Físicos exploran la posibilidad de vestigios de un universo previo al Big Bang

La Teoría del Big Bang es la más conocida y la más aceptada explicación para el principio y evolución del universo, pero los científicos todavía no están completamente seguros de ello.

El físico brasileño Juliano Cesar Neves es parte de un grupo de investigadores que se atreven a imaginar un origen diferente. En un estudio recientemente publicado en la revista Teoría General y Gravitación, Neves sugiere la eliminación de un elemento fundamental del modelo standard cosmológico: la necesidad de una singularidad del espacio-tiempo conocido como el Big Bang.

Al plantear esta posibilidad, Neves desafía la idea de que el tiempo tuvo un comienzo y reintroduce la posibilidad de que la actual expansión estuviera precedida por una contracción, “Yo creo que el Big Bang nunca sucedió”, afirma el físico, quien trabaja como investigador en el Instituto de Matemáticas, Estadística y Computación Científica de la Universidad de Campinas, en el estado de Sao Paulo, Brasil.

Para Neves, la etapa de expansión rápida espacio-temporal no excluye la posibilidad de una primera fase de contracción. Además, el cambio de contracción a expansión puede no haber destruido todos los vestigios de la fase anterior.

El artículo, que refleja el trabajo desarrollado bajo el Proyecto Temático “Física y geometría del espacio-tiempo”, considera las soluciones a las ecuaciones de la relatividad general que describen la geometría del cosmos y luego propone la introducción de un “factor de escala” que hace que la tasa en la cual el universo se expande no solo dependa del tiempo sino también de la “escala cosmológica”.

“Para medir la velocidad a la que el universo se está expandiendo con la cosmología estándar en la que hay un Big Bang, se usa una función matemática que depende solo del tiempo cosmológico”, dijo Neves, quién elaboró la idea con el profesor Alberto Vázquez.

Con el “factor de escala”, el Big Bang mismo, una singularidad cosmológica, deja de ser una condición necesaria para que el cosmos comience la expansión universal. Un concepto de las matemáticas que expresa indefinición, el término “singularidad”, fue utilizado por los cosmólogos para caracterizar el estado cosmológico primordial que existía hace 13,800 millones de años, cuando toda la materia y la energía estaba comprimida en un estado de densidad y temperatura infinitas, donde las leyes tradicionales de la física ya no se aplican.

La teoría del Big Bang tiene sus orígenes a finales de la década de 1920 cuando el astrónomo estadounidense Edwin Hubble descubrió que casi todas las galaxias se alejan unas de otras a velocidades cada vez más rápidas.

Desde la década de 1940 en adelante, los científicos guiados por la teoría general de la Relatividad de Einstein construyeron un modelo detallado de la evolución del universo desde el Big Bang. El modelo podría conducir a tres resultados posibles: la expansion infinita del universo a velocidades cada vez más altas; el estancamiento de la expansión de forma permanente; o un proceso invertido de retracción causado por la atracción gravitatoria ejercida por la masa del universo, conocida como Big Crunch.

“Eliminar la singularidad o el Big Bang trae de vuelta el universo que rebota en la etapa teórica de la cosmología. La ausencia de una singularidad al comienzo del espacio-tiempo abre la posibilidad de que los vestigios de una fase de contracción anterior puedan haber resistido el cambio de fase y aún así estar con nosotros en la expansión en curso del universo”, afirma Neves.

Neves conceptualiza que la “cosmología del rebote” tiene su origen en la hipótesis de que el Big Crunch cedería el paso de una sucesión eterna de universos, creando condiciones extremas de densidad y temperatura para instigar una nueva inversión en el proceso, dando paso a la expansión en otro rebote.

 

Vestigios de contracción.

Los agujero negros son el punto de partida de las investigaciones de Neves sobre un hipotético “universo de rebote”.

“¿Quién realmente sabe? puede haber restos de agujeros negros en la expansión en curso que datan de la fase de contracción anterior y pasaron intactos a través del cuello de botella producido por el rebote”, dice.

Consistente en el núcleo implosionado que queda después de la explosión de una estrella gigante, los agujeros negros son una especie de objeto cósmico cuyo núcleo se contrajo para formar una singularidad en el espacio-tiempo, un punto con densidad infinita y la fuente de atracción gravitatoria más fuerte jamás vista. Nada se puede escapar de esta atracción, ni siquiera la luz.

