Why is Cosmology so amazing?

Cosmology is basically the study of the physical origins of the whole Universe, its evolution, future and fate so it basically has to do with some of the amazing big questions that all of us dare to ask but few of us dare to actually try to understand in a serious way.

As a cosmologist in formation, I want to tell you why Cosmology is incredibly amazing and why we should be encouraged to keep seeking answers for those primordial questions that we have when we were kids such as "Where does everything come from?", "What is the Universe?".  In my personal experience, I must say that being a kid who was passionate for physics and space made me very enthusiastic about those questions. When I did my undergraduate education in Astronomy (for five years) those questions became even more interesting and complicated "What is the fate of the Universe if it is expanding?", "Will it expand forever?", "What exactly is the Big Bang?", "What the hell is dark energy?", "What do people even mean by dark matter?", "Does the Universe come from the other side of a black whole that swallowed another Universe?", etc.

Now that I am an astronomer and I have the opportunity to study Cosmology at a first world graduate level, I feel like those questions have become part of my life (not only because I have to do homework assignments, research and exams about them) but because I find them more beautiful and amazing every time I think about them.

To be quite honest, I didn't have a strong background in Cosmology before coming to the Netherlands for my master education, so I pretty much made the decision of studying this specialization for curiosity even though I didn't know nor understand much about it. But today as I write this post, I feel like I have made the right decision because I have always wanted to be part of something great and I think the advances in Cosmology are huge for science and humanity in general. Maybe it is the way to go if I want to accomplish my dream of working with top level scientists around the world in very cool things like understanding what the Universe actually is.

Let me try to quickly convince you about how cool and interesting Cosmology is in the context of our current most accepted model, and why I find a sublime motivation in studying this hard branch of physics and astrophysics. Let's state the basics (with no mathematical or physical details):

The very first step to do Cosmology is trying to understand the first stages or the Universe, so we need to start from the basic and natural question which is "How can we learn about the past of the Universe?". As a very basic and non-precise way to answer this question, we note that because all the astronomical objects we observe are going away from us, we assume that the Universe is expanding, so it must have been smaller in the past; the further we go back in time, the smaller the whole Universe was and at some point in time it must have been infinitely small. That simple view of the evolution of the universe is what we know as Big Bang.

The further we can physically see (with our current technology) in the past is the afterglow of the Big Bang (when the photons were able to decouple from the particles so that they could leave this very dense plasma) that we see as a microwave radiation that we call cosmic microwave background (CMB). This is our most precious relic in cosmology, because it allows us to test our theoretical models of expansion,measure the flatness of the Universe, it sets constraints on our basic assumptions about the first observable emission of photons, etc.

The Cosmic microwave background as mapped by Planck (with corrections and modifications).

After the decoupling of photons and the expansion of the universe started it is obvious that some structure started forming in the form of galaxy clusters and large scale structure that we observe today, but how did that happen?. The accretion was not simply a gravitational pull caused by ordinary atoms in over dense regions, the story starts to become more complicated because we need to introduce a different form of matter responsible for the formation of structure.

Observations from rotational curves of galaxies show that they rotate faster in their outer parts as it was expected, the clustering of galaxies, gravitational lensing and other observational effects made scientists came up with the idea of the existence of some strange type of matter that doesn't interact electromagnetically so you can only trace its existence by its gravitational effects, they didn't know what it was so they called it Dark Matter (things are getting really strange). This form of matter would be the one that would create the gravitational potential wells that would make ordinary matter (matter that emits light) come together and form galaxies.

We don't know what dark matter is, but we think that it must be

 there given its gravitational effects.

Now, our observations show that the Universe expands, but not only that, it expands at an accelerated rate (See a previous post about the accelerated expansion of the Universe: http://bit.ly/2gjdYee) so there had to be an explanation for this to happen. This is when Dark Energy came to the game, but it was not only a small parameter to include in Friedmann equations, it became the dominant component of the Universe, being about 70% of the composition of the Universe (things are getting even worse).

