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Posted: 21 Apr 2013 09:37 PM PDT
Referencia: Physics.APS.org .
por Don Monroe, 19 abril 2013
Los sistemas dinámicos que maximizan sus posibilidades futuras se comportan de maneras sorprendentemente "inteligentes".
La segunda ley de la termodinámica, la que dice que la entropía sólo puede aumentar, dicta que un sistema complejo siempre evoluciona hacia un mayor desorden en la forma en que sus componentes internos se organizan. En Physical Review Letters, dos investigadores exploran una extensión matemática de este principio que no se centra en la disposición que el sistema alcance en este momento, pero en la que alcanzará en el futuro. Ellos argumentan que los simples sistemas mecánicos que se postulan para seguir esta regla muestran características de "inteligencia", haciendo alusión a una conexión entre este atributo tan humano y las leyes fundamentales de la física. La entropía mide el número de disposiciones internas de un sistema que dan como resultado el mismo aspecto exterior. La entropía aumenta debido a que, por razones estadísticas, un sistema evoluciona hacia estados que tienen muchas disposiciones internas. Una variable de una investigación previa, ha proporcionado "un muchas pistas sobre que hay algún tipo de asociación entre la inteligencia y la maximización de la entropía", señala Alex Wissner-Gross, de la Universidad de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). A una escala más grande, por ejemplo, los teóricos sostienen que la elección de posibles universos que crean la mayor entropía favorable a los modelos cosmológicos son los que permiten el surgimiento de observadores inteligentes [ref. 1]. Con la esperanza de concretar tales ideas, Wissner-Gross formó equipo con Cameron Freer, de la Universidad de Hawaii, en Manoa, para proponer una "entropía de ruta causal." Esta entropía no se basa en las disposiciones internas accesibles de un sistema en cualquier momento, sino en el número disposiciones que podría atravesar en su camino hacia posibles estados futuros. Ellos calculan entonces, una "fuerza entrópica causal" que empuja al sistema a evolucionar con el fin de aumentar esta entropía modificada. Esta hipotética fuerza es análoga a la presión que ejerce un compartimiento lleno de gas, sobre el pistón que lo separa de un compartimiento casi vacío. En este ejemplo, la fuerza aumenta porque el movimiento del pistón incrementa la entropía del compartimiento lleno más de lo que reduce la del que está casi vacío. En contraste con la usual entropía, no hay ninguna ley fundamental conocida que estipule que esta apariencia futura de la fuerza entrópica rija como va a evolucionar un sistema. Pero, como en un experimento mental, los investigadores simularon el comportamiento de unos simples sistemas mecánicos que incluían la fuerza, y los efectos fueron profundos. Por ejemplo, una partícula errante en una caja no explora el volumen al azar, sino que encuentra su camino hacia el centro, donde va a estar mejor posicionada para moverse hacia cualquier parte de la caja. Otra simulación hizo el seguimiento del movimiento de un péndulo rígido que cuelga de un pivote y se balanceaba horizontalmente. El péndulo eventualmente se movía hacia una configuración invertida, la cual es inestable sin la fuerza entrópica modificada. Desde esta posición invertida, argumentan los investigadores, el péndulo puede explorar con mayor facilidad todas las demás posiciones posibles. Los investigadores interpretaron este y otros comportamientos como indicadores de una inteligencia adaptativa rudimentaria, donde los sistemas se movían hacia configuraciones que maximizaban su capacidad de responder a los cambios. Wissner-Gross reconoce que "no hay un acuerdo general