De acuerdo con Neves, un agujero negro no es definido por una singularidad, sino más bien por un horizonte de sucesos: una membrana que indica el punto de no retorno del que nada escapa al inexorable destino de ser devorado y destruido por la singularidad,
“Fuera del horizonte de sucesos de un agujero negro regular, no hay cambios importantes, pero dentro de él, los cambios son profundos. Hay un espacio-tiempo diferente que evita la formación de una singularidad”, afirma el investigador.

El factor de escala formulado por Neves y Saa estuvo inspirado por el físico de los Estados Unidos James Bardeen. En 1968, Bardeen utilizó un truco matemático para modificar la solución a las ecuaciones de la Teoría General de la Relatividad, la cual describe los agujeros negros.

El truco consistía en pensar en la masa del agujero negro no como una constante, como había sido el caso anterior, sino como una función que depende de la distancia al centro del agujero negro. Con este cambio, un agujero negro diferente, denominado agujero negro regular, emergió a la solución de las ecuaciones. “Se permiten los agujeros negros regulares, ya que no violan la Relatividad General. El concepto no es nuevo y ha sido revisado con frecuencia en las últimas décadas”, dice Neves.

Dado que la inserción de un truco matemático en las ecuaciones de la Relatividad General podría evitar la formación de singularidades en los agujeros negros regulares, Neves consideró crear un artificio similar para eliminar la singularidad en un rebote regular.

En la ciencia moderna, una teoría no tiene valor si no se puede verificar, por bella e inspiradora que sea. ¿Cómo se prueba la hipótesis de un Big Bang que no comenzó con una singularidad? Buscando rastros de los eventos en una fase de contracción que pueden haber permanecido un la fase de expansión en curso. Los candidatos incluyen remanentes de agujeros negros de una fase previa de contracción universal que puede haber sobrevivido al rebote.

 

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: https://phys.org/news/2017-11-physicist-explores-possibility-vestiges-universe.html

 

 

 

 

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Grupo de investigación logra desarrollar inteligencia artificial que aprende por sí misma nuevas lenguas

Conforme han pasado los años, las computadoras se han vuelto cada vez más aptas traduciendo de una lengua a otra, gracias a las llamadas redes neuronales. Sin embargo, estos sistemas de inteligencia artificial usualmente requieren una gran cantidad de contenido que es traducido primero por humanos y que luego la computadora lo aprende, mientras que dos nuevas investigaciones ya publicadas demuestran que es posible desarrollar un sistema que no se base en textos paralelos.

Mikel Artetxe, un científico computacional de la Universidad del País Vasco en España, y uno de los autores de uno de los trabajos, compara la situación con darle a alguien varios libros en chino y otros varios en árabe sin que ninguno de los textos en cuestión se superpongan. Un ser humano encontraría muy difícil cómo traducir de chino a árabe en este escenario, pero para una computadora sería algo sencillo.

En un típico proceso de aprendizaje en el que interviene una máquina, el sistema de inteligencia artificial estaría bajo supervisión. Esto significa que intentaría la respuesta correcta para cualquier problema dado, un humano le diría que eso es correcto y enmendaría su actividad según sea necesario. Éste no es el caso de la investigación que se ha llevado a cabo, ya que dependen de la forma en que las palabras están conectadas de diferentes maneras y en distintas lenguas, por ejemplo, “mesa” y “silla” son palabras que frecuentemente se utilizan juntas, sin importar el dialecto. Al mapear estas conexiones para cada idioma y luego compararlas entre ellas, es posible obtener una idea decente de qué términos se relacionan entre sí. Este proceso no es supervisado por un ser humano.

Hay que decir que el sistema puede ser utilizado para traducir oraciones completas, en lugar de solamente palabras individuales, utilizando para ello dos estrategias de entrenamiento.

La primera es la traducción inversa que ve una oración escrita en una lengua aproximadamente traducida en otra, luego va a la primera oración, luego el sistema modifica sus protocolos si el resultado no es exactamente el mismo. El segundo es el denominado “denoising” que es un proceso similar pero con palabras que son añadidas o removidas a la oración para hacer diferentes traducciones. Trabajando en sincronía, estos métodos ayudan a la computadora a tener una mejor comprensión de cómo opera el lenguaje.

