Traducción: “S03E01: The Electric Can Opener Fluctuation”

8 noviembre 2009

Sheldon, Leonard, Raj y Howard finalmente han regresado de su expedición del National Science Foundation del círculo ártico, habiendo estado lejos del departamento (y de nosotros) por los pasados tres meses. Incluso no hay cambios en los pizarrones del departamento… siguen como los dejaron en el final de la temporada pasada. Sheldon está excitado por su travesía, convencido de que los datos que recolectó lo llevarán a ganar un Premio Nobel. Sheldon ha observado finalmente una señal de los monopolos magnéticos.

¿Es así realmente? Sheldon es un físico teórico, y no un físico experimental. Ya vimos lo que son las habilidades de experimentación de Sheldon en el capítulo de los robots luchadores… ni siquiera podía abrir una caja de herramientas. Un experimentalista siempre está atento por si hay señales extrañas o “ruidos”. Cada descubrimiento no es bienvenido con gritos y champán como uno esperaría, sino con minuciosos análisis a cada señal encontrada; un proceso común y corriente, ya que podría tratarse de ruidos que hayan “engañado” a los aparatos. Este proceso puede llevar años.

Hace unos años, estaba trabajando con los datos recibidos por unos sistemas electrónicos que habíamos instalado con científicos del Jet Propulsion Lab (Laboratorio de Propulsión a Chorro, abreviado JPL) en la base de un gran radiotelescopio (de 70 metros de diámetro) de ellos. Diseñamos los sistemas electrónicos para buscar neutrinos, pero por su diseño el aparato registraba una señal, o más probablemente radiactividad natural, una vez cada seis minutos. Pero algo más estaba pasando. A veces veíamos ráfagas de señales interpretadas como una única. ¿Podría haber sido que los neutrinos estuviesen llegando en ráfagas? En realidad resultó ser que esto sucedía siempre que alguien se sentase en una silla en particular. Cuando las ruedas pasaban por encima de una mota de suciedad del piso, el peso lo comprimía ligeramente y se producía una descarga diminuta, similar a la forma en la que funciona un encendedor de cigarrillos piezoeléctrico. Esa era la fuente del ruido electrónico. Tras una rápida modificación a los sistemas electrónicos, nos pusimos nuevamente en marcha sin más registros producidos por esa silla.

Volviendo al experimento de Sheldon, hace un tiempo un experimento en Stanford contempló un precioso candidato a monopolo magnético. La corriente inducida en el circuito de un cable superconductor produjo un salto repentino, como se puede apreciar en las mediciones de flujo magnético. El suceso se hizo famoso:

flux-jump

Figura 2: registros de datos mostrando (a) estabilidad típica y (b) el evento candidato a monopolo

En otros experimentos se advirtieron saltos que podrían haber sido producidos por ruidos eléctricos comunes: interferencia, tal vez de bujías de encendido, o, como Sheldon se enteró eventualmente, de un motor pequeño cercano. Un motor eléctrico produce y deja de producir constantemente contacto eléctrico a través de pequeñas escobillas que trasladan la corriente desde una “rueda de hilado” (rotor). Estas interrupciones en el circuito pueden crear descargas realmente diminutas, y esto puede producir falsas señales eléctricas (ruido). A veces puedes escucharlas en tu radio AM en forma de estática. Sin embargo, el de Stanford era un caso especial, ya que el cambio de corriente era del valor exacto que se esperaría de un monopolo magnético. Los experimentadores fueron absolutamente de primera clase, y se esforzaron por demostrar que no eran propensos a ser engañados por ruidos eléctricos. Nunca volvió a verse un monopolo. Pero este candidato nunca ha sido refutado.

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “S02E23: The Monopolar Expedition”

8 noviembre 2009

En este episodio, el final de la segunda temporada, Sheldon gana una beca del National Science Foundation (“Fundación de Ciencia Nacional”, abreviado NSF) para ir al ártico y buscar monopolos magnéticos. Está excitado ya que si él los descubriese, ganaría finalmente su Premio Nobel.

¿Qué es un monopolo magnético? “Mono” significa “solo” en griego, pero cada imán hecho o encontrado siempre ha tenido al menos dos polos, llamados Norte y Sur. De niño jugaba con imanes de dos polos, como el que se ve aquí:

dipole-b

El polo Norte de un imán siempre es atraído hacia un polo Sur, y los polos que son iguales (Norte-Norte y Sur-Sur) siempre se repelan.