So what is the panorama in Cosmology right now?. Well, in a very simplistic way, we have a theory that says that the Universe started in a "Big Bang", then it continued expanding and dark matter was the responsible for creating the large scale structures we see today, and its expansion has been accelerated for a non-understood dominant component of the Universe that we call Dark Energy. This model is called the Lambda-CDM model.

No matter how beautiful you think this model is, you cannot hide the fact that it has great problems that we need to solve, just to name a few (again with no details) we have:

The flatness problem: The Universe seems to be very flat in our CMB observations but a flat Universe is a very unstable Universe that could not have lasted for so long and it would have had to be extremely flat in a precise way that we don't think should be the reality.

Small variations on the flatness of the Universe in the early Universe would result in very

 different fates for the Universe.

The horizon problem: Some parts of the universe could not have been in casual contact in the past so that they were not able to interact thus becoming homogeneous, but the observed CMB is very homogeneous which suggests that there has to be some mechanism like "Inflation" (a short period of time in which the Universe had an exponential acceleration) to make this problem have a congruent solution.

Dark matter and dark energy: About 95% of our Universe seems to be made of something whose nature we absolutely ignore.

Components of the Universe in the Lambda-CDM model.

The singularity associated with the Big Bang: Although many cosmologists would say that it is not a problem with the Lambda-CDM model because the model doesn't go that far, it is still a huge problem in all of our current theories of the beginning of the expansion.

So the conclusion is, we don't know much about the Universe!, we are really ignorant in this time of history and there are a lot of questions to be solved, but this is not necessarily a bad thing, because it means that there is a lot of work to do and maybe a huge advance could be nearly at hand, also there is more work for us cosmologists and we can try to really solve the questions that we had as kids and that now have become even more wonderful.

Regarding this idea that a huge advance in cosmology could be at hand, I must mention that a few days ago, an interesting paper by Erik Verlinde, a renown theoretical physicist from the Netherlands was published. In his studies, he attempts to show that the behaviour of astronomical objects related to the existence of dark matter and dark energy could be explained with a different approach in which the properties of the vacuum entropy and the entanglement in quantum scales made space time behave the way it does in those large scales, although his theory has still many flaws, this is just a great example of how interesting this topic really is and how diverse the ideas can be postulated to solve the puzzle.

One of the most encouraging things that I have had lately was a talk by a world wide expert in the field who made me love Cosmology even more. It was Mark Trodden from the University of Pennsylvania who gave us a talk about the work that is currently been developed in the context of these great problems in Cosmology, mostly regarding the use of scalar fields that make space time behave the way it does, it was simply amazing the way he showed to us the work of many great scientists all around the world.

A huge top level bunch of scientists are currently doing their best to help humanity understand this universe where we live. This is why I think it is so important to keep myself motivated with Cosmology because although every day I realise that it is really hard and challenging, I also realise that it is incredibly interesting and that the dream that I have always had about being part of something great can be fulfilled in this beautiful field of science. Maybe I won't be able to help at all in the creation of a nice theory, but that doesn't mean I shouldn't try to do it. In fact, I can have a great time understanding a little bit about the origin and fate of our Universe, that can be a beautiful motivation for a lifetime.

To all my cosmology friends, professors, and future scientists, I hope you keep on working on these questions because we are a small community and humanity is counting on us to make the difference and get every time closer to understand our position in the Universe as thinking beings.

The beauty of understanding the Universe.

As many of the ideas, concepts and theories were mentioned without any detail, feel free to contact me for more information.

¿Orgulloso de ser colombiano?

Voy a ir al grano, hoy más que nunca siento que no estoy orgulloso de ser colombiano, y es un pensamiento que he tenido durante mucho tiempo, incluso años, cada vez que salgo o vivo nuevas experiencias esta idea se vuelve mucho más fuerte y tristemente debo decir que con el pasar del tiempo tengo más razones para decir que no estoy orgulloso de ser colombiano.

