Einstein para perplejos

* Por Lis Tous.  

El nuevo libro de los físicos José Edelstein y Andrés Gomberoff lleva un título inspirado en el clásico Guía para perplejos de Maimónides, del cual los autores rescatan el valor de hacer circular pensamientos que en principio serían únicamente para entendidos. Un libro de divulgación sobre el hombre que forjó las ideas más radicales de la física del siglo XX es, también, un texto sobre quien persiguió obstinadamente nociones que no despertaron entusiasmo por parte de la comunidad científica y que, “en los últimos veinte años de su vida, lo confinaron a un creciente autismo científico”.

“Escribir sobre él es una forma de obligarnos a repasar sus trabajos científicos, sus ensayos, su correspondencia, a separar las anécdotas apócrifas de las que no lo son y, en definitiva, a interpelar al personaje desde la perspectiva de otros ilustres testigos de su tiempo”, aclaran los autores. Porque sí, libros sobre Einstein hay muchos, pero su archivo es muy extenso, su obra resulta compleja y sus ecuaciones imprescindibles.

La frondosa imaginación de Einstein perpetuó una forma de hacer ciencia con experimentos mentales - lo que la lengua alemana nombra como Gedankenexperimen -. Abrió el juego teórico cuando imaginó la posibilidad de alcanzar un haz de luz o las consecuencias de un cuerpo al arrojarse por una ventana. Luego fue capaz de escribir las leyes que daban sentido y coherencia a las interpretaciones universales del mundo físico. Así, los autores repasan los razonamientos del físico y explican cómo se acomodaron las piezas de la historia de la ciencia después del cimbronazo que produjeron sus cuatro trabajos publicados en 1905: sobre la naturaleza de la luz, de las moléculas, de la masa, del espacio y del tiempo. “Cada uno de ellos significó una revolución científica de tal calado que la única consecuencia razonable habría sido la concesión de cuatro premios Nobel”. Lo recibió por el primero de ellos, una explicación del “efecto fotoeléctrico”.

“Como hay miles de libros de Einstein intentamos repensar lo que nos parecían lugares comunes. Por ejemplo, hay errores de él que son muy conocidos, pero son muy buenos desaciertos porque su refutación dio lugar a lo que hoy es la carrera por la computación cuántica; así como su error de la constante cosmológica que es una idea rescatada del tacho de basura para explicar por qué el universo se expande aceleradamente. También tuvo equívocos un poco bochornosos, en 1939 quiso demostrar con una mala matemática que no puede haber agujeros negros -en términos del lenguaje moderno- con la poca fortuna de que es mismo año Oppenheimer y Snyder comprobaron que el colapso de una estrella produce un agujero negro. Además, esto sugiere que Einstein no estaba al tanto de lo que otras personas hacían sobre un mismo tema, en el mismo momento”.

De las conversaciones de los autores con personas que conocieron a Einstein se rescatan anécdotas que el lector disfrutará. Entre ellos, Freeman Dyson, Peter Lax y la becaria francesa del apartado del Einstein "viejo, cansado y final”. Divierte seguir la historia y entredichos con Tesla, al que apodaron como “crackpot”; los guiños a la literatura latinoamericana y hasta la sorpresa de toparse con un seminario de Jacques Lacan inspirado en juegos de dados, deseos y universos mudos.

Novedades editoriales

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¿Y por qué?

Física hasta en la sopa se llama el primer libro de Hernán Grecco, profesor del Departamento de Física, que publicó Ediciones Iamiqué hace pocos días. ¿Por qué rebota la pelota?, ¿qué es un cortocircuito?, ¿por qué el sol se ve rojo al atardecer?, o ¿cómo puedes levantar a un adulto en el subibaja? son preguntas que se hace cualquier chico… y los no tanto también.

“Componer este libro fue un proceso muy enriquecedor porque aunque escribo seguido textos técnicos y otros que no lo son tanto, ahora tenía que pensar en lectores de ocho años, respetar un espacio más limitado, y además, generar algo atractivo, entretenido, en un lenguaje llano y sin jerga”.

El libro, y toda la colección de ciencia para niños que propone Iamiqué, apuesta a otros lenguajes, desde dibujos -Ilustraciones de Pablo Picyk -que crean situaciones y contextualizan las preguntas, los colores, las tipografías hasta el uso de recursos como palabras claves crean un ambiente más atrapante, en la definición del físico.

