Correcting for Quantum Collapse

Source:  Summaries of recent literature by Science editors.

RESEARCH HIGHLIGHTS 8 MARCH 2013 VOLUME 339, ISSUE 6124

PHYSICS

Ian S. Osborne

The predicament faced by Schrödinger's cat is, perhaps, a broadly known if not wholly understood example of quantum mechanics that illustrates well the weirdness of the quantum world and the kinds of barriers faced by those now trying to control and manipulate it. The rules of quantum mechanics dictate that the mere measurement of a quantum system, describable mathematically in terms of a wavefunction, results in the irreversible collapse of that wavefunction and forces a definitive answer—the cat being either dead or alive. In quantum computing, wavefunction collapse presents a real issue because errors induced by unavoidable interactions with its environment look very much like measurements and can lead to a breakdown of the very quantum state you are trying to do a computation with. Methods have been introduced to correct those errors, which are then fed back into the system to keep the quantum state functional. Schindler et al. show that such error correction strategies can be used to undo a quantum measurement. Using a system of cold atoms and a series of laser pulses, they distributed some of the knowledge they had of the quantum state of the atom of interest across the whole system. In doing so, they have shown that the state of a particular atom can be measured, but that it can be returned to the same superposition state (being both alive and dead) that it was in before the measurement. Such manipulations should lead to Schrödinger's cats with more than nine lives and, perhaps, simpler architectures for quantum processors.

Phys. Rev. Lett. 110, 070403 (2013).
AAAS / Science  |  1200 New York Avenue NW  |  Washington, DC 20005  |  U.S.A.  

“El universo es comprensible y entendemos cómo funciona”

RASHID SUNYAEV | DIRECTOR DEL INSTITUTO MAX PLANCK DE ASTROFÍSICA

Los agujeros negros brillan por la fricción de la materia que va cayendo en ellos

ALICIA RIVERA Madrid 5 MAR 2013 - 23:40 CET17

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El astrofísico Rashid Sunyaev en la sede de la Fundación BBVA, en Madrid. / GORKA LEJARCEGI (EL PAÍS)

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“Sí, entendemos cómo funciona el cosmos, sus propiedades fundamentales. El universo es comprensible”, dice el astrofísico Rashid Sunyaev. En la conversación salta cómodamente desde los primeros instantes tras el Big Bang hasta la misteriosa energía oscura del universo más evolucionado —que está acelerando su expansión—, pasando por las fases de formación de las primeras estrellas y, después, de galaxias y cúmulos de galaxias, sin dejar de lado los agujeros negros brillantes. Con 70 años recién cumplidos, este uzbeko, nacido en Tashkent, dio sus primeros pasos científicos de la mano de uno de los más grandes de la física de partículas y la cosmología, el ruso Yakov Zeldóvich, primero como estudiante suyo en Moscú y luego como colaborador. Sunyaev no pudo salir de la Unión Soviética hasta 1981 y parece que, en las últimas dos décadas, se está desquitando en cuanto a movilidad internacional: es director del Instituto Max Planck de Astrofísica en Garching (Alemania) a la vez que jefe del Departamento de Astrofísica de Alta Energía del Instituto de Investigación Espacial (Moscú) y mantiene colaboraciones científicas en EE UU.

Esta semana ha estado en Madrid para dar una conferencia sobre Los cúmulos de galaxias en la Fundación BBVA.

Pregunta. ¿Cuándo se formaron las estrellas y las galaxias en la historia del universo?

Respuesta. Las estrellas se formaron antes y fueron formando galaxias y estas fueron formando cúmulos, que son los objetos más masivos del universo. La mayoría de los cúmulos empezaron a ser importantes unos 4.000 millones de años después del Big Bang, y ahora el cosmos tiene casi 14.000 millones de años. Las perturbaciones de densidad iniciales fueron las semillas que crecieron y formaron los cuerpos celestes, galaxias y cúmulos.

P. ¿Cuántos cúmulos de galaxias hay?

R. Queremos detectar todos los cúmulos en el universo observable con el detector espacial eRosita \[se lanzará en 2014\] y serán entre 100.000 y 150.000. En cada cúmulo hay cientos o miles de galaxias, depende de lo rico que sea.

P. Aun así, la materia ordinaria supone menos del 5% de todo lo que existe.

R. Sí, el 4,5%. El resto es materia oscura \[22,5%\] y energía oscura \[73%\], que empieza a ser muy significativa en la evolución del cosmos cuando este tenía unos 5.000 millones de años. Pero en los cúmulos la energía oscura no es importante y están compuestos de galaxias con estrellas (un porcentaje pequeño del total), gas muy caliente (15%) y materia oscura (80%). Para conocer la composición y los parámetros fundamentales del cosmos ha sido muy importante el telescopio espacial estadounidense WMAP.

P. Ahora está a punto de ofrecer nuevos datos el Planck, también dedicado a observar la radiación de fondo. ¿Cuenta con resultados espectaculares en la presentación que la Agencia Europea del Espacio realizará el próximo 21 de marzo?

R. Soy miembro del equipo del Planck y tengo que respetar la confidencialidad de los resultados hasta que se hagan públicos. Pero será una presentación importante. Y hay jóvenes científicos españoles muy brillantes y muy activos en el equipo. Planck tiene más sensibilidad que cualquier otro observatorio de este tipo, lo que puede significar encontrar algo inesperado o proporcionar datos mucho más precisos.

