecuada entre una versión supersimétrica (que facilita los cálculos) de la QCD y una teoría de cuerdas. También se ha estudiado el problema de la destrucción de la información cuántica en agujeros negros mediante esta dualidad, observándose que la información parece que no se destruye, sino que se almacena holográficamente en el horizonte de sucesos. Finalmente, también tiene aplicaciones en física del estado sólido, donde la invarianza conforme no es relativista sino galileana, para estudiar sistemas a baja temperatura cerca de un punto crítico cuántico. El dual gravitatorio de estas teorías de campos clásicas permite realizar cálculos sobre sus propiedades que de otra forma serían prácticamente imposibles.
En resumen, la correspondencia AdS/CFT es una de las pocas herramientas no perturbativas que se conocen, con la ventaja de que hace uso de las herramientas perturbativas para realizar cálculos, por lo que es fácil de utilizar para los físicos teóricos “aficionados” a los diagramas de Feynman. Esta herramienta permite analizar teorías cuánticas de campos en el régimen de acoplamiento (o interacción) fuerte y al utilizar técnicas de ambos mundos, teoría de campos y gravedad, nos hace pensar que estamos jugando el juego correcto hacia una gravedad cuántica de verdad.
Finalmente, ¿hay algo que todo el mundo pueda entender? No, es una pena, pero no aparece la presentación de ninguna de las Open Lectures (Nicola Cabibbo, Brian Greene, Gabriele Veneziano y Edward Witten). Quizás la única que todo el mundo podrá entender es la que abrió el congreso de David Gross (KITP & UC, Santa Barbara) “Opening Lecture”.
Ya hemos hablado en varias ocasiones de la anomalía de las sondas Pioneer en este blog. Hay una explicación de dicha anomalía propuesta por los españoles A.F. Rañada y A. Tiemblo de la que no hemos hablado y hay que hablar. La anomalía no es real, es aparente y se debe a una desaceleración del tiempo astronómico con respecto al tiempo local de un reloj atómico en la Tierra. ¿Por qué esta desaceleración? Los españoles proponen algo muy exótico, un acoplamiento entre el vacío cuántico y el fondo gravitatorio del universo entero. A mí me parece una explicación casi esotérica, pero los autores son dos de los popes de la física teórica en España y merecen todo nuestro respecto y más. Para los interesados los artículos técnicos son Antonio F. Rañada, Alfredo Tiemblo, “A proposal that explains the Pioneer anomaly,” ArXiv, Submitted on 11 Apr 2008, last revised 3 Sep 2009, y “On the compatibility of a proposed explanation of the Pioneer anomaly with the cartography of the solar system,” ArXiv, Submitted on 4 Sep 2009.
Como ya sabéis los lectores habituales de este blog, a mí me gustan explicaciones menos retorcidas para esta anomalía, uno de los quebraderos de cabeza de los físicos teóricos que dará que hablar durante muchos años.
Jean-Pierre ha publicado poco en ArXiv desde entonces, sólo algunos artículos epistemológicos sobre la 
La figura que abre esta entrada muestra los 9 observables y los 6 contextos de medida estudiados. Como sistema cuántico han utilizado un solo fotón que almacena dos cubits de información cuántica. El primer cubit (s en la figura) está codificado por el camino que recorre el fotón tras atravesar un divisor de haz (beam splitter o BS en la figura), el rombo en las figuras, siendo los dos estados posibles (|0> y |1> del cubit) el camino reflejado y el transmitido (r y t en la figura). El segundo cubit es la polarización (p en la figura), siendo los dos estados posibles las polarizaciones horizontal y vertical (H y V en la figura).
, en el que los autores demuestran su maestría a la hora de aplicar la técnica HPM teniendo en cuenta que 
.
se basa en meter la pata hasta el fondo y asumir un ansatz incorrecto para la solución. Un error increíble que les lleva a un retrueque técnico para deshacer el error y obtener una aproximación correcta a la solución. Eso sí, aproximación a una ecuación que no la necesita pues la solución exacta es conocida desde hace siglos (excepto por los He-sianos, faltaría más).
