Eugenio y Sujetodeprueba

viernes, 23 de enero de 2009

El sombrero

... Campo al sesenta por ciento y subiendo.
- Bien- dijo Roberto- continuamos.
- Tenemos pequeñas fluctuaciones en la fuente.
- No importa. Espera ¿afectará al rendimiento?
- Por ahora no, han desaparecido...

Habían pasado veinte años desde aquel día, y por fin hoy Roberto Ramírez Rojo lograría cumplir el sueño de su padre.

....Campo al sesenta y ocho por ciento y estable.
- ¿Cómo van esas fluctuaciones?

La ultima vez que lo intentaron el chorro de plasma se desestabilizó a causa de la oscilación derritiendo todo el equipo. Si volvía a pasar, la facultad le retiraría la beca y perdería la poca credibilidad que le quedaba.

- Se están produciendo batidos, puede que desaparezcan si aumentamos el campo.
- Bien, aumentaremos la intensidad en un dos por ciento.

Controlar un rayo de plasma a una temperatura tan elevada no era algo sencillo, pero habían mejorado el equipo de su padre hasta un nivel tan alto que parecía un juego de niños. Aunque no siempre salía todo bien.

...Campo al setenta por ciento y estable.
- Han desaparecido las fluctuaciones.
Probablemente sea un problema de resonancia en el equipo- pensó Roberto- habrá que vigilarlo por si se repite a mayor intensidad. Un fallo cerca del límite podría ser peligroso.
- ¿Seguimos aumentando la intensidad?
- Sigan, pero cuidado, hagámoslo despacio.

Pensar que por fin iban a lograr aquello que le había costado la vida a su padre...
Era por eso que Roberto llevaba hoy aquel viejo sombrero de su padre. A él le resultaba ridículo, y que sus compañeros se riesen del sombrero no ayudaba mucho, pero su padre siempre lo había llevado. Además tenia la estúpida manía de guardar sus notas en el forro, así que Roberto en memoria suya había metido un extracto de su articulo de hace 6 años dentro del sombrero... quizás le diese suerte.

...Campo al ochenta por ciento y subiendo.
- Empezamos a detectar radiación de alta frecuencia.
- Niveles de emisión- A Roberto le preocupaba que el paso de túnel cuántico a clásico produjese un estallido de radiación.
- Por debajo de lo esperado.
- Recibimos radiación ultravioleta.
- Atentos, en cualquier momento tenemos que empezar a verlo.

La teoría de los espacios multiconectados creada por su padre permitía unir dos puntos del espacio-tiempo sin ningún tipo de restricciones, es decir, a diferencia del resto de teorías, no tenia porque curvarse el espacio-tiempo y producir un intenso campo gravitatorio (aunque algo sí que se curvaba, dando lugar el gran esfuerzo a parte de la radiación que estaban midiendo). Si la teoría era correcta, podías unir los puntos de la puerta de tu casa a los puntos de cualquier otro lugar y viajar de forma instantánea hasta allí.
El problema es que los túneles clásicos no existen, solamente existen los túneles cuánticos, por lo que tendrían que buscar un pequeño túnel cuántico y agrandarlo, y ahí estaba el gran problema, incluso una vez agrandado algunas propiedades cuánticas aun permanecían, haciendo muy inestable el túnel.

...Campo al ochenta y cinco por ciento y subiendo.
-¡Ahí está!
El túnel se había hecho visible y parpadeaba delante de sus ojos. Solamente ea un punto azul brillante, pero era una realidad. La teoría empezaba a ser correcta.
- ¿Es estable?
- Sí, la radiación mantiene el pico en el azul.
- Avisa si el pico comienza a oscilar violentamente.

Roberto sabia demasiado bien lo violento que podía volverse el túnel, su padre había muerto justo en este punto del proceso. Su equipo falló y perdieron el control del túnel. Como resultado, el espacio dentro del túnel se desgarró, empezó a fluctuar conectando entre sí miles de millones de puntos de forma aleatoria y produciendo un estallido de radiación.

...Campo al noventa y tres por ciento y subiendo.
- Señores y señoras, estamos a punto de conseguirlo.
- han vuelto las fluctuaciones de la fuente.
- ¿Son peligrosas?

Roberto sabia que tendría que parar el proceso. Había calculado cuanto podría aguantar su equipo, y sabia que no podía pasar del noventa y seis por ciento. Pero estaba dispuesto a jugársela, aunque solo pudiesen abrir el túnel una sola vez.

...Campo al noventa y cuatro por ciento y subiendo.
- No, están dentro del margen de seguridad.
- La radiación se acerca al infrarrojo.

Durante un instante el punto rojo parpadeó y desapareció. A medida que aumentaba de tamaño permitía pasar ondas de mayor tamaño y pronto se podría ver el otro extremo.

...Campo al noventa y cinco por ciento y subiendo.
- La radiación ha descendido, captamos niveles normales.

Roberto aguantó la respiración, era como si el túnel no existiese en aquel punto, como si todo el equipo crujiese y temblase para mantener abierta la nada.

...Campo al noventa y seis por ciento y subiendo.
- ¡Lo, lo hemos conseguido!
- La radiación está volviendo.
- ¡Lo conseguimos!

