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Katie Bouman y el algoritmo que descifró uno de los mayores enigmas del universo

Ciencia

Por: pijamasurf - 04/11/2019

Katie Bouman ideó el algoritmo que hizo capaz la reconstrucción de la primera imagen real de un agujero negro

El día de ayer, una buena parte del mundo estuvo expectante e incluso asombrada ante la noticia de la primera imagen de un agujero negro, sin duda uno de los fenómenos más enigmáticos de todos los que ocurren en el cosmos. Como decíamos en la nota respectiva, grosso modo, los agujeros negros son zonas del espacio-tiempo en donde la fuerza gravitacional es tan intensa que ninguna partícula escapa a su atracción, llevando hacia su vórtice incluso las partículas más elementales, o los fotones de los cuales está hecha la luz. De ahí su nombre, pues del lugar donde se encuentra no queda más que oscuridad y vacío.

Por estas características, entre otras, hasta ayer había sido imposible para el ser humano obtener una imagen fidedigna de dicho fenómeno. Sin embargo, gracias a un esfuerzo de varias agencias y observatorios espaciales reunidos en el proyecto Event Horizon Telescope (EHT), ayer fue posible dar a conocer esta imagen, que ahora se ha vuelto ya histórica.

Dicho brevemente, el proyecto Event Horizon Telescope consistió en coordinar las acciones de ocho telescopios radiales en distintos puntos del planeta (la mayoría en el continente americano, más uno en España, otro en Hawái y uno más en el polo sur) para obtener un telescopio virtual del tamaño de nuestro planeta y, por ende, mucho más potente y eficaz. Por medio de una técnica conocida como interferometría, fue posible combinar las señales de radio obtenidas en dichas instalaciones para obtener una imagen mucho más fiable y exacta del objetivo en cuestión, en este caso, el agujero negro supermasivo detectado en la constelación de Sagitario A, a 25 mil 640 años luz de distancia de la Tierra.

En este punto quizá valdría la pena aclarar que la información obtenida en los observatorios adscritos al EHT no son imágenes visuales como las que observamos a través de un telescopio, sino señales de radio que emiten los distintos cuerpos y fenómenos que se encuentran en el universo y que es posible detectar gracias a antenas diseñadas para tal efecto. Dichas antenas obtienen entonces no una imagen como tal, sino información que después es necesario reconstruir para obtener una imagen apta para nuestra percepción.

Dicho esto, el proyecto del EHT puede parecer más comprensible. Sumando las señales obtenidas no por uno o dos telescopios radiales sino por ocho, suena lógico que al momento de reconstruir la información recibida se consiga una imagen mucho más nítida de aquello que se observa. Esto, al menos en la teoría.

¿Pero cómo reinterpretar y reconstruir en nuestros días la información de ese tipo? De hecho, en cierta forma y aunque a una escala muy distinta, eso sucede todos los días frente a nuestros ojos, y de hecho, ha venido sucediendo desde haca ya varias décadas. Las imágenes que vemos en la televisión o, en nuestra época, en las pantallas de nuestros teléfonos y nuestras computadoras existen bajo esa forma sólo una vez que han pasado por distintas máquinas que han codificado y decodificado su información varias veces hasta hacerlas legibles para nosotros. Piezas de información que ahora nos parecen tan cotidianas como una fotografía en Facebook, un mensaje de voz o el capítulo de nuestra serie predilecta nos llegan luego de ser transformados varias veces en piezas elementales de información capaces de trasladarse de un punto a otro del planeta y adquirir su forma original ahí donde son solicitadas.

La clave de dicha reconstrucción está en los algoritmos, la base de los sistemas computacionales que toman dicho nombre por el hecho simple de que computan datos. Cuando el ser humano fue capaz de reducir ciertas formas de su información a dos alternativas elementales –sí o no, 0 o 1, prendido o apagado–, esto dio a las computadoras la posibilidad de tratar procesos cuya principal característica es la repetición. Si una operación es repetitiva y sus opciones de acción son el 0 o el 1, entonces es posible expresarla en forma de un algoritmo que a su vez puede ser interpretado por una máquina. Los lenguajes de programación no son otra cosa más que la expresión en un vocabulario y una sintaxis específicos de las instrucciones que una máquina debe seguir.