P. Usted ha trabajado en agujeros negros. ¿Cuándo se empezaron a formar?

R. No son del universo primitivo. Los agujeros negros supermasivos más lejanos que vemos son de unos 700 millones de años después del Big Bang y luego se hacen muy numerosos y muy brillantes cuando el cosmos tiene unos 3.000 millones de años. Los pequeños, los agujeros que se forman por el colapso de una estrella masiva, son anteriores, de unos 100 millones de años.

P. Y brillan, pese a ser agujeros negros.

R. Si, fue una investigación de cuando yo era muy joven... Un agujero negro traga materia, pero esta no cae directamente en él, sino que gira en espiral a su alrededor. La materia, el gas, rota en capas y entre ellas hay fricción, por lo que se calientan muchísimo, de manera que el disco alrededor del agujero negro emite en rayos X y en luz visible... Por ejemplo, los agujeros negros más brillantes que vemos están devorando cada segundo materia equivalente a tres veces la masa de la Tierra.

P. ¿Entienden los científicos cómo funciona el universo?

R. Sí. El universo es comprensible y conocemos sus propiedades generales, pero dentro de nuestro horizonte, es decir, de lo que podemos observar, aunque no podemos decir lo que hay mucho más allá. Sus características dependen de las condiciones en los primeros instantes. Por ejemplo, su composición química: prácticamente el 100% del litio de las baterías de su grabadora se creó en las reacciones nucleares de los primeros minutos del universo, igual que todo el deuterio, el combustible del sueño de la fusión nuclear. Es impresionante. Estamos seguros de que no hay otra forma de crearlos y las predicciones de la cantidad de deuterio o de litio generado en aquellas reacciones del cosmos primitivo se han comprobado observacionalmente con precisión.

P. Usted empezó su carrera como estudiante de Zeldóvich.

R. Sí, en 1965. Fui con él para hacer la tesis. Quería física de partículas y le dije que no me gustaba la astronomía porque el jefe de mi departamento me había dicho que yo era un buen estudiante, un tío inteligente, y que la astronomía era una ciencia inútil. Zeldóvich me dijo que primero le ayudara con un par de problemas científicos y que luego me pasara a partículas. Pero ese par de problemas de astronomía... Me di cuenta de que era muy interesante. Le aseguro que la física del universo... ¡Es tan bonita! Zeldóvich, desde el primer momento, me orientó hacia la cosmología, le interesaba el universo en su conjunto y sus propiedades.

P. No le permitieron salir al extranjero hasta 1981.

R. Sí, y eso que yo era solo astrónomo y no había tenido nada que ver con investigación militar o nuclear. Zeldóvich había creado las bombas, pero yo no. Pude ir a París en 1981 ¡y fue un impacto cultural!

P. Ahora trabaja en Alemania.

R. Y en Moscú. Además, soy visitante en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton (EE UU). En los años noventa la financiación de la ciencia en Rusia era insignificante y yo tenía un grupo de jóvenes muy brillantes, pero allí era imposible entonces ganarse la vida en la ciencia. Recibí varias ofertas de EE UU y de Alemania y acepté la de Garching porque está más cerca de Moscú. Así los jóvenes de mi grupo podían ir a trabajar unos meses a Alemania y, con el dinero que ganaban, mantener a sus familias y sobrevivir en Moscú. Ahora las cosas han cambiado, no son ricos, pero pueden vivir de la ciencia en Rusia. Y yo sigo yendo y viniendo de un lugar a otro.

Fuente ...EL PAIS

   

ENTRE LA CIENCIA Y LA FE 

Una visita a Castel Gandolfo, la primera etapa del retiro de Ratzinger

Por: Jesús Rodríguez| 28 de febrero de 2013

Puerta interior de Castel Gandolfo. Fotografía de Alfredo Cáliz

En el momento en que Joseph Ratzinger deje de ser Benedicto XVI, destruyan su anillo, descienda del helicóptero que le conducirá los 20 kilómetros que separan el Vaticano del Lago albano, atraviese la empinada cuesta que conduce al umbral del viejo palacio de Castel Gandolfo con sus carteles que advierten al incauto visitante, “proprietà della Santa Sede. Parcheggio Riservato”, cruce la bellísima puerta de madera del siglo XVIII surcada de cerrojos masónicos, salude al joven gendarme vaticano y al viejo conserje, atraviese el patio empedrado, suba a mano derecha en el pequeño ascensor de madera para dos personas construido a comienzos del siglo XX, ascienda al segundo piso y se introduzca en el apartamento papal sobre la plaza del pueblo, tendrá sobre su cabeza uno de los más bellos y curiosos observatorios astronómicos del mundo, la Specola Vaticana, dirigida por los jesuitas. Los astrónomos del Papa.

Benedixto XVI en su apartamento de Castel Gandolfo, bajo el telescopio.

En la primavera de 2007, empezamos a trabajar en un reportaje para el País Semanal sobre la Compañía de Jesús, que se publicaría ese mismo otoño bajo el título de ‘Los marines del Papa’. No fue fácil elegir qué queríamos ver. Los jesuitas, una orden religiosa fundada por el español Ignacio de Loyola en 1540 en el entorno universitario, ha sido históricamente la más poderosa y activa del catolicismo. Hoy cuenta con cerca de 20.000 miembros repartidos por 127 países, de los que 1.300 están destinados en España. Represaliados por Juan Pablo II por sus ínfulas progresistas y su protagonismo al frente de la Teología de la Liberación, y muy envejecida, aún conserva sin embargo una impresionante red propia en todo el mundo que, puede competir con la de la CIA. En cada rincón extremo del planeta, desde Kabul a Lagos, Kioto o Bagdad, hay un jesuita. Suyas son algunas de las más importantes universidades de todo el mundo, por ejemplo, Georgetown, en Washington DC, la cantera de la diplomacia estadounidense y el centro universitario donde el Príncipe Felipe cursó su máster de dos años en Relaciones Internacionales.