Ya no oía nada. Pero allí estaba, como una esfera de cristal podía ver a través del túnel el laboratorio de su padre... Tal y como era hace veinte años.

...Campo al noventa y siete por ciento.
- Las fluctuaciones desestabilizan el plasma.
- ¡Apágalo!- dijo Roberto.

Pero fue lo ultimo que dijo, porque en ese momento el espacio-tiempo se rasgo, y como un viento huracanado que lo arrastrase todo hacia el túnel la implosión lo destrozó todo.

Tiempo después se demostró que los túneles clásicos no eran estables. Por mucho cuidado que se tuviese era como levantar una torre de naipes colocando la cúspide en la parte de abajo, es inevitable que se derrumbe.

...Campo al cero por ciento y estable.
- Roberto hijo, es tarde, tenemos que volver a casa.
-Ya voy papá. He encontrado un sombrero tirado en el suelo de tu laboratorio.
- Parece que tiene algo dentro.
- “Teoría de los espacios multiconectados” por Roberto Ramírez.
- Debe de ser uno de tus artículos papá- dijo Roberto.
- Eso parece, pero la fecha...

domingo, 18 de enero de 2009

Día 12. ¿Diga?

“…recordaba las famosas palabras de Shannon sobre la teoría de la información en el sentido de que el mensaje mejor codificado era apenas un ruido ininteligible a menos que uno tuviera de antemano la clave de cifrado.”

Este es un pensamiento de la doctora Arroway ante la expectativa de un mensaje enviado por seres extraterrestres. Ha sido extraído de la novela “Contact” de Carl Sagan.

Y es que el primer contacto con una civilización que se ha desarrollado fuera de la tierra es algo que ha preocupado tanto a escritores de ciencia ficción como a científicos desde Hace Ya un tiempo.

Prueba de ello es que cuando en 1890 H.G. Wells publicó su Guerra de los Mundos muchos de los principales astrónomos creían seriamente que Marte estaba realmente habitado por seres inteligentes. Y quizás la mejor anécdota al respecto es la de los canales marcianos. Durante el periodo 1877-1886 el astrónomo italiano Giovanni Schiaparelli se dedicó a realizar observaciones de la superficie de Marte y a tomar dibujos y anotaciones de lo que veía. En dichas anotaciones escribo la palabra “surco” para describir las líneas que veía sobre la superficie. Dichos “surcos” en italiano pasaron a ser “canales” en inglés (por un error de traducción) y posteriormente fueron interpretados por Percival Lowell como prueba de que en Marte había sistemas de riego y que por tanto seres inteligentes habitándolo.

Todo esto hizo que durante el periodo que va desde 1880 hasta 1925 se propusiesen diversas formas de comunicarse con los marcianos. Las tres que más se repitieron fueron la de construir un faro gigante para mandar señales, colocar cientos de focos a lo largo de una gran superficie para crear dibujos sobre la tierra, y utilizar ondas de radio.

Las dos primeras nunca llegaron a realizarse. Y aunque hubo quien dijo haber recibido señales de radio, nunca se pudieron confirmar. Lamentablemente dichas propuestas estuvieron rodeadas de cierto misticismo, ya que había muchos espiritistas que decían haber estado en contacto con las mentes marcianas. Esto hizo que durante los siguientes 30 años el interés por comunicarse con seres extraterrestres fuese decayendo paulatinamente. Y la idea pasó de ser de ser de interés público a considerarse como el fruto de mentes ociosas o muy imaginativas…

Durante décadas el problema de mandar o recibir mensajes al espacio fue olvidado. Y el tema de la comunicación extraterrestre era tratado solamente a nivel teórico. Hasta que en 1960 de la mano de Frank Drake surgía el proyecto OZMA.

El proyecto Ozma consistía en observar los cielos de forma sistemática en busca de una señal de radio que pudiese significar la existencia de vida inteligente fuera de la tierra.

Ozma constaba de un radiotelescopio de 26 m de diámetro ubicado en Green Bank (Virginia oeste) y representó el primer enfoque experimental serio para detectar vida inteligente fuera de la tierra. Tras más de 150 horas de escucha y varias falsas alarmas el proyecto fue suspendido.

(Ozma es el nombre la princesa de la tierra de Oz, y surge a través de la supuesta comunicación por radio de L. Frank Baum con la tierra de Oz inspirada por los relatos sobre la tierra de Oz entre los que figura la cocidísima obra “El mago de OZ”).

Aunque Drake es considerando el pionero de SETI, es quizás más conocido por la ecuación de Drake que estima el número de civilizaciones que hay en nuestra galaxia capaces de comunicarse a distancias interestelares.

R: Número de estrellas que se forman cada año.
S: cuantas de esas estrellas son de tipo solar
P: fracción de éstas que tienen planetas
E: Número de planetas situados a una distancia propicia para la vida
L: dentro de los planetas propicios, en cuentos se llega a generar la vida
I: Número de ellos en los que se generó una vida inteligente.
C: Fracción de seres inteligentes que desarrollaron técnicas de comunicación.
V: Es la duración de la vida en la fase comunicativa.