sobre la definición de lo que realmente es la inteligencia", pero apunta que los científicos sociales han especulado sobre ciertas habilidades que prosperaron durante la evolución, ya que éstas permitieron a los humanos explotar las oportunidades ecológicas. En ese sentido, los investigadores conectan la invertida "versatilidad" mecánica del péndulo con las habilidades que los bípedos, como nosotros, requieren a fin de crear numerosos ajustes sobre la marcha, necesarios para mantener el equilibrio mientras se camina. Wissner-Gross y Freer simularon otras tareas ideadas para imitar las pruebas de inteligencia estándar con animales. Emularon "el uso de herramientas" con un modelo en el que un gran disco podía tener acceso a otro disco atrapado, golpeándolo con un tercer disco. Otra de las tareas, la "cooperación social", requería dos discos para coordinar sus movimientos. En ambos casos, la respuesta simulada a la fuerza entrópica modificada conseguía estos objetivos sin ninguna orientación adicional. Estos dos comportamientos, junto con el lenguaje gramatical dirigido, que dice Wissner-Gross que también ha replicado, han sido invocados por Stephen Pinker, de la Universidad de Harvard, como característica del "nicho cognitivo" humano. "Nos quedamos muy sorprendidos por todo esto", comentó Wissner- Gross. Anteriormente, los científicos informáticos han utilizado una versión de la entropía causal para guiar los algoritmos que se adaptan a una información continuamente actualizada. La nueva formulación no está destinada a ser un modelo literal del desarrollo de la inteligencia, sino que apunta hacia un "panorama general termodinámico de lo que es el comportamiento inteligente", señala Wissner-Gross. El documento ofrece una "intrigante nueva visión sobre la física de la inteligencia", coincide Max Tegmark, del MIT, que no participó en el trabajo. "Es impresionante ver que un comportamiento sofisticado surge espontáneamente de un proceso físico tan simple." - Ref. [1]: R. Bousso, R. Harnik, GD Kribs y G. Pérez, "Predicción de la constante cosmológica desde el principio entrópico causal", Phys.. Rev. D 76, 043513 (2007) . - Publicación: "Causal Entropic Forces". A. D. Wissner-Gross and C. E. Freer. Phys. Rev. Lett. 110, 168702 (2013). Published April 19, 2013
Fuente: Pedro Donaire, Bitnavegantes
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lunes, 22 de abril de 2013
sábado, 20 de abril de 2013
Astrophysics > Cosmology and Extragalactic Astrophysics
What have we learned from observational cosmology ?
(Submitted on 16 Apr 2013)
We review the observational foundations of the ΛCDM model, considered by most cosmologists as the standard model of cosmology.
The Cosmological Principle, a key assumption of the model is shown to be verified with increasing accuracy. The fact that the Universe seems to have expanded from and hot and dense past is supported by many independent probes (galaxy redshifts, Cosmic Microwave Background, Big-Bang Nucleosynthesis and reionization).
The explosion of detailed observations in the last few decades has allowed for precise measurements of the cosmological parameters within Friedman-Lemaitre-Robertson-Walker cosmologies leading to the ΛCDM model: an apparently flat Universe, dominated by a cosmological constant, whose matter component is dominantly dark.
We describe and discuss the various observational probes that led to this conclusion and conclude that the ΛCDM model, although leaving a number of open questions concerning the deep nature of the constituents of the Universe, provides the best theoretical framework to explain the observations.
sábado, 13 de abril de 2013
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Posted: 12 Apr 2013 04:33 AM PDT
Referencia: ThunderBolts.info .