Si alguna vez alguien descubriese un monopolo magnético, tendría un Premio Nobel asegurado. Así que valdría la pena intentarlo. ¿Qué pasaría usases tu astucia y tratases de crear un monopolo cortando al imán por la mitad? Puedes probar hacer esto con una sierra y el imán de un amigo:

two-dipoles-b

Muy mal. Lo único que has logrado es formar dos imanes más pequeños, cada uno con sus propios polos Norte y Sur. Probemos nuevamente. El resultado es el mismo:

four-dipoles-b

Ad infinitem (o más precisamente, la equivalencia que sea de “hacia lo más pequeño” en Latín). En algún punto cortarás el imán haciéndolo tan pequeño que será del tamaño de un átomo (siendo “átomo” el griego de “indivisible”). Incluso así, un átomo suele comportarse como un imán, pero siempre con un polo Norte y uno Sur, y no podrías fraccionarlo más. Bien, quizás con un montón de dinero podrías cortar incluso al átomo separándolo en partículas subatómicas: protones, neutrones y electrones, pero incluso estos pequeños imanes tendrán dos polos, tanto el Norte como el Sur. Con un pilón más de dinero, podrías cortar los protones y los neutrones en sus partes más pequeñas, los quarks, pero seguirías teniendo polos Norte y Sur. Nadie sabe si es posible cortar un electrón o un quark, pero los físicos de partículas siguen intentándolo.

Los monopolos magnéticos han fascinado a los científicos por más de un siglo. En el siglo XIX, el teórico escocés James Clerk Maxwell resumió todo lo que se sabía sobre la electricidad y el magnetismo mediante cuatro simples ecuaciones (no era tan simple la forma en la que las escribió, pero desde entonces las hemos mejorado). Estas ecuaciones muestran una hermosa simetría entre la electricidad y el magnetismo. De hecho, un punto de las ecuaciones donde se carecía de simetría entre electricidad y magnetismo llevó a Maxwell a agregar un término y lograr (correctamente) mostrar un resultado que predecía cómo la luz estaba compuesta de campos eléctricos y magnéticos oscilantes. Este fue uno de los momentos más fascinantes de todos en la física.

Pero hay una obvia falta de simetría por resolver en las ecuaciones de Maxwell. Los monopolos eléctricos están donde sea que mires: los electrones son monopolos de un tipo de carga, y los protones son del otro. Aún no se ha encontrado un solo monopolo magnético. Estamos forzados a incluir un cero en las ecuaciones de Maxwell que rompe la estructura simétrica entre la electricidad y el magnetismo. Ahora, unos cien años más tarde, las teorías modernas como la Teoría de las Cuerdas predicen la existencia de monopolos magnéticos. De cualquier forma, como es poco lo que la Teoría de las Cuerdas no predice, la cuestión se reduce a probarla mediante experimentación, quizás con el experimento de Sheldon.

Los científicos han buscado monopolos magnéticos, en particular en los ’80, cuando fueron predichas por una teoría de la Gran Unificación, la cual era hermosa, teóricamente convincente, y errónea. Incentivado por la Teoría de las Cuerdas, la idea de Sheldon consistía en mejorar la vieja técnica de experimentación usando el campo magnético de la Tierra para incrementar las probabilidades de éxito. Así como tú puedes juntar más agua y medir con mayor precisión la caída de la lluvia al poner un embudo sobre una cubeta, la idea de Sheldon era usar el campo magnético terrestre como embudo para los monopolos magnéticos. Curiosamente, el polo magnético Norte de la Tierra es el polo Sur del imán terrestre, y viceversa. Eso significa que los polos magnéticos “Norte” se dirigirían hacia el ártico, y los polos magnéticos “Sur” se dirigirían al antártico.

Hay una mención de que los monopolos no pueden estar moviéndose rápidamente. Escucha los diálogos con atención y oirás decir a Sheldon “monopolos magnéticos de movimiento lento”.

Los escritores del programa supieron que el antártico es inaccesible en Mayo (cuando se emitió el final de la temporada), así que envíaron a Sheldon y a sus amigos al ártico.