A lo largo de los años 60 y los 70 se realizaron diversos movimientos para poner en marcha un sistema de escucha más ambicioso que Ozma. El principal objetivo era el de contar con una infraestructura lo suficientemente grande como para llevar a cabo una búsqueda sistemática de los cielos y a la vez poder descartar señales de satélites y aviones fácilmente. Dichos programas llevados a cabo por diversas universidades se unificaron en la década de los 80 en lo que ahora se conoce como SETI.

La otra cara del asunto de la comunicación es lo que se conoce como METI (Messaging to Extra-Terrestrial Intelligence). Consiste en mandar desde la tierra un mensaje que pueda ser recibido en otros planetas.

Hasta la fecha dicha iniciativa ha tenido 3 momentos clave.

La señal de Arecibo. 16 de noviembre de 1974

La señal enviada era una imagen. Para mandarla se emitieron pulsos y silencios en grupos de 23. Los grupos de 23 se ordenan en renglones para formar una matriz. Los unos indicarían que puntos de la matriz debían pintarse y los ceros los puntos que quedarían en blanco. A continuación puede verse como quedaría la imagen. (Los colores son solamente para distinguir las diferentes partes del mensaje).

La placa a bordo de la Pioneer 10 y 11. 3 de marzo de 1972

La sonda Pioneer 10 cuyo objetivo principal era el planeta Jupiter se dirige ahora mismo hacia la estrella Aldebarán (a donde llegará dentro de 1690000 años). Adosada en uno de los costados de la sonda viaja una placa destinada a quien recoja la sonda.

La sonda Pioneer 11 cuyos objetivos eran similares a los de la Pioneer 10 lleva una placa identica.

Las sondas Voyager. 5 de agosto de 1977

La misión de las sondas Voyager era la de estudiar los planetas exteriores y la zona próxima la heliopausa (donde el viento solar se encuentra con las partículas del medio interestelar). Cada una lleva en su lateral un disco de oro donde además de aparecer imágenes parecidas a las de las placas de las Pioneer tambien están grabados sonidos y los saludos de gente de la tierra en 55 idiomas.

Actualmente se está desarrollando el proyecto Rosetta que consiste en recopilar para que no se pierdan todos los idiomas que hay actualmente sobre la tierra. De momento el proyecto recoge unos 1500. (Compárese este dato con los 55 saludos enviados en los discos de oro de las Voyager).

La idea final es grabar todos los datos en un disco de Níquel y Aluminio con una vida media de 2000 años. Los datos pueden ser leídos utilizando un simple microscopio.

Planteamientos más ambiciosos del proyecto Rosetta incluyen la puesta en orbita de un satélite con el disco. Para que pese a los acontecimientos que puedan ocurrir en la tierra esa información pueda preservarse.

Aunque a simple vista los discos de oro y la señal de radio parecen no tener mucho sentido, como el propio Carl Sagan decía, lo más importante no es el contenido de los discos o las señales de radio, sino su existencia, que revela a quien los recoja nuestra existencia y nuestro interés por comunicarnos con quien sea que esté ahí fuera.

Ahora bien, supongamos que nos llega un mensaje como el que sugiere Sagan en “Contact”. ¿Podemos decir algo sobre tal mensaje, o cabe esperar que sea un total galimatías?

El problema de Ozma:

El problema de Ozma tal y como lo plantea Martin Gardner consiste en lo siguiente: ¿hay un modo de comunicar la significación de “izquierda” mediante un lenguaje transmitido en forma de señales pulsátiles?

Aclarándolo más, el problema consiste en que emisor y receptor no pueden ver la misma estructura, ¿existe un experimento físico que se le pueda transmitir al receptor para indicarle qué entendemos por izquierda y qué por derecha?

Una versión no estricta del problema puede tener solución si enviamos luz polarizada elípticamente al receptor, o si emisor o receptor pueden ver un mismo esquema (un conjunto de estrellas por ejemplo).

Sin embargo, el problema en su versión estricta parecía no tener solución hasta la decada de los años 60. En los años 60 la doctora Chien-Shiung_Wu (la madame Curie china) realizó una serie de experimentos para determinar una asimetria en la interacción débil que dieron como resultado una violación de la ley de la paridad. En otras palabras, descubrió una forma de distinguir entre el polo sur y el polo norte de un imán (el imán que usó fue un átmo de cobalto 60 enfriado hasta casi el cero absoluto).

La ley de Zipf

La ley de Zipf es una ley de carácter empírico-estadístico, viene a decir que en un idioma las palabras que más se repiten son a su vez las más cortas. Esta ley tiende a cumplirse cuanto más evoluciona un idioma, ya que cuanto más usamos una palabra más tendemos a acortarla para facilitar su uso. Lenguajes inventados como el Klingon de Star Trek o el elfito de Tolkien no cumplen esta ley.

La ley de Zipf sirve en muchos casos para saber si un cifrado contiene o no un mensaje.
Aunque hay que destacar que el cumplimento de la Ley de Zipf no garantiza que un cifrado sea un idioma. Es lo que le ocurre al manuscrito Voynich. Pese a cumplir la ley de Zipf, nunca nadie ha podido descifrarlo ni reconocer a qué idioma pertenece.

La ley de Benford o ley del primer dígito.

La ley del primer dígito afirma que los números que existen en la vida real empiezan muchas más veces por 1 que por otra cifra. (Por ejemplo precios de cosas, medidas, inventarios etc…)

Variaciones a estas leyes lo constituyen la ley de Bradford, la ley de Lotka o la distribución de Pareto. Todas ellas relacionan el número de artículos de un autor con el número de veces que se le cita.