Los dos sistemas, uno desarrollado por la Universidad del País Vasco y el otro por el programador de computadoras de Facebook, Guillume Lampele, aún no han sido revisados por pares pero han mostrado resultados prometedores en las primeras pruebas.

La única manera de hacer una comparación directa entre sus capacidades, es midiendo su habilidad para traducir entre textos en inglés y francés que provienen de un conjunto compartido de alrededor de 30 millones de frases. Ambos lograron obtener una evaluación bilingüe de alrededor de 15.

El traductor de Google, mejor conocido como Google Translate, que utiliza una máquina de aprendizaje supervisada, puntúa alrededor de 40, mientras que los seres humanos pueden alcanzar un puntaje de 50. Sin embargo, los puntajes no supervisados son una mejora significativa sobre la traducción básica de palabra por palabra.

De hecho, los investigadores que están detrás de ambos documentos, están de acuerdo en que cada uno de ellos podría mejorar su sistema aprovechando el trabajo del otro. También podrían hacerse más capaces si fueran semi supervisados, introduciendo unas pocas miles de oraciones a su programa de entrenamiento.

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: https://futurism.com/researchers-created-ai-system-teaches-itself-new-languages/

 

 

La explosión de estrellas binarias provocará un espectáculo en el cielo en 2022

El choque entre estrellas es un fenómeno al que los científicos consideran que ocurre muy rara vez. De acuerdo con nuestras mejores estimaciones, este tipo de eventos solamente ocurren en nuestra galaxia (dentro de los cúmulos globulares) una vez cada 10,000 años. Ha sido recientemente, gracias a la tecnología y a los poderosos instrumentos con los que se cuentan, que los astrónomos han sido capaces de observar tales fusiones. Hasta el momento nadie ha presenciado este fenómeno en acción, pero esto podría cambiar.

De acuerdo con un estudio de un equipo de investigadores del Calvin College de Grand Rapids, Michigan, en los Estados Unidos, es muy probable que en el 2022 un sistema binario de estrellas se fusionará y explotará. Este es un descubrimiento histórico, ya que permitirá a los astrónomos observar la fusión de dos estrellas por primera vez en la historia. Es más: los investigadores afirman que esta explosión será visible a simple vista para los que estamos en la Tierra.

El profesor Lawrence Molnar del departamento de física y astronomóa del Calvin College . Él predijo que KIC 9832227 hará explosión en 2022.

El hallazgo fue presentado en la 229 reunión de la Sociedad Astronómica de Estados Unidos. En una presentación titulada “Una predicción precisa de una Fusión Estelar y el Estallido de una Nova Roja”, el profesor Lawrence Molnar y su equipo compartieron descubrimientos que indican cómo este sistema binario se fusionará en unos seis años. Este evento, afirman, causará una explosión tan brillante que se convertirá en el objeto más brillante que aparezca por la noche en el cielo.

 

Este es el modelo que el profesor Molnar y su equipo crearon del sistema estelar del sistema binario KIC 9832227.

El sistema binario, que es conocido como KIC 9832227, ha sido monitoreado por el profesor Lawrence y su equipo desde 2013. Su interés en la estrella se despertó durante una conferencia en 2013 cuando Karen Kinemuchi y astrónomos del Apache Point Observatory presentaron hallazgo relacionados con los cambios en el brillo del par de estrellas.

Esto llevó a hacerse preguntas sobre la naturaleza de este sistema estelar, específicamente los investigadores se preguntaron si era un pulsar o una estrella binaria. Después de llevar a cabo varias investigaciones utilizando el Observatorio Calvin, el profesor Molnar y sus colegas llegaron a la conclusión de que se trataba de un par de estrellas que compartían su atmósfera.

 

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: https://futurism.com/exploding-binary-stars-light-sky-2022/

 

Algunos científicos están explorando la relación que podría haber entre nuestras mentes y el mundo cuántico

A pesar de todas las investigaciones que se han hecho, aún seguimos sin comprender cómo funciona el cerebro humano, y mucho menos sabemos todavía sobre el misterio de la conciencia. En este sentido, los científicos no se ponen de acuerdo si la conciencia podría existir fuera de las ilusiones de nuestra imaginación colectiva. Algunos arguyen que existe independientemente, sin embargo para comprender su origen tenemos que traer a la física cuántica a la discusión.