por Stephen Smith, 9 de abril 2013
Los campos magnéticos galácticos fueron descubiertos hace más de 50 años. Pero los astrónomos continúan haciéndose preguntas básicas acerca de las galaxias: ¿Qué genera los campos magnéticos? ¿Qué da a los campos su forma y su fuerza?  Los investigadores que utilizan las simulaciones informáticas más avanzadas creen haber encontrado la respuesta. Dicen que el gas frío que cae dentro de las galaxias, las explosiones de supernovas, el nacimiento de nuevas estrellas y la energía de rotación de dichas galaxias son los que crean los campos. Sin embargo, faltan otros factores en sus ecuaciones, ya que los modelos no son capaces de predecir los campos observados en varias galaxias espirales representativas. ¿Cómo observan los científicos extrasolares los campos magnéticos? George Ellery Hale representa primero el campo magnético del Sol a través del "efecto Zeeman", o el cambio de posición de las líneas de Fraunhofer que se encuentran en los espectrogramas del Sol. El espectro óptico indica qué productos químicos se pueden encontrar en el Sol, así como en otras estrellas. Mediante la descomposición de la luz de la estrella en sus componentes, igual que hace un prisma con la luz blanca, las líneas oscuras en lugares específicos proporcionan una forma de determinar los elementos constitutivos de una estrella. En presencia de un campo magnético, los elementos producen líneas espectrales que se dividen y ocupan diferentes posiciones. Estos cambios de posición se conocen como el efecto Zeeman. No son de extrañar que esos contornos del campo magnético que rodean a las estrellas, así como los observados alrededor de las galaxias, sigan sin explicación en las mentes de aquellos que sostienen el punto de vista convencional. En la piscina teorética del conocimiento que ellos dibujan, no existen entidades eléctricas que proporcionen la fuente para que el magnetismo. En cambio, se discuten "la formación de estrellas reductora de la energía turbulenta", las "eyecciones de gas" y "la rápida aparición de campos magnéticos que surgen de forma aleatoria". En sus cálculos no se incluye el electromagnetismo, ni los campos eléctricos ni los efectos moto-generadores. Los campos magnéticos en el espacio pueden ser detectados más fácilmente que las corrientes eléctricas, así que los astrónomos modernos piensan que los campos son fragmentos "primordiales" dejados ahí por el Big Bang. Ellos confían en la conclusión que explica cómo se formaron las estructuras que componen el Universo. El hecho de que estas cargas en movimiento constituyen una corriente eléctrica que pueden generar campos magnéticos se conoce desde los días de Michael Faraday; sin embargo, la falta de conocimiento a menudo significa falta de visión. Como se ha indicado anteriormente, el movimiento de las partículas cargadas constituye una corriente eléctrica, y que la corriente está envuelta en un campo magnético. Cuanto más se aceleran las partículas cargadas en la misma dirección, más fuerte se hace el campo. Esto es una noción muy conocida por los ingenieros eléctricos, pero cuando los astrónomos encuentran cargas en movimiento en el espacio se quedan desconcertados y se refieren a ellos como "vientos" u "ondas de choque". Otra cosa no considerada cuando los investigadores tratan de explicar la estructura del Universo, es que las partículas cargadas se mueven, deben moverse en un circuito. Los eventos energéticos no se puede explicar solamente por las condiciones locales, deben ser considerados los efectos de un circuito completo. Por esta razón, mientras que en su visión del mundo el consenso científico sólo permite solitarias "islas" de espacio, el Universo Eléctrico enfatiza la conectividad con una red eléctricamente activa de "líneas de transmisión" compuestas por filamentos de corrientes de Birkeland. Los filamentos se expanden y explotan, expulsando el plasma que puede acelerarse a cerca de velocidad de la luz. Los chorros van desde los polos opuestos de un extremo galaxia en nubes energéticas que emiten frecuencias de rayos X. Estos fenómenos están basados en la ciencia del plasma y no en la cinética de los gases, la gravedad, ni en la física de partículas. Los astrofísicos