Otro tipo de análisis seria la comparación con distintos tipos de distribuciones de probabilidad, como la de Gauss o la de Poisson para determinar si se trata de un mensaje o son señales al azar.

Basándonos en todo lo que hemos dicho podemos decir que resulta factible que lleguemos a descifrar un mensaje de la naturaleza del que se sugiere en Contact.

Como reflexión final:

¿Qué ocurriría si en vez de captar un mensaje destinado a nosotros recibiésemos parte de un mensaje intergaláctico que estuviese cifrado?

¿Dedicaríamos siglos de investigación a tratar de resolver el cifrado?

Fuentes:

Libros:

Izquierda y derecha en el cosmos. Autor: Martin Gardner. Ed: Biblioteca Científica Salvat.

Contact. Autor: Carl Sagan. Ed: Palza Janés Editores, S.A.

Comunicación extraterrestre. Autor: Martin Gardner. Ed: Catedra.

Inteligencias extraterrestres. Autor: Jean Heidmann. Ed: Ariel Ciencia.

La búsqueda de vida extraterrestre. Autores: Manuel Vázquez Abeledo y Eduardo martín Guerrero de Escalante. Ed: McGraw-Hill

Páginas web:

http://www.answers.com/topic/project-ozma (13/01/2009)

http://www.answers.com/topic/seti (13/01/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/Project_Ozma (13/01/2009)

http://www.hour25online.com/Hour25_Previous_Shows_2004-08.html (13/01/2009)

http://history.nasa.gov/SP-4212/p6.html (17/01/2009)

http://www.alt64.org/wiki/index.php/Canales_marcianos (15/01/2009)

http://es.wikipedia.org/wiki/Marciano (15/01/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/The_Emerald_City_of_Oz (17/01/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/L._Frank_Baum (17/01/2009)

http://www.gordsellar.com/2008/10/06/props-to-carl-sagan/ (16/01/2009)

http://setiathome.ssl.berkeley.edu/ (18/01/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/Arecibo_message (18/01/2009)

http://es.wikipedia.org/wiki/Pioneer_10 (18/01/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/Rosetta_Project (18/01/2009)

http://blogs.zdnet.com/BTL/?p=1443 (18/01/2009)

http://www.neoteo.com/hd-rosetta-contra-la-edad-oscura-digital-14371.neo (25/12/2008)

http://www.zetatalk3.com/mexico/sagan.htm (18/01/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/Chien-Shiung_Wu (18/01/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/Zipf (10/01/2009)

http://www.neoteo.com/manuscrito-voynich-el-mejor-cifrado-de-la-14308.neo (18/12/2008)
http://es.wikipedia.org/wiki/Ley_de_Benford (18/01/2009)

domingo, 4 de enero de 2009

Día 11. Exploring the Uncanny Valley

En el año 1970 el robotista japonés Masahiro Mori publicó en Energy un articulo titulado “The Uncanny Valley”. En dicho artículo Mori expresaba sus ideas acerca del futuro de la robótica e introdujo lo que se llamaría a partir de entonces el valle inexplicable.

Mori trataba de describir como sería la respuesta emocional de una persona hacia una entidad con apariencia y comportamientos muy similares a los de los humanos. Por ejemplo un robot, un muñeco, dibujos animados o incluso personajes de videojuegos.

El principio dice que la respuesta emocional de una persona hacia una entidad con apariencia y comportamiento similar al de los humanos se incrementa a medida que esta entidad se parece cada vez más a humano. Pero en un determinado punto, esta respuesta emocional se vuelve de repente fuertemente repulsiva. Si el parecido continúa aumentando, la respuesta emocional del sujeto vuelve a crecer de forma positiva, llegando a niveles de empatía similar al existente entre humanos.

Ese punto donde la respuesta se vuelve de repente repulsiva es lo que se conoce como el valle inexplicable.

La curva es fruto de encuestas y estudios como los que se realizan en la web:

http://www.theuncannyvalley.org/

(Recomiendo que hagáis los tests, porque son muy curiosos).

¿Adivináis en qué punto de la curva se encuentra cada uno de estos?

Lo más curioso es que la curva no sólo sirve para robots y seres animados, sino que también se puede aplicar a los propios humanos, y actualmente se han dado casos de personas que han caído bajos los efectos del valle inexplicable. Generalmente gente famosa que tras operaciones de cirugía estética se han visto “deshumanizados”.

Pero, ¿tiene explicación el valle inexplicable?

Se han realizado mucho estudios al respecto, y la respuesta parece ser que está en nuestro subconsciente.

Imaginémonos en la edad de piedra, sin dibujos animados y sobretodo sin robots. ¿Qué seria entonces lo que más se parecería a un ser humano vivo? Un ser humano muerto.

Parece una tontería, pero según la Terror Management Theory [Pyszczynski et al. 1999], para ayudarnos en la supervivencia nuestro subconsciente creó cierta repulsión hacia los cadáveres y las cosas que se les pareciesen. Así que según esta teoría, el valle inexplicable puede explicarse fácilmente si aceptamos que justo antes de parecerse a un humano vivo, un robot se parecería a un humano muerto.