“En la escritura fui probando, claro, le mostré los textos a mis hijos y también les leí partes, lo compartí con los amigos de los chicos, con mis sobrinos, con niños cuyos padres no son físicos; y en función de las reacciones afiné el texto: pude saber lo que quedaba claro y lo que no. Pero fue imprescindible la lectura crítica de Carla Baredes en todo lo que escribí”. Carla es física y junto a la bióloga Ileana Lotersztain fundaron la editorial, son egresadas de Exactas como muchos de los autores que publican.

Hernán no recuerda haber leído este tipo de colecciones cuando era chico, pero sí Cosmos de Carl Sagan y coleccionar láminas del sistema solar o de dinosaurios. “Me parece que ha habido una revalorización de la comunicación pública de la ciencia en el último tiempo, que se ha multiplicado la diversidad. Después de hacer una carrera como física, lo difícil es salirse de los tecnicismos, escapar de las palabras específicas de la disciplina, de las ecuaciones. El ejercicio más interesante es poder volver a las fuentes, este libro es eso para mí: ir a lo importante”.

Los apuntes de Gabo

El físico Gabriel Mindlin publicó su cuarto libro, esta vez inspirado en sus clases de Dinámica no lineal que han tomado cientos de estudiantes con fuerte vocación cuantitativa, tal como describe él mismo. El texto forma parte de la colección “Nuevos enfoques en ciencia y tecnología” de la Editorial UNQ, para abastecer la búsqueda de nuevos enfoques, entendidos como nuevos conocimientos en marcos disciplinares y socioeconómicos diferentes. Diego Golombek escribió estas palabras para la contratapa del libro:

Cambia, todo cambia… y la física y la matemática se unen para entender esos cambios, ya sean en el clima, el cerebro, el canto de las aves o cualquier variable de la naturaleza. A veces esos cambios son poco predecibles, dependen de variaciones minúsculas, crecen sin cesar o regresan sobre sí mismos como una especie de ritornello musical. En este mundo de nunca acabar se instala la dinámica no lineal, con su bagaje de herramientas necesarias para los físicos, sí, pero también para los químicos, ingenieros, climatólogos y, más recientemente, economistas perplejos o biólogos que quieren entender de qué se tratan las neuronas, el corazón o las poblaciones de los peces.

Y si hay un experto en el tema en la Argentina, sin duda es Gabriel Mindlin, profesor del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, investigador superior del Conicet y ciudadano científico del mundo. Este libro compila las “notas de campo” de su antológico curso de Dinámica lineal y abre un abanico de posibilidades para todo científico que quiera comprender su modelo de estudio en profundidad. Además de la base introductoria del tema y su profundización en técnicas avanzadas de dinámica no lineal, el texto incluye numerosos ejemplos, muchas veces extraídos de las investigaciones del propio autor, publicadas -y premiadas - en las mejores revistas del mundo. 

Experimento de física a escala global desafía a Einstein con la ayuda de 100 mil voluntarios

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Experimentos simultáneos en cinco continentes desafían el principio de realismo local imaginado por Einstein. Los participantes contribuyeron al experimento generando más de 90 millones de bits, eligiendo en forma impredecible distintas mediciones para eludir la paradoja conocida como “la trampa (loophole) de libertad de elección”. Este estudio fue publicado en la revista Nature.

El 30 de Noviembre de 2016, más de 100.000 personas alrededor del mundo contribuyeron a un conjunto de experimentos de física, primeros en su género, conocido como The BIG Bell Test. Usando smartphones y otros dispositivos con conexión a internet, los participantes aportaron bits impredecibles, que fueron utilizados para determinar de qué manera iban a ser medidos átomos entrelazados, fotones y dispositivos superconductores en doce laboratorios distribuidos por todo el mundo. Los científicos utilizaron este aporte humano para cerrar un loophole, es decir una ambigüedad, que se presenta en forma ubicua en los experimentos del principio de realismo local de Einstein. Los resultados ya han sido analizados, y se reportan en la edición de esta semana de la revista Nature.

