Al borde de una transición

La Tierra se encuentra al
borde de una transición

Las matemáticas permiten vaticinar los
cambios radicales de todos los sistemas

Por Yaiza Martínez de ‘Tendencias Científicas’
Lunes 7 de septiembre de 2.009

Un equipo internacional de científicos, entre los que se encuentra el
español Jordi Bascompte, ha constatado que gracias a las matemáticas
se puede predecir la cercanía de un cambio brusco en un sistema
complejo. Esto significa que con las matemáticas se puede establecer
cuándo un sistema complejo se va a transformar como consecuencia de
las perturbaciones que le afectan, ya sea dicho sistema un sistema
fisiológico, una colonia de hormigas, la economía del mundo o el
planeta Tierra. En palabras de Bascompte, lo que las matemáticas nos
dicen del planeta Tierra es que "estamos cerca de una transición de
fase" que se ve venir, por ejemplo, en el clima.

¿Qué tienen en común los cambios bruscos en el clima terrestre, en los
ecosistemas y poblaciones de la vida salvaje, en la economía global,
en los ataques de asma o en los espasmos epilépticos?

Aparentemente nada, pero lo cierto es que estos cambios radicales
comparten el hecho de producirse todos en lo que se denomina como
"sistemas complejos". Es decir, que tanto el clima como la economía,
los ecosistemas, etc. son sistemas que se comportan de manera "no
lineal", que no se ciñen a la linealidad causa-efecto, sino que sufren
transformaciones siguiendo otras pautas.

En la Naturaleza, existen muchos sistemas que presentan una conducta
no lineal: la distribución de las galaxias y el movimiento de los
cuerpos celestes; los flujos turbulentos de la atmósfera y de los
océanos; la increíble diversidad de formas de vida en la Tierra, e
incluso el movimiento de los átomos.

Aunque describir y predecir el comportamiento de estos sistemas ha
resultado complicado hasta ahora -dada su no linealidad-, un equipo
internacional de expertos de diversas disciplinas explica en la
revista Nature que ha constatado que se puede predecir la cercanía a
las transformaciones radicales en los sistemas complejos porque éstos,
en sus puntos de transición, presentan un comportamiento dinámico que
es universal.

Puntos de transición

Martin Scheffer, especialista en ciencias del medioambiente de la
Wageningen University; el economista William Brock; el biólogo Stephen
Carpenter, ambos de la Universidad de Wisconsin-Madison; George
Sugihara de la Scripps Institution of Oceanography de La Jolla, en
California, y el científico español del CSIC, Jordi Bascompte, entre
otros, explican en Nature que existen "señales de alarma" que
indicarían que cualquier sistema complejo está alcanzando un umbral
crítico a partir del cual se transformará radicalmente.

Según declaraciones en exclusiva de Jordi Bascompte para Tendencias21,
estas señales permitirían saber cuándo se va a producir un "punto de
transición" dentro del sistema, de manera que dicha transición pueda
evitarse. Y es que, una vez producido el cambio, la vuelta atrás o al
estado inicial de dicho sistema resulta difícil y costosa económicamente.

Bascompte explica la situación de un sistema complejo y sus
transformaciones radicales de la siguiente manera: imaginemos una taza
depositada sobre una mesa a la que le vamos dando ligeros golpecitos
con los dedos. Cada vez que le damos un golpecito (cuando se produce
una perturbación en el sistema, si lo trasladamos al lenguaje
matemático), la taza se mueve muy pocos centímetros, de manera que su
estado apenas cambia.

Sin embargo, llegará un punto en que la taza caiga de la mesa y se
estrelle en el suelo, si la perturbación es continua. Es decir,
llegará un punto en que todo el sistema se transforme.

Otro ejemplo: si en un lago en el que se mantiene un equilibrado
ecosistema, vamos introduciendo pequeñas cantidades de nitrógeno,
inicialmente no sucederá nada, pero a medida que la "perturbación" (la
introducción del nitrógeno) se sostenga, llegará un momento en que el
lago se transforme en una masa de agua prácticamente inerte, en la que
sólo pueden vivir las algas.

Predicción matemática

¿Cuándo se alcanza ese punto de cambio radical? Dado que en todos
estos sistemas los efectos de las perturbaciones no son lineales, es
decir, no pueden medirse fácilmente, es difícil predecir cuándo se
producirá el cambio.

Sin embargo, explica Bascompte, sí existe una solución matemática para
el problema: matemáticamente se puede predecir la cercanía a los
umbrales de transformación de los sistemas complejos porque el
comportamiento dinámico de dichos sistemas en esos puntos es
universal.