Aunque el valle inexplicable ha pasado desapercibido para el público en general e incluso a los escritores de ciencia ficción durante mucho tiempo, es algo que trae de cabeza a toda la industria del cine y de los videojuegos.

Uno de los mayores fracasos de la industria del cine fue “Polar Express”

En dicha película se trató de dar tanto realismo a los personajes generados por ordenador que al final los espectadores en vez de centrarse en la película lo que hacían era buscar movimientos que delatasen el origen informático de los actores.

La industria del videojuego se enfrenta con graves problemas, ya que hasta ahora todo parecia limitarse a aumentar el número de polígonos de sus modelos y la resolución de sus gráficos. Ahora tendrán que trabajar también con la “humanidad” de sus modelos.

Pese a todo, parece que hay una forma de hacer trampa y evitar el valle inexplicable. Estudios más recientes parecen indican que la clave del valle inexplicable se encuentra en los ojos. Por lo visto el conjunto ojos-cejas-parpados es el encargado de transmitir a los demás casi toda la información sobre nuestro estado de ánimo. Tanto es así que para salvar el valle inexplicable basta con que el ser en cuestión tenga una mirada capaz de transmitir sentimientos. Los mejores ejemplos de ello son los robots Jhonny 5 (películas Cortocircuito 1 y 2 (1986,1988)), y Wall-e (Wall-e (2008)).

Por ultimo, señalar que aunque fuese Masahiro Mori en 1970 el que señalase la existencia del valle inexplicable, en 1950 Alan Turing propuso algo que está directamente relacionado con las máquinas que se parecen a los humanos.

Turing que es considerado uno de los fundadores de la ciencia de computación se planteó el problema de determinar cuando una computadora es considerada como inteligente. Para ello ideo lo que se conoce como prueba de Turing. La prueba original consistía en encerrar a una persona en una habitación y dejar que se comunique con alguien en otra habitación. En la otra habitación hay otro hombre o una máquina. Si la primera persona es incapaz de determinar si está hablando con un hombre o con un ordenador, entonces el ordenador es considerado inteligente.

En la actualidad no hay máquinas inteligentes, es decir, ninguna máquina puede engañar a un humano, sin embargo se han hecho avances en ese sentido, y se ha establecido una competición anual llamada Premio Loebner al software más inteligente. El premio Loebner se basa en el test de Turing modificado. La prueba modificada sirve para medir la inteligencia de las máquinas. Cuanto más se tarde en descubrir si es o no un ordenador, más inteligente es el ordenador.

Las encuestas realizadas hasta ahora para determinar la forma precisa del valle inexplicable y los parámetros que lo afectan han empezado a mostrar que existe otro valle (más bien un pozo sin fondo) cuando hablamos de la inteligencia de una máquina. Parece ser que nos sentimos cómodos a medida que los robots son cada vez más inteligentes pero más tonto que nosotros, y que sentimos cierto miedo cuando dejan de ser más tontos y pasan a ser superiores.

sábado, 3 de enero de 2009

Día 10. Mobilis in Mobile

“... –Existe un agente poderoso, obediente, rápido, fácil que se adapta a todos los usos, y que reina como dueño en mi aparato. Todo se ejecuta por él. Me alumbra, me calienta, es el alma de mis aparatos mecánicos. Este agente es la electricidad…”

“… -Permitidme una sola pregunta, sin embargo, a la que no contestareis si es indiscreta. Los elementos que empleáis para producir este maravilloso agente deben gastarse pronto. Por ejemplo, ¿cómo remplazáis el cinc no conservando ya ninguna comunicación con tierra?...”

“… -Os diré primeramente que en el fondo de los mares existen minas de cinc, de hierro, de plata de oro etcétera, cuya explotación podría ciertamente realizarse. Pero no he tomado nada de estos materiales terrestres, he querido pedir al mismo mar los medios de producir mi electricidad…”

“…-Ya sabéis de qué se compone el agua del mar. En mil gramos se hallan noventa y seis y media centésimas de agua y dos centésimas dos tercios aproximadamente de cloruro de sodio; luego, en cantidades pequeñas, cloruros de magnesia, de potasio, de bromuro de magnesio, de sulfato de magnesio, de carbonato de cal. Ya veis pues, que el cloruro de sodio se encuentra allí en notable proporción, y le extraigo del agua del mar componiendo de él mis elementos.
-¿El sodio?
-Sí señor. Mezclado con el mercurio, forma una amalgama que hace las veces del cinc en los elementos Bunsen. El mercurio no se gasta nunca. Sólo el sodio se consume, y el mar me lo suministra. Os diré, además que las pilas de sodio deben ser consideradas como las más energéticas, y que su fuerza electromotriz es doble de la de las pilas de cinc.”

Estos son fragmentos de una conversación del Capitán Nemo con el Profesor Aronax. Extraídos del libro de Julio Verne “20.000 leguas de viaje submarino”

¿Es factible lo que dice el Capitán Nemo? ¿Podría ser esa la fuente de energía del Nautilus?

No nos interesa saber si los aparatos estaban o no a disposición del Capitán Nemo en la época en que se ambienta la historia, sólo si pueden existir y funcionar de la forma que se describe.