Esto es probablemente en parte por como determina el “efecto del observador” a la realidad y cómo ello desafía uno de los principio básicos de la ciencia: que hay un objeto, una realidad observable que existe si la estamos viendo o no. La revelación de que observar y medir efectos cuánticos cambian su comportamiento es preocupante, pero también sugiere que la conciencia en sí misma es parte de la teoría cuántica. Además, la inteligencia artificial que ha creado el hombre en los últimos años está muy lejos de comportarse como verdaderos seres humanos en el sentido de que dichas máquinas no tienen conciencia de la existencia de sí mismas, como sí lo tiene el ser humano; estamos obligados, pues, a vernos reflejados en esas máquinas de forma borrosa pese a que las computadoras cuánticas del futuro prometen acercarse cada vez más no solamente a la inteligencia humana sino también a la conciencia.

Fue el físico británico Roger Penrose quien señaló que, dejando de lado el efecto del observador, la mecánica cuántica podría estar involucrada en la conciencia. Más específicamente: pensó que podría ser posible que los eventos cuánticos causen que las estructuras moleculares en el cerebro alteren su estado y que así activen neuronas en diferentes formas; que existan efectos cuánticos dentro del cerebro.

Pese a todo lo que hemos logrado con el cerebro humano, este tiene sus debilidades, y probablemente pensar en la existencia de la conciencia cuántica sea una de ellas. Somos intelectualmente superiores a otras especies por nuestra habilidad de procesar patrones complejos, pero también es cierto -es un hecho probado- que el cerebro humano es propenso a ver patrones significativos cuando en realidad estos patrones no existen (en medio de un ruido sin sentido). Y aunque el estudio de la física cuántica ciertamente no es un ruido sin sentido, es posible que nuestras mentes -que son unas máquinas increíbles para producir significado- estén equivocadas a la hora de atribuir efectos cuánticos a la propia conciencia. Entonces, ¿realmente tiene sentido pensar que nuestra falta de comprensión tanto de la conciencia como de la mecánica cuántica apunta a una conexión más grande?

 

Nuestro universo participativo.
La filosofía no es la única rama del conocimiento que trata de responder a la pregunta que nos hemos hecho más arriba, ya que si de hecho hay una conexión entre la mecánica cuántica y la conciencia, cualquier avance importante en nuestra comprensión de cualquiera de ellos, podría ayudarnos a comprender ambos. Por ejemplo, avances en las computadoras cuánticas, abren la puerta a una forma de inmortalidad. Una mejor comprensión de la propiedad de superposición podría enseñarnos como conquistar múltiples ideas que se excluyen unas a otras.

O quizá, a lo largo de estos años nos hemos aproximado a estos temas de manera incorrecta. Cuando miramos la mecánica cuántica, nosotros nos preguntamos a nosotros mismos si con nuestra observación estamos mirando y afectando lo que observamos o si es el acto de ser conscientes es consecuencia de lo que está allá afuera en realidad es lo que nos está perturbando ¿Es posible que saber cómo pensar de la manera correcta, alcanzando una conciencia cuántica, nos permita percibir la mecánica cuántica por primera vez? En cierto sentido, siempre hemos sido parte del universo participativo de Wheeler, prestando nuestra interpretación a lo que es la realidad a medida que registramos nuestra propia historia.

Por ahora, la mayor parte de la comunidad científica considera los efectos cuánticos en el cerebro con escepticismo: una respuesta apropiada en este momento.

Si es verdad la que la conciencia influye en la mecánica cuántica o no, y si es verdad o no que requerimos de la teoría cuántica para comprender de manera total cómo funciona el cerebro, por ahora solamente podemos disfrutar de la comodidad útil que esta asociación de ideas provee. La teoría cuántica nos ha forzado a salir de nuestra zona de confort en la medida en que consideramos nuevas formas de pensar y viviendo nosotros mismos alimentados por nuestras propias teorías.

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: https://futurism.com/scientists-are-exploring-a-link-between-our-minds-and-the-quantum-world/

Los esquizofrénicos podrían serlo desde que su madre está embarazada, revela nuevo estudio

Un nuevo estudio ha encontrado que la esquizofrenia podría originarse tan temprano como en las primeras 12 semanas de gestación, lo que significa que la enfermada podría ser tratada en el útero antes del nacimiento.

Creando mini cerebros en condiciones de laboratorio, los investigadores han podido percatarse e identificar claras perturbaciones en las células madre que rodean a los ventrículos, o cavidades del cerebro, posteriores a los dos semanas de gestación.