Esto significa que con las matemáticas ya se puede establecer cuándo
un sistema complejo se va a transformar como consecuencia de las
perturbaciones que le afectan, ya sea dicho sistema un sistema
fisiológico, una colonia de hormigas o la economía del mundo.

Según Bascompte, esto es posible porque "todos estos sistemas no
lineales cuando llegan a esos momentos de catástrofe se comportan de
la misma manera; el esqueleto de todos estos sistemas es el mismo, y
presenta propiedades dinámicas muy genéricas".

Cercanos a una transición de fase

Esta constatación científica de que matemáticamente se puede predecir
cuándo un sistema complejo va a cambiar radicalmente ha sido
conseguida gracias al trabajo de científicos procedentes de muy
diversas disciplinas.

Bascompte afirma que en él se ha pretendido unificar a diversos
sectores del conocimiento, en un intento de superar la especialización
científica y aunar fuerzas con un objetivo común.

El resultado supone una comprensión mayor de las transiciones en los
sistemas naturales y humanos, señala Henry Gholz en declaraciones
publicadas por la revista Physorg. Gholz es director del programa de
biología medioambiental para la National Science Foundation (NSF), de
Estados Unidos.

Pero, además, esta información llega en un momento crucial, un momento
en que nuestro planeta se enfrenta a la posibilidad de un gran colapso
medioambiental, financiero, sanitario, etc.

¿Pueden las matemáticas detectar si estamos al borde de una
transformación radical en el sistema complejo que es nuestro planeta?
La respuesta es sí. En palabras de Bascompte, lo que las matemáticas
nos dicen es que "estamos cerca de una transición de fase".

Esta transición se ve venir, por ejemplo, en el clima. Los registros
meteorológicos de que disponen los científicos señalan fluctuaciones
climáticas en otras etapas del planeta Tierra en las que se produjeron
cambios climáticos radicales. Estas mismas fluctuaciones produciendo
también en nuestra época. Por eso, algunos científicos advierten de la
posibilidad de un cambio climático brusco en un futuro próximo.

Por otro lado, la economía global también está siendo estudiada desde
esta perspectiva. Según Bascompte, diversos economistas analizan cómo
las fluctuaciones de algunas variables económicas pueden provocar
transiciones abruptas en el sistema complejo de la economía global. En
la actualidad, fluctuaciones que se registraron, por ejemplo, en la
crisis de los años 20 del siglo pasado, también han sido detectadas,
lo que apunta que nos encontramos al borde de una transición de fase a
nivel económico.

Detectan la existencia de
monopolos magnéticos

La monopolaridad, algo más
que un concepto metafísico

Si admitimos la existencia de monopolos entonces hay
que modificar las leyes físicas conocidas hasta ahora

La Flecha, 8 sep (Neofronteras.com).- Afirman haber podido detectar
por primera vez monopolos magnéticos como un estado de la materia que
se daría a partir de una disposición especial de los momentos
magnéticos dentro de un cristal a baja temperatura.

Investigadores del Centro Helmholtz de Berlín, en cooperación con
colaboradores de Dresden, St. Andrews, La Plata y Oxford dicen haber
observado por primera vez un monopolo magnético y cómo éste emerge de
un material real. Su resultado se publicó en Science el pasado 3 de
septiembre.

Hagamos un repaso del concepto de monopolo magnético con la ayuda de
un poquito de Análisis Vectorial que nos permita entender bien este
hallazgo que, aunque interesante, no es tan espectacular como pudiera
parecer a primera vista. Esta introducción espantará a algunos
lectores, pero puede ser interesante para aquellos estudiantes de
electromagnetismo que quieran aprender sobre el asunto.

Si tenemos un imán (un dipolo magnético) da igual cómo dispongamos una
superficie cerrada a su alrededor, siempre habrá un flujo neto nulo de
campo magnético. Y si partimos el imán por la mitad crearemos dos
imanes (dos dipolos) con sus respectivos polos norte y sur cada uno.
Así es la Naturaleza, y hasta ahora así se ha mostrado en todos los
experimentos realizados.

En los años treinta del pasado siglo Paul Dirac realizó unos cálculos
teóricos que indicaban que si existieran los monopolos magnéticos,
entonces se podría cuantizar fácilmente la carga del electrón.
Bastaría que existiera un sólo monopolo magnético en el Universo para
que los electrones tuvieran la carga que tienen y no otra.