En el caso del proyecto EHT y la información recabada por los observatorios participantes, el tratamiento que condujo a su interpretación requirió de un algoritmo. Y éste fue obra de una joven científica de 29 años cuyo nombre, justamente, también ha dado la vuelta al mundo, junto con la imagen que con su ingenio fue posible obtener: Katie Bouman.

Como estudiante de ciencias computacionales en el prestigioso Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, por sus siglas en inglés), Bouman estuvo al frente de la pieza del proyecto que desarrolló el algoritmo que permitió la reconstrucción de la imagen del agujero negro a partir de las ondas de radio obtenidas por el EHT. Hace unos años, en un artículo de 2016, la joven decía sobre las dificultades de este proyecto que obtener una imagen de dicho fenómeno era un poco, por la distancia a la cual se encuentra, como querer fotografiar una uva sobre la superficie de la Luna. En cuanto al modelo matemático utilizado, esto se dijo entonces:

[…] Se podría pensar en el modelo como una lámina de goma recubierta de conos espaciados regularmente, cuyas alturas varían, pero cuyas bases tienen todas el mismo diámetro.

Ajustar el modelo a los datos interferométricos es cuestión de ajustar las alturas de los conos, que podrían ser cero para tramos largos, correspondientes a una lámina plana. Traducir el modelo en una imagen visual es como cubrirlo con una envoltura de plástico: El plástico se tensará entre los picos cercanos, pero se inclinará hacia abajo por los lados de los conos adyacentes a las regiones planas. La altitud de la envoltura de plástico corresponde a la luminosidad de la imagen. Debido a que esa altitud varía continuamente, el modelo conserva la continuidad natural de la imagen.

Como dato adicional cabría comentar una de las imágenes más peculiares de Bouman que han circulado en las últimas horas, en la que se le observa feliz junto a unos objetos metálicos que no son otra cosa más que discos duros, pilas y pilas de discos duros que contuvieron nada más que la información obtenida por los telescopios del EHT, misma que era tanta (5 pentabytes, casi 2 mil discos duros de 1 terabyte de capacidad cada uno) que en vez de transmitirla por Internet fue mucho más práctico transportarla físicamente. Ese fue el volumen de información tratado por el algoritmo de Bouman.

Además de la historia de éxito o de inspiración que podemos ver en la trayectoria de Bouman, este caso puede servirnos también para mostrar por qué los algoritmos han conquistado ámbitos importantes de nuestra vida actual, pues con frecuencia suelen ofrecer evidencia de que, como ya lo dijo Descartes en su Discurso del método, no hay ninguna tarea imposible, por compleja que parezca, si somos capaces de dividirla en parcelas asequibles y realizables utilizando nuestra razón y nuestros conocimientos.

 

También en Pijama Surf: El sueño de Descartes (o cómo la ciencia moderna fue fundada por un ángel)

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Se difunde que la teoría de la relatividad de Einstein fue inspirada por David Hume (y Hume por el budismo)

Ciencia

Por: pijamasurf - 04/11/2019

En una carta de 1915, Einstein reconoce que la filosofía de Hume fue fundamental para que formulara la teoría de la relatividad. De manera fascinante, Hume podría haber sido influido por el budismo en el desarrollo de algunas de sus ideas centrales

Numerosos medios han difundido esta semana -como si fuera algo nuevo- la importante influencia que tuvo en Einstein la lectura del filósofo escocés del siglo XVIII David Hume, particularmente su libro A Treatise of Human Nature, del cual recibió la inspiración para formular su teoría general de la relatividad. Einstein le comentó esto a Moritz Schlick en 1915, y según medios como The Telegraph o Daily Mail dicha información es una novedad, pues la Universidad de Edimburgo acaba de "descubrir" una carta en donde se habla al respecto.