Entre las obras que la curia de los jesuitas nos dio a elegir para visitar en la realización del reportaje, nos sorprendió la presencia de la Specola. ¿Specola? Nunca habíamos oído hablar de ella. Lo más exótico del asunto es que fuera totalmente desconocida y, sin embargo, compartiera espacio con la residencia de verano del Papa. El infranqueable palacio de Castel Gandolfo, colgado desde el siglo XVII sobre el Lago Albano y rodeado por bosques inaccesibles y grandes viñedos. Una propiedad de 55 hectáreas, con unos jardines maravillosos, que nunca se visita, donde la pompa y ceremonia vaticana se relaja y que guarda los secretos del descanso papal desde hace 300 años. Aquí, por ejemplo, murió durante sus vacaciones Pablo VI, a las 21.42 minutos del 6 de agosto de 1978, de un infarto agudo de miocardio.

Uno de los observatorios de Castel Gandolfo.

No dudamos un segundo en que había que visitar Castel Gandolfo. Era una ocasión única para husmear en la vida del Papa, que apenas llevaba en el trono de Pedro dos años. Llegamos una mañana de calor. Llamamos a un timbre de baquelita. Nos franqueó la entrada un conserje somnoliento. Deambulamos unos minutos por el conjunto en total soledad. Llegó nuestro anfitrión. La sorpresa es que acompañados por el director del Observatorio, el sacerdote y astrónomo argentino José Gabriel Funes, de 49 años, natural de Córdoba, responsable del observatorio desde 2006 (“aquí lo que hacemos es estudiar las estrellas, los meteoritos, las galaxias y la cosmología”),gozamos de total libertad para movernos por el palacio que parecía desierto aunque en estado de revista. Pocos sitios he visto tan bellos y plácidos como Castel Gandolfo, donde Ratzinger vivirá sus últimos días como semipapa, antes de enterrarse de por vida en el monasterio Mater Ecclesia, su última morada hasta que muera, a la sombra de la antena de Radio Vaticano, el supercomplejo mediático de la Santa Sede en el que los jesuitas han tenido siempre un preponderante papel ejecutivo.

José Funes trabajando en uno de los telescopios. Fotografía de Alfredo Cáliz.

La pequeña comunidad de jesuitas-astrónomos de Castel Gandolfo estaba compuesta por seis personas cuya única tarea es estudiar las estrellas vestidos con clergyman. La Compañía de Jesús ha estado unida a la astronomía desde el siglo XVI y XVII, con sendos observatorios en su Colegio Romano y la Iglesia de San Ignacio de Loyola, en Roma. En Castel Gandolfo, toda la planta superior del palacio sobre los apartamentos papales, forma parte de la Specola. Es el territorio de los ubicuos jesuitas. Está presidida por dos grandes telescopios Carl Zeiss de aspecto vintage, bajo unas impresionantes cúpulas de lamas de madera pulida como la tarima de un palacio, que se descorren a mano con un curioso sistema; el conjunto se completa con varios relojes de tiempo sidéreo (que se aproxima al movimiento de las estrellas), aulas, un pequeño museo y varios laboratorios. Entre las joyas de los jesuitas en este territorio Vaticano (desde el Tratado de Letrán, en 1929, Castel Gandolfo posee derechos de extraterritorialidad frente al Estado italiano y es administrado por la Santa Sede), se encuentra una de las colecciones más importantes de meteoritos del mundo y una impresionante biblioteca con 22.000 volúmenes sobre temas astronómicos con obras originales y primeras ediciones de Copérnico, Galileo, Newton y Kepler.

Sabino Maffeo, en la biblioteca de Castel Gandolfo. Fotografía de Alfredo Cáliz.

Allí encontramos estudiando una antigua obra prohibida de Galileo propiedad de la Santa Sede, al padre Sabino Maffeo, que acaba de cumplir 90 años. Maffeo, sacerdote, físico, científico, fue director del Observatorio y Provincial de los jesuitas en Italia en los años más convulsos de la iglesia católica y la política italiana. Él no llevaba alzacuellos. Es un mito entre los jesuitas. Con su melena algodonosa, vestía de viejo investigador de Harvard o Yale, grueso jersey negro, chinos y zapatillas Superga. Apenas se fijó en nosotros. No puso problemas para posar para un retrato. Hablamos unos minutos sobre el físico y cosmólogoStephen Hawking, que acababa de publicar un trabajo donde sostenía que Dios no servía para explicar el nacimiento del universo. “El error de Hawking es razonar sobre Dios como si fuera una realidad que puede descubrirse con argumentos de física y matemáticas”, sentenció. Y se volvió a enfrascar en su incunable de Galileo.

Fotografía de Alfredo Cáliz.

El observatorio del Papa que estábamos visitando y al que pocos tienen acceso, fue creado un par de siglos antes que este propio palacio, en 1578, cuando el Papa Gregorio XIII hizo erigir un telescopio en la Torre de los Vientos, en el Vaticano. Desde siempre, los jesuitas estuvieron detrás del centro. En 1891, se ampliaría en la Colina Vaticana, detrás de San Pedro y, más tarde, en 1935, debido al aumento de luz eléctrica en Roma, que comenzó a hacer imposible el estudio de las estrellas, otro Papa, Pío XI dispuso que se trasladase a este lugar campestre. En 1981, el Observatorio fundó un segundo centro de investigación, el “Vatican Observatory Research Group en la ciudad de Tucson, en Arizona (Estados Unidos), en colaboración con el ObservatorioSteward de la Universidad de Arizona. En 1993, el Observatorio (financiado por la Santa Sede), concluyó la construcción del Telescopio Vaticano de Tecnología Avanzada (VATT), en el Monte Graham, también en Arizona, a más de 3.000 metros de altura, en el el mejor rincón para observaciones astronómicas del continente norteamericano.

