futuro

Sábado, 5 de abril de 2014

Un poco...

 Por Nicolás Olszevicki y Ezequiel M. Acuña

Cora Dvorkin se licenció en Física en la Universidad de Buenos Aires y se doctoró en Cosmología en el 2011, en la Universidad de Chicago.

Desde que comenzó su carrera como investigadora, Dvorkin se dedica a analizar las huellas de la física que ocurrió en los primeros instantes del universo sobre la radiación cósmica de fondo, esa luz que nos llega del Big Bang. Actualmente, en su investigación, usa datos experimentales tomados por telescopios en distintas partes del mundo y por satélites, y analiza sus propiedades para poder entender la física del universo en sus primeros instantes, la materia oscura, que forma el 80 por ciento de la materia total, y la energía oscura, responsable de la expansión acelerada.

–Vamos a hablar del anuncio del otro día y de lo que significa para la cosmología y para el conocimiento que tenemos sobre los primeros instantes del universo, pero antes nos gustaría que nos cuentes qué investigás puntualmente vos.

–Intento entender la física del universo temprano a través de propiedades estadísticas de la radiación cósmica de fondo, la luz que viene del Big Bang. Para esto, uso observaciones tomadas con telescopios y satélites que miden distintas propiedades de esta radiación.

–O sea que tu trabajo está íntimamente vinculado con los resultados anunciados...

–Muy íntimamente, de hecho. Yo estudio los mismos problemas pero desde el punto de vista teórico.

–¿A qué te referís con “universo temprano”?

–A los primeros instantes después del Big Bang, 13.810 millones de años atrás. Lo que nosotros podemos detectar de esos momentos es la radiación cósmica de fondo, sus fluctuaciones en temperatura y otra propiedad que se llama polarización. Yo estudio las propiedades estadísticas que tienen las fluctuaciones en temperatura y en polarización para entender la física del universo en la primera fracción de segundo después del Big Bang.

–¿Y qué es lo que nos dice el anuncio del grupo BICEP2?

–El grupo liderado por el astrofísico John Kovac, en Harvard, midió las huellas que dejaron las ondas gravitacionales en un período en la historia del universo que se conoce con el nombre de “inflación”, durante el cual el universo se expandió de manera muy acelerada. La idea de inflación, de hecho, había sido propuesta para intentar resolver ciertos problemas que tenía la teoría estándar del Big Bang.

–¿Qué tipo de problemas?

–Uno de los problemas con esta teoría es que, a grandes escalas, el universo es muy similar. Las fluctuaciones de temperatura de esa radiación que nos llega del Big Bang son muy parecidas en distintas direcciones, varían apenas en una parte en cien mil. Y la teoría estándar no podía explicar eso.

–¿Por qué?

–Porque era muy extraño que dos puntos muy separados entre sí tuvieran casi la misma temperatura si nunca habían tenido tiempo de comunicarse información entre ellos. Para resolver esta cuestión, Alan Guth, en 1980, propuso la teoría de inflación, según la cual el universo empieza expandiéndose de manera muy acelerada: empezó con un tamaño mucho más chico que un átomo y se expandió muy pero muy velozmente. Durante ese tiempo, aunque es mucho menos que un segundo, las distintas partes del universo pudieron pasarse información.

–¿Qué quiere decir “pasarse información”?

–La información se comunica a través de la luz: que dos puntos se comuniquen entre sí significa que tengan tiempo de intercambiar luz. Eso en la teoría estándar no podía pasar, y con la teoría de la inflación se resuelve. Las fluctuaciones cuánticas generadas durante este período, el período de la inflación, son las semillas que dieron origen al universo que observamos hoy: los planetas, las estrellas, las galaxias...

–Pero la teoría era sólo una teoría.