Los programas del National Science Foundation ayudan a los científicos, incluyéndome a mí, a moverse ellos mismo y su equipo hacia regiones polares y trasladar su ciencia. Ellos nos dan el equipo, el entrenamiento y el apoyo para que no nos muramos en el lugar. Para este episodio, el NSF le dio al programa su logo oficial, que puedes ver en todas las cajas de transporte de los chicos. Los chicos se visten exactamente igual que los científicos del verdadero programa polar: sus parkas rojas son extremadamente cálidas y llamadas “Big Red” (Gran Roja) por los científicos polares. Incluso sus botas aisladas, que los científicos llaman “bunny boots” (botas de conejo) son dadas a los científicos por el NSF. Esta es una foto de nuestro equipo de ciencia vistiendo el equipo sobre hielo:

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Físicos sobre hielo

Una curiosidad para mostrarles a tus amigos al ver la re-emisión del episodio: los diagramas de los pizarrones del departamento de Sheldon y Leonard muestran las ecuaciones clásicas que describen a los monopolos magnéticos.

Artículo original por David Saltzberg

Traducción: “Bienvenido a The Big Blog Theory”

7 noviembre 2009

¡La ciencia de The Big Bang Theory es revelada! (la ciencia del sitcom, no de la teoría sobre el origen del universo). Durante la última temporada, estuve discutiendo posibles títulos para este blog con los escritores del programa, quienes tuvieron unas ideas tremendas. Después de todo, eso es lo que hacen los escritores. Uno de los actores principales nos escuchó mientras pasaba, y nos dio este título mientras caminaba hacia la escena, girando la cabeza hacia nosotros, de espaldas.

El título de “Teoría del Big Bang” fue originalmente en broma (el nombre de la teoría del universo, no del sitcom). Desde la década del ’40, Fred Hoyle y otros partidarios de una teoría a la que llamaron “Teoría del Estado Estacionario” del universo, observaron que el universo se expandía, tal como Edwin Hubble había descubierto en la década del ’20, y propusieron que el universo generaba materia nueva en forma constante para rellenar el espacio nuevo. Y fueron más lejos aun, declarando que la nueva materia era generada exactamente a un ritmo que hacía que el universo se viese siempre idéntico, todo el tiempo.

Los que apoyaban esta teoría, apodaron a su idea como “el principio cosmológico perfecto”. “Perfecto” porque su universo se veía igual en cualquier momento, comparado con el típico “principio cosmológico”, cuyo universo sólo se veía igual en cualquier lugar (homogeneidad) y en cualquier dirección (isotropía). Algunos lectores podrían replicar que tal principio cosmológico no es cierto. Por supuesto que si estuvieses de pie en Marte, lo que tuvieses alrededor se vería muy diferente que al estar parado (brevemente) en el núcleo de Júpiter. De todas formas, el principio cosmológico se aplica al universo sólo en grandes escalas, en distancias que atraviesan unas cuantas centenas de galaxias. El principio es una observación empírica; puede ser modificado si las observaciones así lo indican. Incluso hay observaciones interesantes entre los datos recientes, al respecto.

homogéneo e isotrópico

Una vista del universo en una de las escalas más grandes jamás observadas. Cada punto es una galaxia. Aunque se noten ciertos detalles como filas de galaxias juntas y huecos vacíos, en las escalas más grandes (cientos de millones de años luz) el universo se ve homogéneo e isótropo.

Su teoría opuesta se originó unas décadas antes, en la década del ’20. Un sacerdote belga, Georges Lemaître, tomó como punto de partida la (en ese entonces) reciente teoría de la Relatividad General de Einstein y propuso que toda la materia y la energía en el universo se había creado en un único suceso y que el universo se volvió menos denso al expandirse. Tal vez Lemaítre, un sacerdote, estuvo satisfecho con la parte de la creación, implícita en este modelo. Los que apoyaban la teoría del Estado Estacionario discreparon de la idea de que tanta materia y energía pudiesen haber sido creadas en un único suceso y Hoyle se burló de la teoría de Lemaître, llamándola “Big Bang” durante una entrevista de radio en 1949.