Acá en los Países Bajos, dentro de una comunidad tan internacional es común tocar el tema de la inseguridad y la calidad de vida en nuestros países de origen; yo siempre trato de hablar bien de Colombia sin dejar a un lado el hecho de que las problemáticas sociales son reales, pero la verdad es que por más que quiera hacer ver a Colombia como un excelente lugar de destino, nunca lo lograré hacer si no me creo el cuento yo mismo. Qué mejor ejemplo que algunas situaciones personales recientes (menos de un mes) que me obligan a replantear qué tan orgulloso estoy de venir de Colombia.

Hace unos días hackearon mi cuenta bancaria colombiana y me robaron una gran suma de dinero destinada a apoyar mis estudios en el exterior, era un dinero que no duró más de un día en la cuenta porque justo después de que me fue consignado, los "ladrones" (no quiero utilizar groserías) accedieron a mi cuenta y lograron dejar mi cuenta en ceros, pero eso no es todo, hoy me enteré con bastante rabia que algunos ladrones entraron a mi casa en Duitama y se llevaron muchas de nuestras pertenencias. Sé que esto no sucede solo en Colombia, pero sin lugar a dudas es un país donde es común escuchar este tipo de historias.

Por otro lado, estando tan lejos y en una cultura diferente me es más fácil identificar esas actitudes oportunistas de muchos Colombianos por la que tristemente nos conocen en muchos otros países, solo el hecho de que en nuestra cultura sean famosas frases como "a papaya puesta, papaya partida", "el mundo es de los vivos y avispaos", "quedarse con una tajadita", etc. solo demuestra que nuestra cultura tiene aspectos ciertamente deplorables y perjudiciales que se extrapolan finalmente a las grandes empresas, a la política, a organizaciones gubernamentales, etc. en las que la corrupción es el pan de cada día.

Por ejemplo, como mencioné en una entrada anterior, acá es posible viajar en tren sin pagar, casi nunca hay inspecciones o torniquetes que obliguen a pagar, pero todo el mundo paga porque es lo correcto. Yo me considero una persona honesta, pero no puedo negar que no se me ha pasado por la cabeza meterme al tren sin pagar, sacando ese lado deplorable de nuestra cultura oportunista, aunque estoy orgulloso porque he sido civilizado y he pagado cuando debo pagar.

La seguridad en las calles por ejemplo. El hecho de que uno acá puede salir de noche o a la hora que quiera sin temor a sufrir de un atraco o algo por el estilo es algo verdaderamente valioso, pero es algo que no se puede hacer en Colombia porque esa es nuestra realidad. No soy un buen mentiroso así que no soy capaz de decir que Colombia es un país seguro a quienes me preguntan si lo es.

Por último, cuando algún extranjero (especialmente los que estudian diplomacia y relaciones exteriores) me habla con emoción sobre el proceso de paz en Colombia, vuelvo a pensar que me es muy difícil estar orgulloso de venir de un país en el que tantas personas están pensando seriamente en votar NO en el plebiscito, simplemente me parece tan ridículo que no soy capaz de responder cuando me preguntan ¿Por qué hay personas que votan por el NO?

Podría mencionar muchas cosas como la salud, la educación, la desigualdad, etc. pero no hay necesidad de hacerlo porque estoy seguro que entienden mi punto.

Yo soy quien soy por mi familia, mis amigos, mis maestros, los lugares que he visitado y ciertamente por mi país, así que no puedo decir que Colombia es el peor lugar pero sí debo decir que estamos muy lejos de ser una nación ideal y que falta mucho por hacer. Nos toca empezar desde las pequeñas acciones, pues eso es lo que moldea nuestro carácter y nos impulsa a hacer las cosas de manera correcta.

Vamos a ver si este domingo los resultados del plebiscito me darán de nuevo razones para sentirme orgulloso de mi país o si tendré que hablar con vergüenza ante mis nuevos amigos al decirles que vengo de un país donde se prefiere perpetuar una guerra sin futuro que dar un primer paso para construir una nación decente en la que las futuras generaciones puedan crecer con ideales positivos y sintiendo el orgullo que yo no siento en este momento.