El Padre Funes fue astrónomo antes que jesuita. Es un tipo curioso, grueso y agradable. Con poca pinta de cura. Le pregunté que si siendo un hombre de ciencia, un físico de prestigio, no temía perder la fe. “Eso le puede pasar a cualquiera, aunque no sea un científico. Pero yo creo que la ciencia también te puede ayudar a tener una fe más grande; a mí me ayuda en mi investigación; y mi forma de investigar me ayuda en mi fe. La ciencia y la fe no son contradictorias. La ciencia de calidad ayuda a la fe. El problema es la ignorancia mutua. Y eso ha pasado mucho en la Iglesia. Pero las tensiones son sanas y los conflictos ayudan”.

-Qué investiga usted Padre Funes?

-Investigamos el universo: el sistema solar, las estrellas de nuestra galaxia, las otras galaxias y el Big Bang. Yo estoy trabajando en la formación de estrellas en el universo local, la historia de la formación estelar en la galaxia NGC 5128 y otras galaxias del mismo tipo. Estas son galaxias "cercanas", es decir, la luz que nos llega de sus estrellas salió de aquellas galaxias hace no más de 100 millones de años.

-¿Y para qué quiere el Papa un observatorio, para encontrar a Dios?

-Nosotros no estamos aquí para hacerle horóscopos, ni localizar extraterrestres para bautizarlos. Tampoco queremos probar que la Biblia tiene razón utilizando la astronomía como instrumento. Nuestra misión es caminar con los científicos. Queremos participar del cansancio de la búsqueda, de la alegría del descubrimiento científico y de ser un puente entre la Iglesia y el mundo de la ciencia promoviendo el diálogo interdisciplinario. Somos sacerdotes y somos científicos. En ese orden.

-Por qué los jesuitas están a cargo del observatorio del Papa?

-La Compañía ha valorado siempre el conocimiento científico, desde el siglo XVI. Es nuestro modo de entender la espiritualidad. Buscamos a Dios en todas las cosas y, entre ellas, en la investigación científica. Somos curiosos. Piense que la astronomía es una ciencia inútil: no se obtiene nada beneficioso de ella. Es ciencia pura sin aplicación práctica. Por eso nos vuelve más humanos; más pequeños. Ayudar a la salvación de las personas no consiste solo en decir misa, sino en compartir los conocimientos científicos que adquirimos con nuestros hermanos. No hay que temer a la ciencia; la Iglesia no debe temer a la ciencia. Debe ponerla al servicio de los demás.

A partir de hoy, Joseph Ratzinger, el Papa que intentó buscar un nexo entre fe y razón, tendrá un buen compañero de tertulia, José Gabriel Funes, el jesuita-astrónomo.

Fuente....http://blogs.elpais.com/el-reportero-impertinente/2013/02/el-%C3%BAltimo-refugio-de-joseph-ratzinger-al-descubierto.html

Davos: The Future of Space

By Mariette DiChristina | January 28, 2013 |  2

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Panel for "The Future of Space" at the World Economic Forum meeting in Davos. Left to right, Mariette DiChristina, Julien Anfruns, Brian Weeden, Ray Johnson and Eric Anderson. Credit: Mariette DiChristina

Space: the beneficial frontier. That was the underlying theme of a panel called “The Future of Space,” which I moderated at the World Economic Forum’s annual meeting at Davos, Switzerland. It was the first such session on space services in the formal part of the program at this meeting of leaders in policy and business—and its focus was decidedly down to Earth.

“We want to educate people about the utility of space,” noted panelist Brian Weeden, technical adviser, Secure World Foundation. The panel discussed applications of orbiting satellites, including weather observations, climate studies, GPS location services, security—and even preserving cultural artifacts.

“Many of the world’s great global challenges can be effectively addressed by space-based satellites,” added panelist Ray O. Johnson, senior vice president and chief technology officer of Lockheed Martin.

“We are users of this technology especially for disaster relief,” said panelist Julien Anfruns, director-general, International Council of Museums. He showed images of war zones, where leaders can ensure that areas of cultural importance have not been damaged—or track whether they have been. Weeden noted the technology also has been used for war prevention in Sudan.

Along with the benefits come challenges, however. Growing services mean there are some 1,000 active satellites—and 21,000 pieces of debris bigger than 10 centimeter, with a much more vast number smaller than that (and still potentially dangerous). Other challenges include crowded communication bands, just as skyrocketing cellphone use creates crowding here on Earth, and even potential intentional signal jamming. Externally, solar storms, where the sun releases bursts of electromagnetic energy, could cause service disruptions on satellites, electrical power grids and mission launches.

The challenges are not only technological. Other areas of concern include finding good models for governance of this global common and updating legal frameworks, with are relicts of the Cold War. Eric Anderson, chairman and cofounder of Space Adventures, mentioned, for instance, the Outer Space Treaty of 1967. (See Anderson’s summary post of the session for the WEF blog here ).

At the end of the session, I asked each panelist what one thing he would like to see happen. Johnson called for seeding of public-private

An illustration of the topics covered in The Future of Space panel discussion at the World Economic Forum meeting at Davos. Credit: Mariette DiChristina

partnerships to build coherent policy programs. Anderson wanted to further establish property rights—maybe even incentives plans—and to ease Cold War-era restrictions. Anfruns encouraged reaching out to the public to provide them with better knowledge about cultural and scientific benefits. Weeden sought ways to connect people working in the space arena with the people who would benefit from such services. For another interesting perspective, see the “mind map” created by the WEF team. One thing is clear: There’ll be plenty to discuss in future WEF sessions.