ven los campos magnéticos, pero no la electricidad subyacente, por lo que se encuentran perdidos a la hora de explicarlo. Los astrónomos sostienen que las galaxias son nubes del gas hidrógeno y de polvo intergaláctico que fueron reunidos por la gravedad hasta fusionarse en brillantes fuegos termonucleares. La comunidad convencional propone también que, la mayoría de las galaxias contienen agujeros negros de magnitud increíble. Son esas "fuentes puntuales gravitacionales" las que causan el giro de las galaxias, chorros de rayos gamma y de rayos X que abarcan miles de años luz hasta que aparecen, algo así como "lóbulos de radio" a veces más grandes que la misma galaxia donde se forma. La teoría del Universo Eléctrico no se adhiere a esta idea condensación de hidrógeno frío e inerte y de partículas de circón no más grandes que una molécula. Así pues, ¿Qué son las galaxias? En 1981, Hannes Alfvén, dijo que las galaxias se parecen mucho a uno de los inventos Michael Faraday, el motor homopolar. Un motor homopolar se mueve por los campos magnéticos inducidos en una placa circular conductora. Esta placa está montada entre los polos de un electroimán, causando que gire a una velocidad proporcional a la corriente de entrada. Las galaxias se mueven dentro de un filamentoso circuito de electricidad que fluye a través de todo el cosmos, de principio a fin. Nosotros vemos los efectos de esos campos electromagnéticos que permean el espacio. La electricidad se organiza dentro de masas de plasma, a veces más grandes que los cúmulos galácticos. Ese plasma está compuesto principalmente de átomos neutros, aunque también están presentes los electrones libres, protones y otras partículas cargadas. Energía eléctrica primordial es de varios órdenes de magnitud más poderosa que la gravedad. Las "cuerdas de plasma" que comprenden las corrientes de Birkeland se atraen entre sí en la distancia, en una relación lineal, por lo que las corrientes de Birkeland son la fuerza atractiva de largo alcance más poderosa del Universo. Las corrientes eléctricas fluyen a través del plasma de polvo manteniendo los campos magnéticos detectados en las estrellas y galaxias. - Imagen: Tres galaxias interactuando: NGC 7173 (centro izquierda), NGC 7174 (centro derecha) y NGC 7176 (abajo derecha). Crédito: NASA, ESA, y R. Sharples (Universidad de Durham)
Fuente Pedro Donaire, BITNAVEGANTES
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Posted: 06 Apr 2013 02:44 AM PDT
Referencia: Science.Dailey.com, 4 abril 2013
Un biólogo, en el Colegio de Medicina de Universidad estatal de Florida, ha hecho nuevos descubrimientos que nos acercan un paso más cerca de entender cómo apareció la vida por primera vez en la Tierra hace miles de millones de años.  El profesor Michael Blaber y su equipo extrajeron datos que apoyan la idea de que existen en la Tierra 10 aminoácidos que hace alrededor de 4 mil millones de años fueron capaces de formar proteínas plegables en un entorno muy salino (halófilo). Tales proteínas habría sido capaces de proporcionar la actividad metabólica necesaria para que emergieran los primeros organismos vivos del planeta hace entre 3,5 y 3,9 mil millones años. Los resultados del estudio de tres años de Blaber, fueron construidos en torno a unas técnicas de investigación que tardaron más de 17 años en poder desarrollarse, y que ahora publican en Proceedings of the National Academy of Sciences. Los primeros organismos vivos habrían sido microscópicos, organizaciones similares a células capaces de replicarse y adaptarse a las condiciones ambientales, un humilde comienzo para la vida en la Tierra. "El paradigma actual del surgimiento de la vida es que el ARN fue lo primero en un ambiente de altas temperaturas", dijo Blaber. "Pero los datos que hemos generado están mucho más a favor de un surgimiento primario de proteínas en un ambiente halófilo". La opinión ampliamente aceptada entre los científicos es que el ARN, que se encuentra en todas las células vivas, representaría probablemente a las primeras moléculas de la vida, se trata de la hipótesis de un "ARN primario" en el origen de los sistemas vivos desde las moléculas no vivas. Lo hallazgos de Blaber indican que, el conjunto de aminoácidos