–No tanto, ya se habían hecho mediciones experimentales que la confirmaban en parte. El descubrimiento del equipo BICEP2 consistió en la detección y medición de las huellas que dejaron las ondas gravitacionales cuando el universo tenía apenas una billonésima de billonésima de billonésima de segundo de vida. Las ondas gravitacionales, predichas ya por la teoría de la relatividad, son perturbaciones cuánticas en el campo de la gravedad y comprimen y expanden el espacio-tiempo. Esto distorsiona la radiación cósmica de fondo. En realidad, lo que se distorsiona es un tipo de polarización específica de esa radiación, el modo “B” de polarización. Lo que midió este grupo en Harvard es justamente ese tipo de polarización.

–¿Qué significa que distorsiona un tipo de polarización?

–La polarización de la radiación cósmica de fondo significa que las ondas electromagnéticas de la luz ocurren con más preferencia en un plano que en otro. Esta polarización se distorsiona, como te decía, por las ondas gravitacionales que vienen de ese momento apenas después del Big Bang. Entonces, midiendo la polarización de la luz que viene del Big Bang en distintas direcciones, que es lo que hizo el BICEP2, podemos inferir cuánta energía tienen las ondas gravitacionales en distintas direcciones, y esto nos permite saber la energía del universo durante el período de inflación.

–¿Y qué nos dice esa energía?

–Es la más alta jamás medida (de manera indirecta, en este caso): es de 10 a la 16 gigaelectronvolts. ¡Y piensen que los procesos que miden en el Gran colisionador de hadrones tienen una energía de “apenas” 10.000 gigaelectronvolt! O sea, es un millón de millón de veces la energía que se mide en el CERN, que ya es inmensa. De hecho, está cerca de lo que la teoría predice como la “energía de la gran unificación”. La gran unificación corresponde al momento en que todas las fuerzas se vuelven indistinguibles. Hasta hace unos días sabíamos acerca del primer segundo del universo, en el que se forman los primeros elementos (el hidrógeno, el helio, el litio); ahora sabemos algo acerca de la física de la primera fracción de segundo después del Big Bang. Es un gran paso.

–Un paso hacia atrás en el tiempo...

–Y adelante en nuestra comprensión del universo.

–¿Y cómo es el camino que se recorrió para llegar a este descubrimiento?

–La radiación cósmica de fondo fue descubierta por Penzias y Wilson en 1964; en 1992 el satélite COBE descubrió que había fluctuaciones de esa radiación en distintas direcciones del universo. La polarización de esa radiación fue predicha en los trabajos del físico argentino Matías Zaldarriaga, y otros físicos como Uros Seljak, Marc Kamionkowski, Arthur Kosowsky y Albert Stebbins. Determinar la manera en la que había que medir la energía que llevan estas ondas a través de la polarización fue el trabajo de todos los físicos teóricos que te mencioné. El equipo BICEP2 buscaba detectar un tipo específico de polarización, el modo “B”, porque los teóricos ya habían predicho que midiendo su amplitud uno podía inferir la energía que había durante el período de inflación. En realidad, hay dos tipos de polarización: los modos “E” (que son los que se deben a fluctuaciones en la densidad) ya se habían detectado, pero faltaba detectar los modos “B” debidos a ondas gravitacionales. Esos son los del anuncio reciente. La detección confirma que hay modos “B” de polarización con la forma predicha por la teoría. Y eso es impresionante.

–La historia de la ciencia está llena de descubrimientos como éste: las predicciones sobre las posiciones de los planetas, los elementos de la Tabla Periódica...

–De hecho, la ciencia avanza así. La forma del espectro de los modos de polarización de tipo “B” estaba predicha por la teoría; lo que no se sabía era la amplitud. Ahora los experimentales midieron la amplitud y eso abre nuevas puertas para la postulación de otras teorías, que a su vez van a guiar a los nuevos experimentos que se hagan en el futuro. La teoría y los experimentos van siempre de la mano.

–¿Se puede avanzar cuando hay una predicción teórica sin experimentación?

–Se necesitaba la amplitud del espectro para poder entender la física de los primeros momentos. Hacía falta una medición. Una vez que sabemos la amplitud, podemos entender mejor qué tipo de modelos físicos pueden haber ocurrido.

–¿Quedan descartados muchos?