Para empezar, una aclaración, la pila que se conoce como pila Bunsen es la que aparece a continuación:

En este tipo de pila, además de degradarse los electrodos, se consume el ácido nítrico y el sulfúrico. Por lo que no encaja nada bien en la descripción de Nemo. ¿Un error por parte del autor? No, ya que durante el siglo XIX, surgieron muchos tipos de pilas, de distintos fabricantes, y la mayoría fueron desechadas. Es normal entonces que las pilas y los aparatos eléctricos fuesen asociados a un nombre conocido como es Bunsen, o incluso Volta. Pese a que estos hombres no tuviesen nada que ver con la pila en cuestión.

¿Hay alguna pila que se parezca a la que describe Nemo? La pila de mercurio.

No voy a describir como funciona una pila de mercurio, tan sólo es necesario saber que efectivamente cumple lo que anuncia Nemo, es decir, tan sólo se degradaría el sodio. Y también es verdad que usar sodio en vez de zinc aumenta la fem (el voltaje de la pila) debido a que el sodio tiene un potencial estándar de reducción menor que el zinc. Para ser más exactos, las pilas actuales que usan zinc alcanzan un fem de 1,5V, mientras que las que utilizan litio (con un potencial estándar de reducción incluso mayor que el del sodio), llegan a alcanzar los 3V. Esto quiere decir que las pilas de sodio tendrán un voltaje intermedio, pero siendo poco precisos, podemos aceptar como cierta la afirmación de Nemo de que las pilas de sodio ofrecen un voltaje doble de las de cinc.

Así que en un principio pueden existir las pilas que describe Nemo. Veamos si su autonomía es suficiente como para abastecer al Nautilus.

Vamos suponer que lo que dice Nemo es verdad y que las pilas de sodio son las más energéticas, y producen una fem de 3V

La potencia del motor de los submarinos militares actuales (submarinos de ataque y lanza-misiles) va desde unos 3MW hasta los 30MW. Así que podemos suponer que el motor del Nautilus tiene una potencia de 1MW.
Vamos a calcular cuanta cantidad de sodio es necesaria para mantener el motor funcionando durante una semana.
La energía que consumirá el motor funcionando interrumpidamente durante una semana es de:

La energía que producirá la pila es de:

Si suponemos que la energía de la pila se invierte en alimentar el motor, obtenemos que el número de moles de sodio necesarios para que el motor funcione durante una semana es de:

Esto equivale a 48029 Kg de Sodio.

¿Es esta una cantidad muy grande?

Más adelante en el relato, el capitán Nemo describe cual es la masa de cada parte del submarino. En total, la masa del Nautilus es de 1356480 Kg (1356 t)

La masa de los submarinos militares actuales está entre 2000 t y 20 000 t. El Nautilus es más ligero que los submarinos actuales, pero su masa entra dentro de lo factible, además, al ser más ligero, se justifica que su motor sea menos potente. Lo más importante es que la masa del sodio necesaria para mantenerlo funcionando unas 4 semanas representa un 14% de la masa total del submarino, por lo que es factible usar baterías de mercurio y sodio para alimentar al Nautilus.

Fuentes:

Libros:

Química (Septima edición). Raymond Chang y Williams College. Ed: MCGraw-Hill.

Física para la ciencia y la tecnología. Paul A. Tipler. Ed: Reverté, S.A.

20.000 Leguas de viaje submarino. Julio Verne. Ed: Olympia ediciones.

Web:

http://www.naval-technology.com/projects/category/submarines/ (02/01/2009)

http://home.att.net/~JVNautilus/Warren/Warren.html (01/01/2009)

http://jv.gilead.org.il/rpaul/Vingt%20mille%20lieues%20sous%20les%20mers/ (02/01/2009)

http://es.wikipedia.org/wiki/Pila_el%C3%A9ctrica (03/01/2009)

http://en.wikipedia.org/wiki/Mercury_battery#cite_note-0 (03/01/2009)

http://www.belgrado.es.edu.ar/ (01/012099)

http://www.ecy.wa.gov/mercury/mercury_batteries.html (03/01/2009)

jueves, 1 de enero de 2009

Día 9. Poder mental.

viernes, 26 de diciembre de 2008

Día 8. Asimov contra la MEG

“... ¿Qué es un sinapsiador?
-Bien, en esencia se trata de un dispositivo para incrementar la capacidad de aprender de un ser humano.
-No me diga. ¿Y funciona?
-Ojalá lo supiéramos. Los detalles básicos son éstos: el sistema nervioso del hombre y de los animales está formado por neuroproteínas, que no son más que moléculas enormes en equilibrio eléctrico muy precario. El menor estímulo excita a una molécula, que a su vez excita a la siguiente, que a su vez repite el proceso hasta que se llega al cerebro. El mismo cerebro es un agrupamiento inmenso de moléculas similares conectadas entre sí en todas las formas posibles. Puesto que hay aproximadamente diez elevado a la vigésima potencia, es decir, un uno seguido de veinte ceros, de tales neuroproteínas en el cerebro, el número de posibles combinaciones es del orden de diez factorial elevado a la vigésima potencia, un número tan impresionante que si todos los electrones y protones del universo fueran universos ellos mismos, y todos los electrones y protones de esos universos volvieran a ser universos, en ese caso todos los electrones y protones de todos los universos así creados seguirían siendo nada comparados con el número del que le hablo… ¿Me comprende?
-Ni una palabra…”

“… en cualquier caso, lo que denominamos impulsos nerviosos es simplemente el desequilibrio electrónico progresivo que se desplaza por los nervios hasta el cerebro y luego desde el cerebro hasta los nervios…”

“…Mientras ese impulso recorre una célula nerviosa, lo hace a velocidad rápida, ya que las neuroproteínas están prácticamente en contacto. Sin embargo, las células nerviosas poseen una extensión limitada, y entre una y la siguiente existe una pequeña separación de tejido no nervioso..”