About the Author: Editor in Chief, Mariette DiChristina, oversees Scientific American,ScientificAmerican.com, Scientific American MIND and all newsstand special editions. Follow on Twitter @mdichristina.

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La supuesta paradoja de la Relatividad resuelta Posted: 29 Jan 2013 12:32 PM PST Referencia: Science.org . por Adrian Cho , el 25 de enero de 2013 El supuesto conflicto entre la teoría centenaria de la electrodinámica clásica y la teoría de Einstein de la relatividad especial no existe, según indican un grupo de físicos. En abril pasado, Masud Mansuripur, un ingeniero eléctrico de la Universidad de Arizona en Tucson, declaró que la ecuación que determina la fuerza ejercida sobre una partícula cargada eléctricamente por los campos eléctricos y magnéticos —la fuerza de Lorentz—, choca con la relatividad, la teoría de que los centros, como observadores, moviéndose a una velocidad relativa constante entre sí verán los mismos acontecimientos. Para demostrarlo, elaboró un simple "experimento mental" en el que la ley de la fuerza de Lorentz parecía conducir a una paradoja, que describió en Physical Review Letters (PRL). Ahora, cuatro físicos independientes dicen que han resuelto esta paradoja en comentarios publicados en PRL. "Masud está completamente convencido de que tiene razón, pero no es así", discute Stephen Barnett, uno de los comentaristas, de la Universidad de Strathclyde en Glasgow, Reino Unido. Para entender la fuerza de Lorentz, supongamos que un partícula cargada se mueve a través de unos campos eléctricos y magnéticos. La ley de la fuerza de Lorentz establece que el campo eléctrico empujará la partícula en la misma dirección que el campo, mientras que el campo magnético la empujará en una dirección perpendicular tanto al campo magnético como a la velocidad de la partícula. Esta ley se utiliza a menudo para ilustrar cómo en la relatividad, por ejemplo, una fuerza que parece ser puramente eléctrica para un observador, parecerá tanto eléctrica como magnética para el observador que se mueve a una velocidad diferente. Pero Mansuripur ideó un ejemplo en el cual la ley parecía conducir a una contradicción lógica. Consideremos la posibilidad de una carga eléctrica puntual situada a una distancia fija de un pequeño imán (ver imagen). El imán no tiene carga, por lo que no experimenta ninguna fuerza desde el campo eléctrico cargado. De igual manera, la carga no magnetizada tampoco interactúa con el campo magnético del imán. Así que, no pasa nada. Ahora imaginemos cómo se ven las cosas desde un "marco móvil de referencia" donde la carga y el imán se deslizan a una velocidad constante. Gracias a los extraños efectos de la relatividad, el imán parece tener más carga positiva en un lado y más carga negativa en el otro. Así pues, el punto de carga tirará de un lado del imán y empujará el otro, creando un par de torsión, según explicaba Mansuripur. Los detalles van así. El imán puede pensarse como un pequeño bucle de alambre en el que los electrones cargados negativamente corren a través de los iones positivos estacionarios. Dentro de un marco en el cual el anillo es estacionario, los electrones y los iones están igualmente espaciados y el anillo aparece sin carga. Pero en un marco móvil, los electrones en un lado del anillo se mueven más rápido que los otros respecto al observador. Así que, gracias a la extraña "contracción de Lorentz" de la relatividad, los electrones de un lado aparecen más apretados de espacio y los del otro lado con espacio más holgado, creando el desequilibrio de la carga. Sin embargo, según la relatividad, el imán no puede más que girar en un marco y no en el otro, apunta Mansuripur, por lo que los resultados son paradójicos. Para evitar el problema, aboga por sustituir la ley de Lorentz con una que trate el magnetismo de forma diferente. Pero Mansuripur ha olvidado algo, según argumentan los cuatro comentaristas. Gracias a esta rareza de la relatividad especial, el imán también posee un raro "momentum angular oculto" que en el marco móvil aumenta constantemente. Por su propia definición, un torque es igual a un cambio en el momento angular. Así que, en vez de girar el imán, el torque del marco de movimiento, simplemente, alimenta el incremento del momento angular oculto. Problema resuelto. Así es como se produce el momento angular oculto. Si si piensa en el imán como un bucle de corriente, entonces, desde un lado del bucle del campo eléctrico del punto de carga se empuja a los electrones en la dirección en la que ya están en movimiento y aumenta su energía. En el otro lado del bucle, el campo eléctrico se opone al movimiento de los electrones y mina su energía. Entonces tenemos que, hay un flujo neto de energía de un lado al otro del bucle. Gracias a la ecuación de Einstein, E=mc2, sabemos que el flujo de energía es equivalente al movimiento de la masa, lo cual a su vez es equivalente al momentum. Por lo tanto, el flujo de energía da al imán un camino secundario de momentum oculto, incluso aunque no se esté moviendo lateralmente. En un marco de movimiento, este momentum oculto también da lugar a un aumento de momentum angular. Para ver cómo funciona esto, supongamos que giras una bola en el extremo de una cuerda sobre tu cabeza. En algún momento, la pelota tiene un momentum (impulso) que apunta perpendicular a la cuerda y le da un impulso angular alrededor de la mano, y que ese momentum angular aumenta a medida que sueltas la cuerda. De la misma manera, en el marco móvil, el retroceso secundario del momentum oculto del imán conduce a un constante aumento del momentum angular. Y esta inflación del momentum angular absoluto requiere el torque que es el que identifica Mansuripur, explican los comentaristas. Mansuripur está apegado a su defensa. Él argumenta que el momentum oculto, que fue identificado en la década de 1960, es un concepto mal definido, que simplemente disimula el problema. "Ese ha sido siempre el problema con el momentum oculto", señala Mansuripur. "Usted sabe que le falta algo, así que postula su existencia". Él afirma que su enfoque elimina la necesidad de un momentum oculto. Otros dicen que el momentum oculto es parte integrante de la relatividad. "Si tenemos un sistema con un movimiento interno que está sujeto a una fuerza externa, entonces el momentum oculto es una propiedad general", dice Daniel Vanzella, uno de los comentaristas, de la Universidad de São Paulo, en São Carlos, Brasil. "No es una invención ad hoc puesta para conciliar las cosas". Vanzella también apunta a que, matemáticamente, la ley de la fuerza de Lorentz se puede escribir de forma que garantice que encaje con la relatividad, por lo que es "sencillamente imposible" que contradiga la teoría. Algunos físicos argumentan que el documento de Mansuripur nunca debió publicarse. "No podría estar más en desacuerdo", dice Barnett. "¿No es mejor publicar cosas que sean interesantes y no cosas que patean la teoría de la relatividad general enviándola a la cuneta?" Aunque añade que el argumento ha sido extremadamente civilizado: "Masud es muy apasionado de lo que ha hecho, pero es un caballero". Imagen: Paradox perdida. Crédito: Preston Huey / Science / AAAS .