–Sí, todos los que tienen energías menores o mayores que 10 a la 16 gigaelectronvolt. Es como si hubiéramos pasado, en apenas unos días, de un océano de modelos a un charco de modelos. Y es el trabajo de los teóricos predecir cosas de los modelos que quedan en este charco para volver a guiar a los experimentales. Un buen teórico tira a la basura su teoría cuando no ajusta los datos, y sigue avanzando y proponiendo nuevas teorías que traten de explicarlos. Ahora, con esta detección, se abren nuevas puertas y nuevos caminos por explorar.

–Hablando de modelos, nos gustaría pasar a una cuestión epistemológica. Es muy habitual que los científicos que trabajan con modelos piensen la relación entre ciencia y realidad de una manera, por decirlo apresuradamente, instrumental: el modelo es aquello que me permite operar con la realidad y listo. Eso es inquietante, porque nosotros tendemos a pensar que, sin casarse con ningún modelo, hay una relación más constitutiva entre los modelos que se postulan y la realidad, o por lo menos, entre la creencia que uno tiene en el modelo con el que trabaja y la realidad. Cuando uno modela algo, sería lógico que crea que ese modelo describe la realidad tal como es.

–Lo que describimos los físicos son los procesos físicos que ocurren en la naturaleza. En realidad, hacemos simplificaciones: tratamos de entender un proceso físico que es muy complicado simplificándolo muchísimo. Una vez que entendimos el modelo simplificado, empezamos a agregar complicaciones. A medida que entendemos más, vamos complejizando más, hasta que la respuesta que obtenemos de ese modelo simplificado con las complicaciones que le fuimos agregando se parece a lo que observamos. Lo que distingue a la ciencia de otras disciplinas es que explica procesos que ocurren en la naturaleza, pero esa explicación permite hacer una predicción, tiene poder predictivo: cuando esa predicción es corroborada, se dice que hay evidencia de que una teoría está más cerca de la realidad que otra. En la física no hay confirmaciones matemáticas sino fuertes evidencias: por eso es física y no matemática.

–Y, por ejemplo, las ondas gravitacionales, que son una entidad con la que te manejás en tu teoría, ¿existen en la naturaleza? ¿Tienen el estatus ontológico de una mesa o del teléfono por el que estamos hablando?

–¡Las ondas gravitacionales existen, y una confirmación de que existen fue anunciada el lunes pasado!

–¿Y tienen el mismo estatus que una mesa?

–Bueno, no el mismo, porque no lo veo de manera directa. Se confirma su existencia de manera indirecta. En ese sentido, el estatuto de realidad es distinto, pero no por eso pongo en duda su existencia. Por eso decía que un buen físico teórico tiene que creer en los datos y no aferrarse a una teoría.

–Es gracioso, porque a juzgar por el descubrimiento anunciado, un buen físico teórico tiene que creer en los datos, pero un buen físico experimental tiene que creer en la teoría.

–¡Sí, claro! Los físicos experimentales están guiados por la teoría y los físicos teóricos formulan sus teorías a partir de los datos. Son cosas que van de la mano. Y gracias a ese trabajo conjunto nos vamos acercando al origen: el anuncio del otro día fue un paso impresionante en ese sentido. Hasta hace unos días entendíamos qué pasó en el primer segundo del universo, ahora tenemos información sobre la primera billonésima de billonésima de billonésima de segundo después del Big Bang. Es un paso gigante para el conocimiento humano.

EN LA ACTUALIDAD, DVORKIN ES INVESTIGADORA POSDOCTORAL EN EL INSTITUTO DE ESTUDIOS AVANZADOS DE PRINCETON Y, EN SEPTIEMBRE DE ESTE AÑO, EMPEZARÁ SU SEGUNDO POSDOCTORADO EN LA UNIVERSIDAD DE HARVARD.

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ALAN GUTH (1947), FÍSICO Y COSMÓLOGO ESTADO-UNIDENSE, ELABORÓ LA PRIMERA FORMULACIÓN DE LA TEORÍA DEL UNIVERSO INFLACIONARIO.
 
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