Ahora bien, la influencia de Hume en Einstein ya era conocida, como puede constatarse por diversos trabajos académicos que tratan sobre la influencia de Hume y Ernst Mach en la concepción de la teoría de la relatividad. En realidad, esta carta sólo reemergió a la luz pública.

A grandes rasgos, lo que la filosofía de Hume le permitió a Einstein fue liberarse "del axioma del carácter absoluto del tiempo, o de la simultaneidad", y de aquí a la noción de que el tiempo y el espacio son relativos. La filosofía de Hume es especialmente reconocida por tratar al tiempo y al espacio como conceptos que dependen enteramente de nuestras sensaciones o impresiones, y por lo tanto no alcanzan una verdad metafísica como representaciones de la realidad (su influencia en Kant, quien luego desarrollaría más estas ideas, sería enorme). Hume famosamente llegó a sugerir que la noción del alma -o el yo- es sólo un concepto que emerge de la (ilusoria) concatenación de impresiones sensibles en la memoria. Para hacer esta historia más fascinante aún, es posible que esta idea le haya llegado a Hume del budismo.

El notable trabajo académico de Alison Gopnik ha demostrado que es altamente probable que Hume haya sido influido por ideas budistas, algo que parecería sumamente improbable en 1735, cuando Hume estaba escribiendo su influyente tratado. Pero, de manera sorprendente, sabemos que Hume pasó 2 años en La Flèche, lugar donde también estaba ubicado un colegio jesuita. Notablemente, ese sitio fue visitado años antes por Ippolito Desideri, un monje misionero que viajó al Tíbet en 1716  y vivió 5 años en monasterios budistas. De esta experiencia produjo el primer libro escrito por un europeo sobre el budismo, y algunas personas sugieren que su texto podría haber sido el de mayor autoridad en el tema durante unos 150 años. Desideri escribió sobre el karma, la vacuidad (o relatividad de todos los fenómenos), la ausencia de un yo fijo, etc. Incluso tradujo una obra del fundador del linaje gelug del Dalái Lama, Tsongkhapa, al italiano. Gopnik cree que un manuscrito de este texto podría haber sido parte de la biblioteca de los jesuitas con los que Hume tuvo contacto.

Pero sólo esto no sería suficiente para establecer una hipótesis de peso. Gopnik descubrió que quizá la única otra persona con conocimiento académico del budismo en esa época, el padre Charles Francois Dolu, quien viajo a una expedición a Siam donde tuvo contacto con un reino budista, vivía en La Flèche en el mismo período en el que Hume escribía su texto. Además hay documentos que muestran que Dolu conoció a Desideri, y seguramente discutieron la filosofía budista (la cual Desideri condenó como anatema, pese a que evidentemente le produjo el más delicado interés). 

Asimismo, se tiene conocimiento de que Hume citó como una de sus influencias el Diccionario histórico y crítico de Pierre Bayle, y especialmente su entrada sobre Spinoza, donde se lee que "filósofos orientales" negaron la existencia de Dios y argumentaron a favor de la "vacuidad".

Gopnik concluye que es altamente probable que Hume, viviendo en La Flèche, se haya topado con al menos un resumen de las ideas del budismo, las cuales podrían haber sido centrales, justo el empujón que necesitaba -de la misma manera que sus ideas lo fueron para Einstein- para desarrollar sus argumentos más controversiales. Curiosamente los budistas, al explicar lo que significa la teoría del anatman o ausencia de yo, señalan que se trata de la relatividad de todas las cosas condicionadas, es decir, que el yo no existe de manera independiente, sino en relación a las impresiones sensibles y las designaciones conceptuales. Extrañamente podríamos concluir, aunque esto es sólo especulativo, que el budismo acabó influyendo en la teoría de la relatividad de Einstein.