A 50 años de las Revoluciones Científicas de Kuhn

Referencia: RedOrbit.com .

Por Jedidiah Becker, 1 de enero 2013

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Si bien 2012 fue un año de hitos para la ciencia, un acontecimiento de excepcional importancia, pasó casi desapercibido para la mayoría de los observadores científicos: el 50 aniversario de uno de los libros más influyentes y revolucionarios de la ciencia, y del que probablemente nunca has oído hablar.

En 1962, la University of Chicago Press, acababa de publicar más de mil ejemplares de un pequeño libro titulado “La estructura de las revoluciones científicas”, escrito por un relativamente joven y desconocido académico llamado Thomas Kuhn. Formado como físico en la Universidad de Harvard, Kuhn enseñó en la universidad de Ivy League durante varios años, antes de tomar posesión permanente en la Universidad de California, en Berkeley.

Mientras trabajaba como profesor en Harvard a finales de 1950, el presidente de la Universidad, James B. Conant, recién acababa de lanzar un nuevo programa que requería que todos los estudiantes universitarios tomaran por lo menos un curso de ciencia general. Conant sostenía la nueva noción de que toda persona educada en una sociedad moderna debería tener al menos un entendimiento básico de las ciencias, una idea que fue finalmente aprobada por prácticamente todas las universidades del país. Hoy en día, tanto los colegios como universidades de élite requieren que incluso los estudiantes de cine y de arte tengan por lo menos unas nociones básicas de biología.

En 1956, Conant pidió a Kuhn que enseñara uno de estos cursos de ciencia general para estudiantes no científicos, y Kuhn aceptó. Y mientras los profesores de hoy día a menudo se burlan de la enseñanza de estos cursos introductorios básicos, Kuhn aprovechó la oportunidad para ahondar en la historia de la ciencia, se centró en gran medida en los estudios de los primeros científicos y en las teorías científicas. Al preparar el plan de estudios para la clase, Kuhn se topó con los escritos de un tan afamado como improbable pensador científico, un encuentro que no sólo cambió la trayectoria de su carrera sino que con el tiempo cambiaría las bases del mundo de la ciencia moderna.

Este antiguo científico fue Aristóteles, y en tanto leía su tratado de física, se le ocurrió un pensamiento sorprendente: Mientras Aristóteles reflexionaba sobre la política, la ética y la lógica era brillantemente perspicaz, y conseguía ser relevante incluso para nosotros hoy día, pero sus escritos sobre las ciencias físicas le hacían parecer como un completo idiota para los estándares modernos.

Al reflexionar sobre este tiempo de crisis y perplejidad años más tarde, Kuhn escribió: "Descubrí rápidamente que Aristóteles no sabía prácticamente nada de mecánica ... Me pareció molesto, porque conforme estaba leyendo, Aristóteles parecía no sólo ignorante de la mecánica, sino también un científico físico terriblemente malo. Acerca de movimiento, en particular, sus escritos me parecieron lleno de graves errores, tanto de lógica como de observación. "Y sin embargo, destaca como uno de los pilares de hace más de dos milenios de pensamiento occidental, donde el genio extraño y deslumbrante de Aristóteles era incuestionable.

Esta paradoja desató un bombardeo de preguntas que comenzaron a fastidiar a Kuhn: "¿Cómo el talento tan característico para la sistematización de Aristóteles pudo abandonarle cuando atendía al estudio del movimiento y la mecánica? Y análogamente, si tanto le había abandonado su talento, ¿por qué sus escritos de física fueron tomados tan en serio durante tantos siglos después de su muerte? Estas preguntas me sorprendieron. Podía creer que Aristóteles hubiese tropezado, pero no que, al entrar en la física, se estrellara completamente."

No obstante, casi tan pronto como Kuhn se planteaba estas preguntas, unas respuestas empezaron a cristalizar en su mente.