El fundamento físico de la propagación de señales es fibra óptica es la reflexión total interna. Un lápiz sumergido parcialmente en un vaso de agua parece doblado. Visto al revés, desde el agua hacia el aire, el lápiz se dobla más en el aire que dentro del agua, de tal forma que hay un ángulo crítico respecto de la vertical para la cual un haz de luz en el agua no se transmite al aire (tendría que doblarse con un ángulo mayor de 90º). Este es el fenómeno de la reflexión total interna, que ilustra la figura de la izquierda. Toda la luz se refleja, aunque hay ciertas pérdidas. Este fenómeno permite que una señal de un láser se propague a lo largo de una fibra óptica si ésta está formada por un núcleo (core) con un índice de refracción mayor que el material que lo recubre (recubrimiento o cladding).
En cuanto a la otra mitad del premio, los dispositivos CCD basados en tecnología MOS, Willard Sterling Boyle y George Elwood Smith enviaron el 16 de febrero de 1970 la solicitud de patente US Patent 3858232 “
Ya lo dijimos en “
La búsqueda de inteligencia extraterrestre (Search for ExtraTerrestrial Intelligence o SETI) celebra el 50 aniversario de su publicación original en Nature el 19 de septiembre de 1959. La búsqueda no ha dado frutos por ahora, lo que no significa que no existan civilizaciones alienígenas en nuestra galaxia. Sólo significa que puede que no usen la radio para comunicarse. La Tierra lleva emitiendo al espacio ondas de radio y televisión solo desde hace 70 años. Muy poco tiempo para que un proyecto SETI extraterrestre llegue a detectarnos. Conforme se van descubriendo planetas extrasolares similares a la Tierra, el proyecto SETI va encontrando objetivos prioritarios que observar con detalle. Nadie sabe lo que deparará el futuro. Nos lo cuentan en el editorial “
El problema de Richard Rado del león y el hombre considera a ambos con igual velocidad máxima encerrados en un disco cerrado (el ruedo de una plaza de toros) y se pregunta ¿alcanzará el león al hombre? ¿Habrá una estrategia óptima para que el hombre evite ser atrapado? Piensa un poco antes de seguir leyendo. El problema se formuló en los 1920 y se pensaba que el hombre siempre sería atrapado, pero en 1952 Besicovitch demostró que podía sobrevivir. ¿Has pensado en el problema? ¡A qué esperas, hazlo ahora! ¿Existe una estrategia ganadora siempre para alguno de los dos? Usando la estrategia de Besicovitch el hombre gana siempre si el juego dura un tiempo infinito. ¿Qué pasa si el juego dura un tiempo finito? En un disco, el hombre gana siempre. ¿Qué pasa en una región más general que un disco? Si la región es un espacio métrico compacto (cerrado y acotado) entonces o el león o el hombre o los dos tienen una estrategia ganadora. ¿Los dos? Sí, por paradójico que parezca, hay estrategias ganadoras que dependen del tiempo final, en función de este tiempo o gana siempre el hombre o gana siempre el león, para ciertas regiones compactas. La matemática a veces nos ofrece este tipo de sutilezas. Nos lo cuentan B. Bollobás, I. Leader, M. Walters, “
. En el paso 
el hombre corre a máxima velocidad durante un intervalo 
en una línea recta perpendicular a su radio vector inicial en este paso en la dirección del semiplano en el que no se encuentre el león (si el león estuviera en el propio radio vector, no importa qué dirección toma). Obviamente, el león no podrá capturar al hombre en este intervalo de tiempo. Repitiendo este procedimiento sucesivamente, el hombre siempre evitará ser capturado. Piensa un poco el argumento y verás que funciona (usa una hoja de papel si lo consideras necesario). ¿Qué pasa si transcurre un tiempo muy largo? Sea 
la distancia del hombre respecto del origen al iniciarse el paso de tiempo 
. Si la serie 
es infinita, entonces el hombre nunca será capturado, además si la serie 
es finita, entonces 
estará acotada, por lo que multiplicándola, si es necesario, por una constante, se puede lograr que el hombre nunca abandone el ruedo (el círculo). ¿Cómo lograrlo? Muy fácil, por ejemplo utilizando 
.
del curso de cálculo de primero de carrera.