En un test de Bell (así llamado por el físico John Stewart Bell), pares de partículas entrelazadas como fotones se generan y se envían a distintas ubicaciones, en las que se mide alguna propiedad de estas partículas como el color de los fotones o su tiempo de llegada. Si los resultados de las mediciones tienden a coincidir, independientemente de qué propiedades elijamos medir, esto tiene implicaciones muy sorprendentes: o la medición sobre una partícula afecta en forma instantánea a la otra partícula (a pesar de estar alejadas entre sí), o – aún más extraño – estas propiedades nunca existieron: fueron creadas por la misma medición. Cualquiera de estas posibilidades contradice el realismo local, la cosmovisión de Einstein sobre un universo independiente de nuestras observaciones, en el cual ninguna influencia ni información puede viajar más rápido que la luz.

El BIG Bell Test les pidió a voluntarios humanos, conocidos como Bellsters, elegir las mediciones, para cerrar el llamado “loophole de libertad de elección” – la posibilidad de que las propias partículas influencien la elección de de la medición. Tal influencia, si existiera, invalidaría el test; sería como si se les permitiera a los estudiantes escribir las preguntas de sus propios exámenes. Este loophole no se puede cerrar eligiendo con un dado o un generador de números aleatorios, porque siempre existe la posibilidad de que estos elementos físicos estén coordinados con las partículas entrelazadas. Las elecciones humanas introducen el componente de libertad de elección, por el cual las personas pueden elegir independientemente de lo que fuera que las partículas pudieran estar haciendo.

Liderado por el ICFO-The Institute of Photonic Sciences, en Barcelona, el BIG Bell Test reclutó participantes alrededor del mundo para contribuir con secuencias de ceros y unos (bits) impredecibles, a través de un videojuego online. Los bits fueron enrutados a experimentos de vanguardia en Brisbane, Shanghai, Viena, Roma, Munich, Zurich, Niza, Barcelona, Buenos Aires, Concepción (Chile) y Boulder (EUA), donde fueron utilizados para ajustar los ángulos de rotación de polarizadores y otros elementos de laboratorio, que determinaron de qué manera se medirían las partículas entrelazadas.

Los participantes contribuyeron con más de 90 millones de bits, posibilitando un test severo para el realismo local, así como también otros experimentos sobre realismo en la mecánica cuántica. Los resultados obtenidos muestran una fuerte discrepancia con la visión de Einstein, cierran por primera vez el loophole de libertad de elección, y ensayan varios métodos nuevos para el estudio del entrelazamiento y el realismo local.

EL EXPERIMENTO de Entrelazamiento en Polarización de Buenos Aires (CITEDEF-UBA)

Cada uno de los doce laboratorios distribuidos por el mundo llevaron a cabo un experimento diferente, para probar el realismo local en distintos sistemas físicos y para probar otros conceptos relacionados con el realismo. El experimento realizado en el Laboratorio de Óptica Cuántica de CITEDEF (Buenos Aires) por investigadores de CITEDEF, CONICET y la UBA, estudió la violación de la desigualdad de CHSH-Bell (una medida de la discrepancia entre la realidad y las teorías de realismo local) utilizando fotones entrelazados en polarización, generados por conversión paramétrica descendente en un arreglo de cristales no lineales. El experimento completo utilizó 10.033 bits aleatorios, generados por Bellsters distribuidos alrededor del mundo y transmitidas por los servidores del BBT en Barcelona; estos bits definían distintas configuraciones para la medición de la polarización. El experimento resultó en una violación de la desigualdad de CHSH-Bell por siete desviaciones estándar. Esto significa que si el experimento fuera repetido todos los días en un mundo regido por el realismo local, un resultado como el obtenido debería obtenerse una vez en mil millones de años.

Miguel Larotonda, Profesor en UBA e Investigador en CITEDEF-CONICET: “Es un experimento que tiende a cerrar el abismo existente entre el público en general y los conceptos 'extraños' y anti-intuitivos de la mecánica cuántica, al atraer y motivar a participantes de todo el mundo para producir secuencias impredecibles de bits, que alimentan experimentos simultáneos y de última tecnología en una cantidad de laboratorios de todo el mundo. En Argentina, el experimento BBT generó un interés sin precedentes en los medios, en el periodismo científico en particular y en el público no especializado en general.”

Carlos Abellán, investigador en ICFO e impulsor del proyecto: “El BIG Bell Test fue un proyecto increíblemente desafiante y ambicioso. En el comienzo parecía de una dificultad imposible de sortear, pero se convirtió en una realidad gracias al esfuerzo de docenas de científicos entusiastas, comunicadores científicos, periodistas y distintos medios, y especialmente a las decenas de miles de personas que contribuyeron al experimento durante el 30 de Noviembre de 2016.”