De lo que Kuhn se dio cuenta –y más tarde se convirtió en el núcleo de su revolucionario pequeño libro de ciencia–, es que no se puede comprender de verdad la ciencia aristotélica, o cualquier otro pensamiento histórico científico, viéndolo a través de la lente "moderna" del conocimiento científico. En cambio, si queremos entender la idea de los pre-modernos científicos, como fueron Aristóteles, Francis Bacon o Descartes René, debemos examinar primero las tradiciones intelectuales y el marco dentro del cual estos científicos se movían, respiraban y vivían.

Uno de los ejemplos más famosos y accesibles de esta idea, señalaba Kuhn, era que el simple concepto de "movimiento" tenía connotaciones muy distintas en la lengua griega que en la cultura actual, digamos que, en el inglés moderno. Para Aristóteles, el "movimiento" estaba entrelazado inseparablemente con la noción de "cambio" en general, una distinción semántica aparentemente simple que, sin embargo, afectaba profundamente a la forma en que este emblemático filósofo era capaz de pensar en los objetos que se mueven en el espacio.

Con esta visión crucial en mente, Kuhn comenzó a estudiar el pensamiento científico en su contexto histórico y filosófico. Desde la antigüedad, pasando por la Edad Media y la Ilustración, todo el camino hasta llegar al siglo XX; Kuhn exploró los escritos de científicos tan diversos como Ptolomeo, Copérnico, Newton, Coulomb, Faraday y Planck, así como sus contemporáneos y colegas menos conocidos. Lo que fue surgiendo de sus estudios fue una perspectiva de aquello que comúnmente se llama "progreso científico", que difería radicalmente de la mantenida por la mayoría de los científicos y filósofos de la época.

El avance de la ciencia ha sido  considerado durante mucho tiempo como una acumulación gradual de conocimientos y de comprensión acerca de cómo funciona nuestro mundo. Blandiendo un tesoro de datos históricos y una visión sociológica entusiasta, Kuhn cuestionó esta idea y afirmó que, el progreso científico es en realidad el producto de sucesivas revoluciones contra los paradigmas científicos aceptados, eran erupciones periódicas y discordantes de destrucción creativa en las que la forma errónea de ver el mundo quedaba de pronto desacreditada y abandonada, mientras los científicos se apresuraban a reemplazarla con una imagen nueva y más exacta de la realidad. Desde esta perspectiva, el progreso científico no es una marcha constante hacia las verdades absolutas acerca de nuestro universo, sino más bien una serie de pasos que lo distanciaban de las explicaciones menos precisas de cómo funciona la naturaleza.

Esta sinopsis del argumento penetrante y sutil de Kuhn, baste decir, su opus magnum (que él modestamente calificó como un "esbozo"), que se enfocaba y aplicaba al progreso científico, alteraba de manera sustancial la forma en que los científicos modernos consideran su profesión. Aunque se trate de un trabajo muy cerebral y estimulante para leer, estas 172 páginas de reflexión han vendido más de 1,4 millones de copias hasta la fecha, siendo uno de los libros académicos más referenciados de todos los tiempos. En resumen, “La estructura de las revoluciones científicas” es a la academia lo que ‘Avatar’ es a la taquilla internacional, o lo que Adam Smith, con su “La riqueza de las naciones” es al estudio de la economía.

Kuhn no sólo popularizó como nadie los términos de "cambio de paradigma" y "ciencia convencional", también incidió en la conciencia colectiva de la ciencia y la obligó a ser más consciente de sí misma y autocrítica. De alguna manera, desinfló un poco el triunfalismo de la ciencia moderna, a cambio de inyectar una buena dosis de prudencia y sobriedad. Durante medio siglo, su obra ha servido para recordar a los investigadores científicos de todas las disciplinas que, si bien hoy pueden estar en la vanguardia de la ciencia, su comprensión del mundo podría incluso provocar las risas de los niños en las escuelas del mañana.

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- Imagen 1) Thomas Kuhn. Imagen 2) Aristóteles dando clases a Alejandro Magno  Imagen 3) Universum, Flammarion, grabado, París (1888); versión coloreada de Hugo Heikenwaelder, Viena (1998), en Wikipedia.

El significado en el cerebro: cómo su mente organiza la realidad

Posted: 27 Dec 2012 11:14 PM PST

Referencia: blogs.Scientific.American.com .

Por Ben Thomas , 26 de diciembre 2012

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Le llamaban "Diógenes el Cínico", porque "cínico" venía a significar que vivía como un "perro", y él tenía la costumbre de tomar el sol desnudo en el césped, en tanto sus colegas filósofos conversaban en el porche. Y mientras los demás discutían los misterios del cosmos, Diógenes prefería disfrutar de algunos rayos de sol; algunos lo han llamado el Jimmy Buffett de la antigua Grecia.

En fin, una mañana, el gran filósofo Platón tuvo un golpe de intuición. Captó la atención de todos, reunió a una multitud a su alrededor, y anunció su deducción: "Un hombre se define como un animal sin pelo, sin plumas y con dos patas". Entonces, Diógenes saltó repentinamente desde el césped, salió corriendo hacia el mercado, cuando volvió se subió al porche llevando un pollo desplumado, que mantenía en alto mientras gritaba: "¡Contemplad: He aquí ... un hombre!"

Estoy seguro de que a Platón no le gustó nada este truco, pero la historia nos recuerda que estos primeros filósofos seguían martilleando los principios más básicos de la ciencia que ahora conocemos como taxonomía: La agrupación de objetos del mundo en categorías abstractas. Esta técnica de atajar la realidad no fue inventada en la antigua Grecia. De hecho, un estudio reciente demuestra, es fundamental para entender la forma de funcionar de que nuestro cerebro.