Los modelos del Estado Estacionario y del Big Bang eran igualmente plausibles y proveían una buena descripción de la historia y de la evolución del universo. Pero al menos una de ellas tenía que ser incorrecta. Afortunadamente, al igual que con todas las teorías útiles, cada una realizó predicciones claras y concisas que pudieron ser probadas mediante observación. Esto tomó varias décadas, pero por ahora, la idea del Estado Estacionario está en conflicto con una considerable cantidad de datos. Por ejemplo, las dos teorías predicen cantidades diferentes de galaxias distantes, y las cantidades halladas por los astrónomos coinciden con la teoría del Big Bang y no concuerdan con la teoría del Estado Estacionario. Además, la relativa abundancia de elementos como deuterio, helio y litio en comparación con el hidrógeno pueden ser calculados. Y estos datos son bien explicados por el universo si éste ha sido un reactor nuclear al tener entre 3 y 20 minutos de edad, un estado que implicado en la teoría del Big Bang, pero que nunca existió en el Estado Estacionario. La sentencia final de la teoría del Estado Estacionario ocurrió en la década del ’60, cuando una radiación de microondas que llegaba desde todas las direcciones del cielo fue observada. Esta radiación, ahora conocida por ser la luz más antigua en el universo, es llamada “Radiación de Fondo de Microondas”. Fue producida cuando el joven universo era caliente y opaco, un período que nunca existió en el modelo del Estado Estacionario y que no pudo explicar.

Un resumen más avanzado de los problemas sobre la idea del Estado Estacionario es dado por mi amigo Ned Wright en su tremenda clase de cosmología.

Los simpatizantes del Estado Estacionario no fueron crack-pots [N. del T.: un crack-pot es una persona que considera verdadera una idea que contradice a la mayormente apoyada] y ciertamente no fueron tontos. Por el contrario, Fred Hoyle fue el primero en describir cómo los elementos pesados se sintetizan en las estrellas a partir de hidrógeno y helio. Muchas de las observaciones que eventualmente favorecieron a la teoría del Big Bang necesitaron un largo tiempo para volverse convincentes. Por ejemplo, tomó décadas descifrar cuál fracción de litio observado era primordial y cuál generado más tarde en los núcleos de las estrellas. La edad del universo inicialmente proyectada por el Big Bang resultó ser más joven que la edad de las estrellas más viejas, situación que se resolvió finalmente al calcular la tasa de expansión del universo.

Incluso después de que la mayoría de la comunidad científica se mostrase a favor de la teoría del Big Bang, Hoyle intentó mantener viva la teoría del Estado Estacionario. Mientras que algunos han ridiculizado su postura, existe un lugar tranquilo en el plano científico para unas pocas mentes escépticas y serias. Hoyle continuó dándole forma a la teoría del Estado Estacionario explicando datos a pesar de que la teoría se volvió barroca. Escéptico, más tarde en vida, una vez desafió que la evolución biológica podría ser determinada por la selección natural. Sin embargo, una de sus ideas básicas, la panspermia, que enunciaba que formas esenciales para la vida podrían haber venido a la Tierra viajando en cometas, fue por un tiempo un serio punto de vista suyo. Al menos dos observaciones pueden hacerse de esta contrariedad: tal vez su escepticismo aventajó la corriente popular, por lo general fortaleciendo sus argumentos, a servicio de la ciencia. O quizás nos queda tomar el consuelo de que “funeral por funeral avanza la ciencia”.

Quizás lo más importante: si hubiese estado bien la teoría del Estado Estacionario, la canción del programa no hubiese sido ni de lejos así de interesante:

El universo entero estaba en un estado estacionario

Y repentinamente hace 14 mil millones de años nada especial pasó… ¡Espera!

Artículo original por David Saltzberg

Bienvenido a The Big Blog Theory en Español

6 noviembre 2009

Saludos, terrícola, y probable telespectador de cierta serie. Creé esta bitácora con la intención de traducir al español cada entrada del blog The Big Blog Theory de David Saltzberg, el científico detrás del sitcom The Big Bang Theory, quien intenta exponer explicaciones científicas en términos sencillos en relación con la serie en su pequeño espacio.

Recuerda que, aunque trato de ser cuidadoso y saber sobre qué diablos voy a escribir al traducir, puedo equivocarme. No dudes en comentar si ves alguna frase sin sentido o un término incorrecto (pero hazme el favor de verificar si realmente es un error leyendo el texto original).

Pasa y disfruta.