Morgan Mitchell, líder del proyecto BBT y Profesor de la Insititució Catalana de Recerca I Estudis Avançats (ICREA) en el ICFO: “Para mí, lo más asombroso es que la discusión entre Einstein y Niels Bohr, después de más de 90 años de esfuerzos para plantearla de forma más rigurosa y estudiarla en forma experimental, aún conserva un componente humano y filosófico. Sabemos que el bosón de Higgs y las ondas gravitacionales existen gracias a máquinas sorprendentes, sistemas físicos construidos para poner a prueba las leyes de la física. Pero la del realismo local es una pregunta que no podemos contestar en forma completa usando una máquina. Pareciera que nosotros mismos debemos ser parte del experimento, para preservar la honestidad del Universo.”

El equipo del BIG Bell Test quiere agradecer una vez más a los miles de participantes que en forma tan entusiasta y generosa contribuyeron a esta iniciativa. Sin su aporte esencial, este experimento nunca habría sido posible. Referencia: Challenging local realism with human choices, The Big Bell Test Collaboration, Nature 2018.

https://www.nature.com/articles/s41586-018-0085-3
https://arxiv.org/abs/1805.04431

Instantáneas del universo

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“La cosmología se parece a la paleontología en el sentido que estamos tratando de reconstruir la historia a partir de piezas que encontramos. Nosotros no excavamos la tierra sino que usamos telescopios para sacar fotos de cosas que están muy lejos y, como la luz tarda en llegar, sabemos que sucedieron mucho antes en la historia del universo”. El que habla es Matías Zaldarriaga, físico egresado del Departamento  de Física, hoy profesor en Princeton y de visita en nuestro país.

La comunidad científica coincide en las evidencias y modelos acerca del origen del universo sólo hasta cierto momento de la historia: "tenemos consenso porque hay, por así decirlo, "fotos" a disposición, pero nos faltan datos de las primeras fracciones de segundo. Además, las leyes de la física que somos capaces de medir en los laboratorios no son válidas para esos instantes; por lo tanto el debate es mayor y aunque hubiera acuerdo en las interpretaciones podríamos no estar comprendiendo bien lo sucedido".

Una de esas “fotos” de la que habla Zaldarriaga es el mapa de temperatura que tenía el universo 380 mil años después de la expansión feroz que conocemos como Big Bang. Una imagen proporcionada por la radiación del fondo cósmico de microondas cuando la temperatura descendió lo suficiente como para permitir que los electrones y protones formen átomos de hidrógeno neutro, dejando paso libre a la radiación. Esos fotones que nos llegan poseen información sobre las condiciones físicas del universo de aquel momento y, de su viaje hasta hoy nos brindan información sobre la materia y la energía que posee el cosmos.

Entre los vestigios que observan los cosmólogos, hay gases livianos que atesoran mucha información: “Medimos cuánto helio y cuánto deuterio hay en el universo para contrastar esos datos con las predicciones hechas a partir de la física nuclear y las ecuaciones de la Relatividad General en relación a la expansión del universo de ese momento; sabemos que el modelo es correcto cuando representa a las reacciones nucleares que originaron a esos elementos”, explica el físico y agrega que “antes de los gases se generaron los neutrinos, y también fueron detectados los efectos de estas partículas en la radiación cósmica de fondo, además, conocemos con cierta certeza la época en que los neutrinos fueron producidos”.

Zaldarriaga cuenta que la época dorada de la cosmología fue entre 1940 y 1960 y que hoy se encuentran en “una etapa de precisión”. En este momento él y su equipo de trabajo desarrollan modelos para hacer predicciones más precisas sobre la estructura a gran escala del universo que llevarán a cabo las nuevas generaciones de telescopios.

Las preguntas abiertas siguen siendo “qué son la materia y la energía oscura, qué pasó en el principio, por qué el universo es tan grande, de dónde salieron las primeras fluctuaciones esenciales que luego dieron lugar a las galaxias, a la estructura a gran escala del universo, y a la radiación cósmica de fondo. Son preguntas que nos hacemos hace décadas y probablemente sigan con nosotros otras tantas”.