The Netherlands through the eyes of a latinamerican dreamer

This is basically my third week in the The Netherlands, and I couldn't wait to share my thoughts with some of my readers and close friends, this post is written in English because some of the potential public of this particular entry are mostly English speakers. I will just summarise in a short list the most relevant aspects that I find particularly interesting about the Dutch culture, even though I still have a lot to learn and live here.

Relaxed culture: You would think that the behaviour of the people in a first world country like the Netherlands would be very strict and completely organised, but it turns out to be quite the opposite. People in the Dutch culture have a very relaxed way of doing things and organising their schedules.

People here don't usually put much attention on the way they dress just because they focus on comfort rather than in the looks which is something great in my opinion. Social life is a very important part of their culture and that's why they organise parties and social events all the time, and they have study associations for pretty much every activity, usually these types of organisations involve meetings with beer and food every week. Fridays are usually quite days because party has already started since Thursday, also, Monday life starts later than in the other week days. Even our introduction week (which is intended to show us the dutch way of living) had plenty of activities with parties and beer, although the academic content was always at hand.

The use of marijuana is legal so it is very common to see people getting high in the streets, and most people smoke marijuana with some regularity. It is not seen as a bad thing because the culture here has become very liberal in that sense.

Public transportation: So the first thing I have to mention is obviously: Bikes!!. The cycling roads are so nice that it is just stupid not to own a bike and move around with it, so there are millions of bikes in this place and pretty much every road has a parallel cycling road, also, you can find places to store your bike in most buildings and train stations. In fact, people riding their bikes are the priority so that car drivers will always wait for you to cross the road if you are riding yours.

Bike garage, Enthovenplein building, Den Haag

But, besides the bicycles, the public transportation in the Netherlands is very nice and organised and efficient. The busses and trains are usually on time (at least in this time of the year) and they are very modern and fast, moving at velocities of more than 120 km/h.

There is something quite fascinating at least for me, you actually have the chance of not paying for a ride in the train, because some stations don't have entry or exit gates so you can come in and go out as you please, but the Dutch culture is so advanced in this topic that (for the most part) people always pay for the use of the transportation systems even when they have to do the annoying check in and check out at your final destination. I think that is very fascinating because they are aware that they are using a transportation system that works well and that represents a cost for the government to which they belong. By looking at how civilised they are, one realises that the ones who don't pay for their tickets are the people that don't let a nation advance and sadly our latinamerican culture is full of those people.

The landscape: The landscape is beautiful in any sense, there are canals everywhere and the cities and towns have been build within those water systems so you always see nice boats in the middle of the cities. The European-styled constructions are beautiful and preserve the colonial style with a nice touch of modernity. You see nice windmills all over the place and the beaches that I've visited so far are absolutely stunning.

Leiden University: The University campus is spread all over the city of Leiden and it has become the core of the development and infrastructure of the whole town, the buildings are very modern and the faculties are spread in huge areas where every department has a nice to develop the academic activities.

The physics and astronomy departments are very big and the environment is great for a passionate person like me. The walls have astronomy pictures and there are memorials and quotes from great scientists that have been part of Leiden University at some point in time like Einstein, Lorentz, etc. Even the names of the buildings (Oort, Huygens) remind you of the greatness that this amazing place has witnessed.

The height: Dutch people are extremely tall! They are in average the tallest population in the whole world so it is very hard to get used to being short by them. In my home country I was slightly above the average of height but here I see taller people everywhere.

In Colombia, when I was supposed to meet a secretary for any paperwork or academic procedure I would probably meet an old short lady, but here every time I have to do something like that I find a young secretary who is probably taller than me and who speaks three or more languages.