Trozos de realidad

En el nivel más básico, nosotros en realidad no percibimos objetos separados, sino que percibimos las respuestas de nuestros sistemas nerviosos hacia un flujo ilimitado de ondas electromagnéticas y de reacciones bioquímicas. Nuestros cerebros hacen hueco a ciertos patrones de respuesta neural de las vías sensoriales que llamamos "vista", "olor", etc.; pero las habilidades como la sinestesia y la ecolocalización demuestran que incluso las fronteras entre nuestros sentidos pueden ser difusas.

Sin embargo, nuestros cerebros tienen talento para escoger ciertos trozos de la experiencia sensorial y asociarlos con otros estímulos. Por ejemplo, si escucha un ronroneo y sientes una piel frotándose contra tu pierna, tu cerebro sabe asociar el sonido y la sensación con el mullido objeto de cuatro patas que ves a tus pies, y al grupo entero multisensorial lo denominas "gato".

Es más, los años de experiencia con el gato te han enseñado que no tiene sentido pensar en un gato como si fuera un mueble, un camión o un globo meteorológico. En otras palabras, un encuentro con un gato conlleva un conjunto de significados para ti, y esos significados determinan qué áreas del cerebro se animan en presencia del felino.

Pero ¿dónde está la categoría "gato" en el cerebro? ¿Y dónde lo ha situado en relación a, por ejemplo, "perro" o "jirafa" ... o simplemente "mamífero?" Un equipo de neurocientíficos liderados por Alexander Huth, del laboratorio Gallant en la UC Berkeley, decidieron responder a estas preguntas de manera más completa posible: Capturando las respuestas del cerebro a todo tipo de objetos que pudieran revelar.

Trozos del cerebro

La gente del laboratorio Gallant no se quedaron cortos, es posible que los recuerdes como el laboratorio que construyó los "videos mentales" de escenas completas de actividad neuronal de la corteza visual. Pero esta vez, sin embargo, las ambiciones del laboratorio eran aún más amplias.

Un equipo de investigación, dirigido por Alex Huth, enseñó a los voluntarios unos vídeos de larga duración repletos de miles de objetos cotidianos y escenas, desde gatos y pájaros hasta coches y tormentas eléctricas, mientras los sujetos estaban sentados escaneados por fMRI. Luego, los investigadores compararon la actividad de sus cerebros no sólo con cada objeto que habían visto, sino con todo el árbol de categorías de objetos anidados: Una taxonomía de la taxonomía del cerebro. La visión de un "espacio semántico continuo", donde miles de objetos y acciones están representados en función de otros.

El equipo de Huth recopiló las reacciones de los voluntarios a más de 1.300 objetos y categorías, y dispuso estas respuestas cerebrales no sólo en un árbol de categorías de objetos y de acción, sino en un mapa de gradientes de respuesta a través de toda la superficie del cerebro.

Y tal como se puede ver en los gradientes de color, a la derecha de ese diagrama de árbol (el cual también está disponible como una aplicación interactiva en-línea), las relaciones entre las categorías de nuestro cerebro son multidimensionales. Los objetos pueden ser más o menos "como un animal", más o menos "artificial", y así sucesivamente; de hecho, los investigadores dicen que esperan encontrar dimensiones de respuesta más sutiles que miden el tamaño de un objeto y la velocidad.

Asociación y significado

Toda esa charla sobre "las dimensiones de la asociación" nos remite a una idea mucho más profunda de cómo funciona nuestro cerebro: Nosotros entendemos el significado de un objeto en función de los significados de otros objetos, otros fragmentos de la realidad a la que nuestros cerebros les ha asignado ciertas características. En la taxonomía del cerebro, no hay entradas separadas o "archivos", sólo asociaciones que están con más o menos fuerza correlacionadas con otras asociaciones.

Y esa idea en sí misma plantea profundos dilemas: si las asociaciones definen lo que “es” un objeto o una acción, como argumentan algunos neurocientíficos, entonces ¿por qué el concepto de significado, la representación semántica, necesita introducir una imagen? En lugar de un tipo especial de función mental, ¿no podría ser el “significado", simplemente, otra palabra para una "asociación?"

La respuesta a esta cuestión no será nada sencillo de encontrar, al menos en el futuro previsible. "No creo que sea posible hacer una afirmación concluyente al respecto a partir de los datos de fMRI," dice Jack Gallant , director del laboratorio, "y cualquiera que diga lo contrario se equivoca."

Un solo pixel tridimensional, un voxel fMRI, representa la actividad de alrededor de un millón de neuronas, explica Galán, y con esa resolución es imposible decir cuál es exactamente la actividad neural que está codificando. El significado podría depender de la asociación, la asociación, a su vez, de la codificación semántica, o la relación entre ambas puede estar más matizada de lo que podemos concebir en estos momentos.

De lo que sea que resulte de esa relación, la implicación se mantiene: En nuestro cerebro, el significado y la asociación funcionan al unísono. En el mundo cerebral, incluso nuestros conceptos más abstractos dependen de nuestras propias experiencias del mundo real. Eso es una idea que habría enfurecido a Platón y sus seguidores mucho más que el pollo desplumado de Diógenes, pero como Diógenes demostró esa mañana hace tanto tiempo, la evidencia del mundo real termina triunfando sobre la especulación.

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- Autor: Ben Thomas es escritor, periodista, inventor e investigador independiente que estudia la conciencia y el cerebro. Mucho más de su obra se encuentra disponible en http://the-connectome.com. 
Imagen 1) Semantic Space. Image: Gallant lab, UC Berkeley. Imagen 2) Semantic Map. Image: Gallant lab, UC Berkeley.