“…La separación disminuye la fuerza del impulso y aminora la velocidad e su transmisión en una cantidad igual al cuadrado de su anchura… Imagine ahora que pudiera descubrirse algún medio para reducir la constante dieléctrica de esta separación entre células.”

Extractos de “Envejece Conmigo” de Isaac Asimov, Primera versión de lo que posteriormente seria “Un guijarro en el cielo”.

Así que el sinapsiador lo que hace es variar la constante dieléctrica entre neuroproteínas, lo cual aumenta la velocidad a la que se transmiten los impulsos eléctricos. Esto tiene cierto fundamente, ya que la velocidad a la que se propaga una onda electromagnética es:

Variando entonces la constante dieléctrica se puede variar la velocidad a la que se propagan las ondas.

¿Se puede variar la constante dieléctrica?

Según el modelo del dieléctrico formado por dipolos, la constante dieléctrica depende del número de dipolos libres que se pueden orientar en la dirección del campo eléctrico aplicado, N, del momento dipolar de esos dipolos, p, y de la temperatura T.
Como lo que nos interesa es que k sea más pequeña para que así aumente la velocidad de transmisión, tenemos 3 caminos posibles:

Aumentar la temperatura: Los procesos biológicos que tienen lugar dentro del cuerpo humano dependen fuertemente de la temperatura, por lo que un aumento o una disminución de la misma puede llegar a ser mortal.

Disminuir el momento dipolar: El momento dipolar depende de la estructura de las moléculas que formen el dieléctrico, por lo que habría que variar las moléculas que forman parte del sistema nervioso. Lo cual seria muy complejo en un ejemplar adulto, ya que las antiguas moléculas seguirían produciéndose y habría que eliminarlas regularmente.

Disminuir el número de dipolos libres por unida de volumen: Es la opción más factible de todas, ya que se podría dopar el dieléctrico con alguna otra sustancia que siendo inocua para el cuerpo humano, redujese el número de dipolos libres por unidad de volumen.

Aunque no seria fácil de llevar a cabo, la tercera propuesta si parece realizable, así que en un principio el sinapsiador parece factible, aunque ya no seria una máquina tan futurista como antes, simplemente seria un aparato para introducir un una sustancia en los puntos adecuados del cuerpo. (Una especie de jeringuilla).

Sin embargo, aquí no se ha tenido en cuenta que el dieléctrico está colocado entre células nerviosas. Un sistema así funcionaria como un pequeño condensador, y si reducimos la constante dieléctrica, reduciremos a su vez la capacidad de dicho condensador, creando una serie de problemas relacionados.

Pero olvidémonos del resto de inconvenientes que caen dentro de la biología y de los cuales yo no puedo hablar, y supongamos que es posible que una máquina así funcione y que produzca el efecto descrito de acelerar la velocidad a la que se transmiten los impulsos nerviosos permitiendo que una persona “piense más rápido”.

El afortunado conejillo de indias que prueba la máquina en el relato es Joseph Schwartz. El primer efecto secundario del uso de la máquina es que Joseph Schwartz es capaz de aprender un nuevo idioma en poquísimo tiempo, y no sólo eso, sino que es capaz de aprender cualquier tarea que se le enseñe a la primera, y puede ejecutarla de forma perfecta nada más aprenderla.

Hasta aquí se cumpliría a la perfección lo que se le exigía al sinapsiador, pero lo más interesante viene a continuación.

El segundo efecto secundario es que Joseph Schwartz adquiere la capacidad de detectar las ondas electromagnéticas de los cerebros que le rodean, e incluso es capaz de emitir ondas él mismo para controlarlos.

Veamos cuales son las técnicas actuales para medir la actividad cerebral:

-- Resonancia magnética nuclear. RMN/IRM/TRM/NRM/NMRI/fMRI

Funcionamiento: Mediante un intenso campo magnético se alinean los espines atómicos de los átomos que forman el cuerpo. Cuando un átomo varía su espín emite fotones que son registrados por la máquina.
Las versiones más modernas como la functional magnetic resonante image (fMRI) miden el gradiente de concentración de ciertos átomos y utilizan los datos para interpolar el nivel de actividad.

El principal inconveniente de la fMRI es que no mide directamente la actividad cerebral, sino que mide por ejemplo la concentración de oxígeno en una zona del cerebro e infiere el nivel de actividad.