Sports: So far, I am surprised about the way they play sports here because they are not very obsessed and competitive as I was expecting. In general, they tend to practice sports in a relaxed way with the main goal of being fit and keep a healthy life. As far as I've seen, (at least in the University) the competition in sports does not have the same priority as some other activities and it's not the main goal of the people who subscribe to the sports centrum. I suppose that the ones who practice sports at the professional level must be very disciplined but so far most people I've met are very relaxed.

Speaking about that, it is also surprising that most dutch students are usually very slim and don't really care too much about being full of muscle as in the western culture where we actually hit the gym more often.

One last thing, they say they are not very good anymore at football, I don't understand why they say that given the fact that they always top in the world cup competitions.

Freedom of religion: This is also a very fascinating fact about the Dutch culture, because they have been the pioneering nation getting rid of the religious attachments and giving their people the chance to think for themselves. I am sure this is one of the reasons why this nation is so great, they have moved on from those dark ages when religion was the law and realised that the correct way to grow as a nation was to give huge priorities to education.

I like the fact that I've met a lot of people and most of them share the same views as I do in this topic. Most of my new friends are atheists and agnostics with great academic backgrounds which makes the conversations way more interesting and free of useless fanaticism.

They just don't care: And finally, I must say that one of the most fascinating things about the Ducth culture is that they don't really care about pretty much anything, but what do I mean by that? They don't care about other people's interests, they respect other's point of view even if they don't agree with it, they don't judge others by the way they dress or the make up they use, they don't whisper about someone's tattoos, hair colour or sexual preferences, THEY JUST DON'T CARE which I think is great.

I think that is one of the things we need to learn in latinamerica, because our culture judges too much and cares too much about other's decision, the Dutch culture has grown to a point where they have realised that focusing on those small matters in completely irrelevant and it's just a waste of time to do so.

Hechos e ideas que todos deben saber de Astronomía

En esta entrada quiero explicar de manera sencilla los que para mí, son algunos de los conocimientos básicos sobre astronomía y sobre el Universo que toda persona debería tener, incluso si no está involucrado de manera alguna con la ciencia. Hay muchos más, pero para mí estos son los más interesantes.

Siempre vemos el pasado

Resulta que la visión consiste en la interpretación de los rayos de luz que llegan a nuestros ojos, y ya que la luz viaja a una velocidad finita (300,000 km/s) lo que vemos realmente cuando construimos una imagen en nuestro cerebro es la luz que salió del objeto en un instante de tiempo dado y que viajó a esa velocidad para llegar a nosotros, es decir que estamos viendo el objeto en el pasado. Absolutamente todo lo que usted ve en su diario vivir es el pasado, siempre está viendo el pasado de los objetos y personas aunque para las situaciones cotidianas esas distancias son tan cortas que ese efecto no se nota. Esto aplica para todos los objetos pero en astronomía esto es mucho más notorio ya que las distancias son muy grandes.

Para poner como ejemplo, cuando vemos al Sol lo estamos viendo como era ocho minutos antes, y al sistema estelar más cercano a la tierra (alpha centauri) lo vemos como era hace 4.5 años. Las implicaciones de este efecto son maravillosas, ya que entre más lejos mire en el cielo, más lejos en el pasado está mirando. Algunos de nuestros telescopios más poderosos pueden ver galaxias a distancias de miles de millones de años en el pasado. Simplemente maravilloso.

Así que recuerde, siempre que mire algo, está viendo su pasado, en sentido literal.

El origen de los elementos químicos

¿Se ha preguntado alguna vez de dónde vienen los elementos químicos, tanto los livianos como los pesados? Pues bien, la producción de algunos elementos se da principalmente por procesos de fusión nuclear en el interior de las estrellas, como en nuestro sol, pero esta producción tiene un límite ya que entre más pesados son los elementos, más energía se necesita para fusionarlos y crear elementos aún más pesados. En las estrellas el elemento más pesado que se crea por medio de este proceso es el Hierro, que es un elemento muy estable. Pero entonces, ¿De dónde vienen los más pesados que el hierro que tenemos en la Tierra?