producidos por sencillos procesos químicos, contienen la información necesaria para producir complejas proteínas plegadas, que soportan el punto de vista opuesto de una "proteína-primaria". Otro punto de vista importante, sostiene que en un ambiente de altas temperaturas (termófilo), como las chimeneas termales del océano profundo, pudo haber sido el caldo de cultivo para el origen de la vida. "El medio ambiente halófilo, ha sido tradicionalmente considerado como una vida adaptada, pero no iniciadora", señaló Blaber. "Aunque nuestro estudio de los aminoácidos y proteínas prebióticas sugiere lo contrario." Sin la capacidad de plegarse, las proteínas no serían capaces de formar las estructuras esenciales precisas que mantienen las funciones de la vida tal como la conocemos. El plegamiento permite que las proteínas adquieran una forma globular a través de la cual pueden interactuar con otras proteínas, llevando a cabo reacciones químicas específicas y adaptándose para que los organismos exploten un entorno determinado. "Hay numerosos nichos en los que la vida puede evolucionar", añadió Blaber. "Por ejemplo, los extremófilos son microorganismos que viven en altas temperaturas, en alta acidez, frío extremo, presiones extremas y sal extrema, y así sucesivamente. Para que exista la vida en tales entornos, es esencial que las proteínas sean capaces de adaptarse a dichas condiciones. En otro palabras, deben que ser capaces de plegarse." Los fragmentos de cometas y meteoritos, como los que recientemente han golpeado la región de los Urales en Rusia, han aportado pruebas sobre la llegada de aminoácidos a la Tierra. Estos fragmentos son anteriores a la Tierra y podrían haber sido responsables de la entrega de un conjunto de 10 aminoácidos prebióticos, cuyos orígenes se encuentran en la formación de nuestro sistema solar. Hoy en día el cuerpo humano utiliza 20 aminoácidos comunes para fabricar todas sus proteínas. Diez de ellos surgen a través de las rutas biosintéticas, otros diez -el conjunto prebiótico-, puede obtenerse por reacciones químicas sin requerir de ningún sistema vivo o vía biosintética. Existen evidencias científicas que apoyan muchos elementos de las teorías de la abiogénesis (el surgimiento de la vida), incluyendo el período de tiempo (alrededor de 3,5 a 3,9 mil millones años atrás), y las condiciones de la Tierra y en su atmósfera en esa época. La Tierra se habría formado por masas de tierra volcánica (el comienzo de la formación de los continentes), océanos salados y lagunas de agua dulce, además de agua caliente (a unos 80 ºC) y un ambiente repleto de vapor que contenía dióxido de carbono y nitrógeno. El oxígeno llegaría más tarde, como subproducto vital de las plantas verdes y las bacterias que surgieron. Usando un método de análisis llamado top-down (de arriba-abajo) de deconstrucción simétrica, el laboratorio de Blaber ha sido capaz de identificar pequeños bloques de construcción de péptidos capaces de un ensamblaje espontáneo en arquitecturas de proteínas específicas y complejas. Su reciente trabajo ha explorado si dichos bloques de construcción pueden estar compuestos de tan sólo 10 aminoácidos prebióticos e incluso plegados. Su equipo ha logrado proteínas plagadas de hasta 12 aminoácidos, lo que conforma el 80 por ciento del camino para probar su hipótesis. Si la teoría de Blaber se sostiene, supondría reorientar la búsqueda de evidencias sobre el cómo empezó la vida. "Más que un curioso nicho donde la vida evolucionó, el medio ambiente halófilo ahora puede pasar a ser el centro del escenario como localización probable de aspectos clave para la abiogénesis", concluyó. "De igual modo, el papel de la formación de proteínas adquiere una importancia adicional en los primeros pasos de la vida sobre la Tierra." - Imagen: Costa del Mar Muerto. Crédito: © frag / Fotolia. - Fuente: Florida State University, via Newswise. - Publicación: L. M. Longo, J. Lee, M. Blaber. Simplified protein design biased for prebiotic amino acids yields a foldable, halophilic protein. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2013; 110 (6): 2135 DOI: 10.1073/pnas.1219530110.
Fuente : Pedro Donaire, Bitnavegantes
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