Para más información, incluida una animación de cómo funciona la RMN:
http://www.magnet.fsu.edu/education/tutorials/magnetacademy/mri/fullarticle.html

Este otro enlace muestra un divertido juego sobre la RMI y ayuda a saber que requisitos debe cumplir el paciente y que diferencias hay entre la RMI, el TAC y los rayos X:

http://nobelprize.org/educational_games/medicine/mri/

-- Tomografía axial computerizada. TAC

Funcionamiento: Se emite un fino rayo de rayos X que incide sobre el objeto de estudio. Parte de esa luz es absorbida, el resto llega al detector donde se forma una imagen del objeto. Tomando imágenes desde distintos ángulos y combinándolas puede obtenerse una imagen en 3D del objeto de estudio.

El principal inconveniente del TAC es que sólo sirve para determinar la estructura y no el funcionamiento de los órganos que se quieren estudiar. (Puede crear imágenes de órganos que se mueven como el corazón, pero no la actividad eléctrica del cerebro).

-- Tomografía por emisión de positrones. TEP/PET/SPET

Funcionamiento: Se inyecta en el cuerpo una sustancia radiactiva que emite positrones. Dichos positrones se desintegran en fotones que son recogidos con un detector. Analizando la trayectoria de los fotones a través del detector puede hallarse la zona de origen.
La versión más avanzada (Single photon emission computed tomography SPECT) aprovecha el hecho de que cada positrón se desintegra en dos fotones que salen en la misma dirección pero en sentidos opuestos. Registrando a la vez ambos fotones puede determinarse con mayor precisión la zona donde se emitió el positrón.

Al igual que la fMRI la SPECT no mide la actividad directa, sino que mide la concentración de la sustancia modificada para ser radiactiva y extrapola a partir de ahí la actividad del órgano en estudio.

-- Diffuse Optical Imaging. DOI / Event Related Optical Signal. EROS

Funcionamiento: El funcionamiento del DOI es parecido al TAC, sólo que se utiliza luz infrarroja, la cual es absorbida por la hemoglobina (el grado de absorción depende de cuanto oxígeno está transportando al hemoglobina). El EROS utiliza cables de fibra óptica para analizar zonas concretas.

El inconveniente de esta técnica es la baja resolución debida a la utilización de luz infrarroja y la gran absorción del resto de tejidos a este tipo de radiación. Al igual que la fMRI y la SPECT el EROS no mide directamente la actividad de un órgano, sino que mide la concentración de ciertas sustancias (oxigeno por ejemplo) e induce a partir de ahí la actividad del órgano.

-- Electroencefalografia. EEG/SEEG

Funcionamiento: Se miden las corrientes eléctricas dentro del cerebro. Para medir dichas corrientes se colocan unos electrodos pegados a la cabeza. Analizando los datos recibidos por los distintos sensores se puede aproximar la zona del cerebro de la que procede la corriente.

El principal problema de la EEG es que no tiene mucha resolución espacial y aunque es muy sensible para las capas externas del cerebro (el córtex), no es capaz de detectar corrientes más internas.

Datos: Cuando se mide con electrodos pegados al cráneo (por encima de la piel), el voltaje que miden los electrodos oscila entre los 10 mV y los 100 mV. Si se utilizan electrodos subdurales, el voltaje es de entre 10mV y 20mV

-- Magnetoencefalografía. MEG

Funcionamiento: Toda corriente eléctrica lleva un campo magnético asociado. La MEG mide los campos magnéticos debidos a las corrientes eléctricas que se crean dentro del cerebro.

El principal inconveniente de la MEG es el ruido que detectan los sensores.

En la gráfica puede verse que incluso el ruido generado por las corrientes eléctricas del corazón es varios órdenes de magnitud superior al campo magnético generado por las corrientes en el cerebro. Por esa razón la MEG debe realizarse en salas especializadas libres de ruido magnético externo.

(Nota: El SQUID es un dispositivo superconductor capaz de medir campos magnéticos muy débiles)

A continuación podemos ver una gráfica resumen de la resolución de los distintos procedimientos:

EEG - Electroencefalograma.

MEG - Magnetoencefalografía.

PET - Tomografía por Emisión de Positrones.

fMRI - Resonancia Magnética Funcional.

SEEG - Estereoencefalografía.

SPECT - Tomografía por Emisión de Fotón Único.

Ahora bien, de todas estas técnicas sólo 2 podrían imitar los poderes de Joseph Schwartz para leer la mente, la EEG y la MEG.

La MEG queda descartada por el ruido. Si Joseph Schwartz pudiera detectar los campos magnéticos creados por el cerebro de otra persona, se vería rodeado de tanto ruido que sería incapaz de distinguir nada.

Nos queda entonces la EEG.

Usar la EEG para leer la mente es algo que se ha utilizado ya en algunas películas de ciencia ficción, como por ejemplo “Brainstorm” (Año 1983, Dirigida por Douglas Trumbull). En dicha película el doctor Brace y la Doctora Reynolds crean una máquina grabadora que puede leer y grabar todas las sensaciones físicas y emocionales del individuo. Además, la máquina puede inducir sensaciones y por tanto una persona puede ver y sentir todo lo que otra persona ha grabado.

Actualmente, hay un proyecto basado en la EEG que está creando un casco parecido al sugerido por la película Brainstorm. El proyecto se llama Emotiv ( http://www.emotiv.com/index.html ). Aunque dista mucho de ser capaz de leer la mente, tan sólo es capaz de identificar ciertos pensamientos asociados con el movimiento.