La respuesta a esta pregunta me parece increíblemente bella ya que involucra a uno los eventos más violentos y espectaculares del universo y son las explosiones de supernova. Resulta que cuando la "vida útil" de algunas estrellas (cuando fusiona elementos livianos) llega a su fin, el equilibrio entre la atracción gravitacional y la repulsión causada por la energía cinética de las partículas en la estrella se acaba y la gravedad empieza a dominar, haciendo que la estrella colapse sobre sí misma y que toda esa energía almacenada en ese colapso se libere rápidamente en una gran explosión que se conoce como Supernova, las altas temperaturas y energías presentes en este catastrófico evento son el escenario ideal para que los isotopos inestables creados en los procesos de fusión atrapen a la gran cantidad de neutrones libres que hay en las capas externas de la estrella en procesos como el -r (de captura rápida) convirtiéndose así en elementos más pesados que el hierro (transférricos).

No solo se producen allí estos elementos pesados, sino que además, dada la naturaleza violenta de la explosión, estos elementos se esparcen en el medio interestelar enriqueciendo el espacio alrededor y de esta manera sistemas estelares como el nuestro terminan enriquecidos con la presencia de este tipo de elementos que componen todo nuestro alrededor y de los que nosotros mismos estamos hechos.

Nuestra composición química es el resultado de grandes explosiones catastróficas en el Universo, del caos viene la vida.

Espacio tiempo

Seguramente ha escuchado sobre la teoría general de la relatividad de Albert Einstein, pero es muy probable que no sepa de qué se trate o que quizás es algo muy difícil de entender, pero en mi opinión no es muy difícil entender la implicación fundamental de esta gran teoría tan importante en la historia de la física. La forma en que concebíamos la gravedad antes de esta teoría era que era una fuerza de atracción que tenía ciertas características y formas funcionales enunciadas por Isaac Newton, sin embargo Albert Einstein logró encontrar una manera alternativa de entenderla mucho más poderosa con implicaciones importantes en cuanto a la naturaleza misma del Universo.

Einstein demostró de manera efectiva que el espacio y el tiempo están más que relacionados, no se pueden tratar por aparte ya que están íntimamente ligados, y que esta "combinación" es la forma correcta de entender el espacio que nos rodea, es decir, estamos metidos en una "geometría" en las que el espacio y el tiempo son las dimensiones primordiales. Einstein mostró, partiendo de que la velocidad de la luz es finita, que el comportamiento real de conceptos como velocidad y la duración de los eventos dependen de la geometría de ese espacio-tiempo en el que suceden los eventos y que esa geometría es modificada en la presencia de objetos masivos.

Entonces, la gravedad para Einstein no es una fuerza como dijo Newton, sino que es un efecto geométrico de la distorsión del espacio-tiempo,  y que entre más masivo es un cuerpo, más fuerte es la distorsión del espacio tiempo que lo rodea, haciendo que esos efectos "gravitatorios" sean más notorios. Por eso en Astronomía estos efectos son tan importantes y ampliamente estudiados, ya que los objetos con los que tratamos son muy masivos y suceden cosas tan maravillosas como los Agujeros Negros en los que la distorsión del espacio tiempo es tan grande que ni siquiera la luz puede escapar de allí, pero bueno, ese es un tema para una futura entrada.

Conclusión: La gravedad no es una fuerza, es el efecto causado por la distorsión del espacio-tiempo en las vecindades de un objeto con masa.

La composición del Universo

Por último quiero hablar de uno de los resultados observacionales más impresionantes de la Astronomía y es la composición de nuestro Universo ya que nos muestra lo mucho que nos falta por entender de la naturaleza del todo. Resulta que nuestras muchas observaciones y modelos teóricos nos han mostrado que el Universo está compuesto en solo un 4.5% de materia visible (o materia que emite luz) como las galaxias, polvo, estrellas. El resto del Universo está en forma de Energía Oscura (73%) y Materia Oscura (22.5%).