Esto nos dice que, al igual que en caso electrostático, sí podemos
situar "cargas magnéticas" en un sitio de tal modo que la superficie
que las encierre sea atravesada por un flujo neto de campo magnético
(no nulo).

Una de las posibles maneras de existencia de estos monopolos
magnéticos vendría dada por una hipotética partícula elemental pesada
que se habría generado durante el Big Bang o en procesos de muy alta
energía. Desde hace décadas se han realizado experimentos (Blas
Cabrera y otros) en busca de estas hipotéticas partículas en los rayos
cósmicos, pero han sido un fracaso hasta ahora. Cosa que es una
auténtica pena, pues sería espectacular que estas partículas
existieran.

Otra manera en la que se podrían dar los monopolos sería en forma de
disposiciones topológicas, de extremos de unos tubos denominados
cuerdas de Dirac y que hasta ahora tampoco se habían detectado.

Precisamente, este grupo de investigadores dispuso un montaje
experimental especial para poder detectar estas cuerdas de Dirac.
Hicieron que un chorro de neutrones impactara sobre una muestra a la
que aplicaban un campo magnético. En el interior de la muestra se
formaban cuerdas de Dirac que dispersaban los neutrones con un patrón
específico que delataba su presencia.

La muestra era un cristal de titanato de disprosio. La estructura
cristalina de este compuesto tiene una geometría notable, de tal modo
que los momentos magnéticos de su interior se organizan en lo que se
llama un "espagueti de espines". El nombre viene de la ordenación de
los dipolos, que forman una red de tubos contorsionados (cuerdas) por
los que se transporta flujo magnético.

Estos tubos pueden "hacerse visibles" cuando los neutrones
interaccionan con ellos; pues los neutrones, aunque no tienen carga
eléctrica, sí tienen momento magnético. El patrón de dispersión de los
neutrones obtenido es una representación recíproca de las cuerdas de
Dirac contenidas en la muestra.

Con el campo magnético aplicado los investigadores podían controlar la
simetría y orientación de las cuerdas. A temperaturas de entre 0,6 a 2
grados Kelvin los investigadores pudieron ver pruebas de la existencia
de monopolos magnéticos (la temperatura suele ser la peor enemiga del
magnetismo, pues tiene a desordenarlo todo) en forma de este tipo de
cuerdas según se acaba de describir.

Además pudieron ver la firma que en la capacidad calorífica dejada el
gas de monopolos, viendo que estas cuerdas interaccionan de manera
similar a como lo hacen las cargas eléctricas, lo que era de prever
para el caso de monopolos magnéticos.

En este resultado los monopolos no son partículas, sino que emergen
como un estado de la materia, en concreto a partir de un arreglo
especial de los dipolos que forman parte del material.

No es algo tan espectacular como sería detectar una partícula de
monopolo magnético en el vacío, pero es interesante por constituir una
propiedad fundamental de la materia. Según uno de los autores estas
propiedades recientemente descubiertas son, en general, válidas para
la misma topología, es decir, para momentos magnéticos que formen el
mismo tipo de red cristalina.

Especulan que en principio quizás se podrían desarrollar nuevas
tecnologías basadas en este tipo de fenómenos.


El modernizado telescopio especial
Hubble revela maravillas cósmicas

Washington, 11 sep (AFP).- El telescopio Hubble, totalmente
modernizado, inició su nueva vida el miércoles, con una serie de
imágenes de maravillas cosmicas de pasmosa claridad, incluyendo una
"mariposa" celestial y un "pilar de la creación".

Las diez imágenes fueron las primeras tomas del espacio profundo
logradas por Hubble desde que fuera reparado en la misión realizada en
mayo pasado, que dejó una nueva cámara y en la que otros instrumentos
científicos fueron reparados.

La foto con la forma de mariposa muestra una nebulosa -una nube de
polvo estelar y gas- creada por los restos de una estrella moribunda
que alguna vez tuvo cinco veces la masa del Sol.

La Nebulosa Mariposa o las alas de la 'Bug Nebula' son en realidad lo
que la NASA llama "calderos de gas" calentados a más de (20.000 grados
centígrados), que se desplazan por el espacio a más de 965.600 km/h.

"Esto marca una nueva partida para el Hubble", subrayó Ed Weiler,
director asociado de la agencia espacial estadounidense y responsable
de las misiones científicas. El telescopio, puesto en órbita en 1990,
"fue totalmente modernizado y ahora es más poderoso que nunca, con
nuevos equipos que le permitirán mantenerse operativo durante la
próxima década", afirmó en un comunicado.