De acuerdo con el equipo de investigadores, este es un paso grande para la comprensión de los orígenes biológicos de este desorden del cerebro, el cual fue descrito por los antiguos egipcios en el 1550 antes de Cristo en los papiros “Ebers”.

“Esta enfermedad [la esquizofrenia] ha sido mal caracterizado por 4,000 años”, afirma uno de los investigadores, Michal Stachowiak de la Universidad Estatal de Nueva York.

“Finalmente ahora tenemos evidencia de que la esquizofrenia es un desorden que resulta de alteraciones en la formación y estructura del cerebro”.

Hay que decir que el equipo de investigadores logró crear lo que se conoce en el mundo de la ciencia como organoides cerebrales, que son órganos en miniatura que imitan al cerebro, todo esto utilizando células de la piel reprogramadas de tres personas que padecían esquizofrenia y cuatro personas sin la enfermedad las cuales actuaron como grupo de control.

Alimentados con los nutrientes, ácidos y glucosa correctos, estos pequeños cerebros pueden crecer y crear neuroectodermos, que es el tejido que forma nuestros cerebros. Eventualmente, cuando se lleva a cabo correctamente este procedimiento, se forman ventrículos cerebrales, corteza y aparece también una región similar al tallo cerebral.

“El objetivo de este experimento fue, en esencia, recapitular importantes etapas en la formación del cerebro que tienen lugar en el útero”, afirmó Stachowiak.

Conforme los modelos del cerebro comenzaron a tomar forma, los científicos notaron anomalías en los organoides desarrollados en pacientes con esquizofrenia: las células progenitoras neurales que forman neuronas no estaban apropiadamente distribuidas y, por consiguiente, muy pocas neuronas maduras aparecieron en el cortex.

Células madre con fallas (en rojo) en muestras de esquizofrenia (a la derecha).

Este estudio coincide con uno realizado anteriormente por otro equipo de científicos en el que se relacionó a la esquizofrenia con un fallo en el funcionamiento de la corteza, que es el lugar donde el cerebro lleva a cabo importantes tareas y funciones como la memoria, la atención y el procesamiento del lenguaje.

Para Stachowiak, “nuestra investigación muestra que la enfermedad muy probablemente comience durante el primer trimestre de gestación y que conlleve una división acelerada de las células, excesiva migración y diferencias prematuras de las células neuroectodermas”, de las cuales ya habíamos hablado anteriormente.

“Las neuronas que conectan diferentes regiones del cortex, las llamadas interneuronas, comienzan a tener un comportamiento con poca dirección y bastante caótico en el córtex de los esquizofrénicos, causando que las regiones corticales no se conecten bien, similar a lo que sucede cuando una computadora está mal conectada”.

Ahora que los científicos han podido encontrar este comportamiento caótico y de falta de conexión en las etapas iniciales del desarrollo de un feto, el siguiente paso será encontrar la manera en que esto puede ser tratado. Una falla genómica defectuosa llamada “Nuclear FGFR 1 Signaling”, podría ser la clave para ayudar a estos pacientes a dejar de tener alucinaciones, uno de los síntomas más evidentes de la esquizofrenia.

Podría ser también que algún tipo de dieta o inclusive hasta medicamentos podrían darse a las mujeres que estén embarazadas cuando el riesgo de que exista esquizofrenia en su descendencia sea identificado.

Es interesante señalar que los primeros síntomas de esquizofrenia aparecen usualmente en la adolescencia y al comienzo de la edad adulta, y se cree que esta enfermedad afecta a unos 21 millones de personas alrededor del mundo, causando severos problemas en el proceso de pensamiento, la percepción y el sentido del yo.

Sí bien la condición puede ser controlada con medicamentos, no hay una cura: pero los investigadores continúan aprendiendo más sobre las raíces genéticas de esta enfermedad que afecta directamente al “cableado” del cerebro.

Para terminar, Michal Stachowiak comenta que “ahora podemos afirmar que la esquizofrenia es un desorden provocado por una falla en cómo está construido el cerebro que ocurre cuando el feto apenas comienza a desarrollarse y que, por consiguiente, existe una clara malformación de los circuitos neuronales en el cortex”.

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Traducido y editado por Julio García

Referencia: http://www.sciencealert.com/schizophrenia-begins-in-brain-in-first-trimester-of-pregnancy

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