Antes que nada, debo aclarar que nadie sabe a ciencia cierta qué es la energía oscura o qué es la materia oscura, existen muchos modelos que tratan de explicar la naturaleza de estas formas de energía y materia pero hasta el momento es muy poco lo que sabemos, solo sabemos que son las componentes dominantes de nuestro universo. Si bien esto puede sonar como un panorama desolador para la ciencia (ya que no entendemos casi nada de nuestro universo), también puede ser visto como una motivación extra para tratar de entender el lugar en el que vivimos.

Reseña del artículo "Campos Magnéticos Galácticos y el origen de la Radiación Cósmica" por Enrico Fermi

Acá hago una breve reseña de uno de los artículos más importantes en la historia de la física de altas energías en el contexto de la astrofísica, artículo que trata del origen de la radiación cósmica que llega constantemente a la tierra desde el espacio exterior y que es más comúnmente conocida como "Rayos Cósmicos". Fue escrito por Enrico Fermi en el año 1954 y aún es citado y mencionado en trabajos recientes por la importancia de sus aportes y su relevancia en la física y la astronomía.

La idea principal de Fermi es la de hacer una propuesta bastante eficaz sobre los mecanismos con los cuales se da la aceleración de los rayos cósmicos que llegan a la tierra de forma casi simétrica a la superficie, y el origen de los mismos. Apoyado sobre estudios y cálculos que había publicado antes en el artículo: “On the Origin of Cosmic Radiation (1949)” [1] Fermi hace un análisis más teórico que cuantitativo sobre las falencias y modificaciones que debe hacerle al citado artículo publicado 5 años antes.

El estudio de la radiación cósmica empieza en el año 1912 cuando Victor Hess descubrió que continuamente llegan a la tierra rayos cósmicos energéticos, al volar a una gran altura en un globo aerostático. Al principio se creyó que dichos rayos no eran más que rayos gamma con carga neutra. Sin embargo, en la década de los años 30 se vieron algunas evidencias que convencieron a los físicos de que la mayoría de rayos que entraban a la tierra deberían estar compuestos por partículas cargadas positivamente.

Para explicar las altas energías con las que llegaban estas partículas se propusieron algunos mecanismos de aceleración en los años 30 como el de William Francis Swann quien anticipó los aceleradores de partículas al afirmar que éstas se pueden acelerar hasta alcanzar altas velocidades con el uso de campos magnéticos y los de Walter Baade y Frits Zwicky quienes dijeron que los rayos cósmicos eran acelerados en explosiones de supernova.

El interés de la comunidad científica en este tema aumentó considerablemente cuando en 1948 se dio la identificación directa de los rayos cósmicos primarios por primera vez en la historia. Se vió entonces que los rayos cósmicos no estaban compuestos únicamente por protones sino que también por núcleos cósmicamente abundantes. Se abrió aún más espacio para el estudio del tema. También era necesario explicar porqué los rayos cósmicos caen con la misma intensidad de casi todas las posibles direcciones, pues si las fuentes de dichos rayos son las supernovas, entonces se esperaría una mayor intensidad en la dirección de las mismas. 

En 1939 la interesante propuesta hecha por Hannes Alfvén de que el movimiento de los rayos cósmicos era afectado por campos magnéticos producidos por la materia interestelar ionizada revolucionó a la astrofísica del momento pues lograba solucionar varios de los problemas planteados. Fue entonces cuando se dieron las primeras conversaciones entre Alfvén y Fermi en la universidad de Chicago que llevaron a Fermi a exponer sus hipótesis sobre los mecanismos de aceleración en 1949, dejando sin embargo, algunas preguntas sin responder y algunas hipótesis sin demasiada justificación. En el artículo que se analiza, Fermi hace énfasis en los aspectos estadísticos de su mecanismo de aceleración teniendo en cuenta los espectros de energía, también explica porqué son importantes los rayos cósmicos y los campos magnéticos interestelares para mantener el equilibrio de la materia interestelar y además, agrega un importante punto que no se pudo explicar en su artículo del año 1949 y es el porqué los núcleos pesados son capaces de llegar a la tierra con energías tan altas.