Los nuevos instrumentos permiten al Hubble escrutar el universo en una
extensa gama del espectro luminoso, que va de los rayos ultravioletas
a los infrarrojos.

El equipo científico del Hubble develó asimismo observaciones que se
remontan a miles de millones de años-luz que revelan la estructura
cósmica del Universo.

Efectos del yoga en los
descansos en el trabajo

La Flecha, 12 sep (Agencias).- En el estudio, se ofreció a los
participantes la versión abreviada de un método clásico. Esta versión
modificada fue desarrollada en la Universidad de Ohio, y se diseñó de
manera que los trabajadores de oficina pudieran seguir llevando su
atuendo laboral cotidiano.

Los participantes asistían a los encuentros grupales semanales de una
hora durante el almuerzo, y practicaban 20 minutos de meditación y
yoga cada día ante su mesa de trabajo. Tras seis semanas, informaron
que eran más conscientes de los factores estresantes externos, se
sentían menos estresados por los sucesos en su vida y se dormían con
mayor facilidad que los miembros de un grupo de control que no
participó en el experimento.

"Se asocia el estrés crónico con las enfermedades crónicas. Por eso,
me centro en cómo reducir el estrés antes de que se convierta en causa
de enfermedad", explica Maryanna Klatt, autora principal del estudio y
profesora de la Universidad Estatal de Ohio. "Mi interés es comprobar
si la gente llega a reducir su uso de asistencia médica al reducir su
estrés. Pretendo desarrollar algo que cueste poco y sea aplicable en
el propio lugar de trabajo, algo práctico y que pueda hacerse con
regularidad".

Klatt y sus colegas toman ahora como punto de partida estos resultados
para ampliar su investigación a varios grupos poblacionales propensos
al estrés y la ansiedad, como supervivientes de cáncer, enfermeras de
cuidados intensivos, y niños en edad escolar de zonas urbanas
deprimidas. Además de recoger los testimonios de los participantes,
los científicos piensan tomar muestras biológicas para determinar si
el tratamiento ayuda a reducir los niveles de hormonas del estrés.

Descifrados con software más
secretos del antiguo alfabeto hindú

La Flecha, 9 sep (Agencias).- Rajesh Rao, profesor de ingeniería y
ciencias informáticas en la Universidad de Washington, es el autor
principal del estudio. En éste han colaborado también expertos de
diversas instituciones hindúes.

La antigua y misteriosa cultura del Indo fue contemporánea de las
civilizaciones egipcia y mesopotámica, y aproximadamente entre los
años 2600 y 1900 a.C. ocupó el valle del río Indo en la zona que hoy
comprende el Pakistán oriental y el noroeste de la India. Se trató de
una avanzada civilización urbana que dejó símbolos escritos en sellos,
amuletos, objetos de cerámica y pequeñas tablillas.

La existencia del alfabeto del Indo es conocida en tiempos actuales
desde hace casi 130 años, pero a pesar de más de un centenar de
intentos, no ha sido descifrado todavía.

Y hasta no hace mucho tiempo, algunos expertos incluso se cuestionaban
si esos símbolos del valle del Indo representan realmente una lengua o
por el contrario eran sólo meros pictogramas sin relación alguna con
la lengua hablada por sus creadores.

No obstante, la suposición comúnmente aceptada ha sido siempre que el
alfabeto codifica un lenguaje.

Ahora, en un nuevo estudio, los científicos hindúes y estadounidenses
han usado las matemáticas y el poder de la informática para tratar de
armar el rompecabezas del misterioso alfabeto, en una línea de
investigación que van a seguir y que esperan les reporte nuevos
hallazgos.

El equipo dirigido por Rajesh Rao ha usado ordenadores para extraer
pautas en las representaciones de los arcaicos símbolos del Valle del
Indo. Los resultados de su análisis muestran patrones distintivos en
la ubicación de símbolos dentro de las secuencias de los mismos. Ello
permite disponer de un modelo estadístico con el que abordar el
trabajo de descifrar ese idioma sepultado bajo el olvido de siglos.

El modelo estadístico aporta nuevos y reveladores datos sobre la
estructura gramatical subyacente en el alfabeto del Indo. El modelo
puede ser una herramienta importante a la hora de interpretar el
significado de determinados símbolos, ya que tales significados deben
encajar en el contexto de otros símbolos que les precedan o sigan.

En definitiva, el nuevo estudio puede ser un primer paso en la ardua
tarea de descifrar este idioma que hoy ya nadie conoce.