Básicamente, el mecanismo de aceleración que Fermi expone tiene en cuenta los efectos del campo magnético interestelar que había propuesto Alfvén, pero además tiene en cuenta que de las posibles colisiones de las partículas de los rayos cósmicos con dichos campos, la más probable es la que acelera a las partículas mientras que el otro tipo de colisión (la que no acelera) es casi despreciable, además tiene en cuenta como los campos magnéticos pueden variar debido a la no uniforme distribución de la materia interestelar ionizada que los produce. Fermi expone que la evidencia reciente (de su época) indicaba campos magnéticos de una baja intensidad (gracias a la polarización de la luz estelar que llegaba a la tierra) pero suficientemente fuertes para efectivamente alterar la trayectoria y velocidad de las partículas que posiblemente provenían de supernovas o incluso de algunos tipos especiales de estrellas.

La aceleración se da así: debido a la existencia de turbulencias, las líneas de fuerza son empujadas irregularmente hasta que la tensión magnética aumenta al punto de forzar movimientos en el material interestelar dándole así un movimiento no muy suave pero que responde a un comportamiento oscilatorio. Una partícula que esté dando vueltas en espiral alrededor de estas líneas que se mueven es gradualmente acelerada. Se podría decir que la parte principal del mecanismo de Fermi para la aceleración de las partículas de los rayos cósmicos es precisamente el movimiento de las líneas de fuerza donde se encuentran los campos magnéticos inducidos por la materia difusa ionizada que se encuentra en constante movimiento.

Pero, como se dijo antes, la mayor diferencia de este artículo con el publicado en 1949 radica en que el análisis está basado en las energías de las partículas, lo que incluso, resuelve el problema de los núcleos pesados planteado por el mismo Fermi en su anterior artículo y además, muestra las probabilidades de colisión y escape de las partículas. El mecanismo de aceleración que se acaba de exponer implica según Fermi que la energía de las partículas aumenta a una rata que, para partículas relativistas es proporcional a su energía, lo que implica que la energía aumenta exponencialmente con el tiempo:

Donde E0 es la energía inicial de la partícula y A es un parámetro temporal. Es notable que el tiempo A estimado para que la energía aumente un factor "e" es de 100 millones de años, que a estas escalas es muy razonable. Ahora, el estudio de la energía asociada a las partículas permitió a Fermi darle fortaleza a su mecanismo anteriormente planteado pues pudo probar que las energías necesarias para que las partículas salgan de sus galaxias se pueden alcanzar con los modelos ya propuestos y que las ecuaciones que describen esa probabilidad entran en completa concordancia con el mecanismo de aceleración que había planteado en [1]. Pudo probar que el tiempo A sería comparable con el tiempo B para las colisiones nucleares que ocurrirían y que sin embargo, el número de partículas que escapan sería mayor que el de las que se pierden por colisiones nucleares. 

En este punto, Fermi logró también explicar la presencia de núcleos pesados en los rayos cósmicos así: las componentes protónicas y nucleares de la radiación cósmica tienen casi el mismo espectro de energía y uno esperaría que los núcleos pesados tengan una vida media menor, sin embargo, dice Fermi, esta dificultad se eliminaría si el proceso de eliminación fuese igualmente efectivo para ambos tipos de partículas, lo que efectivamente se puede ver con un estudio probabilístico. 

La teoría de Fermi implica que se debe asumir que el tiempo de escape por difusión afuera de la galaxia es un poco menor que el tiempo de colisiones nucleares, esto para que el proceso de escape de cuenta de la gran cantidad de radiación cósmica que continuamente llega a la tierra. Finalmente, Fermi dice que se les debe dar mucha importancia a la radiación cósmica y los campos magnéticos en relación a los estudios del equilibrio del gas interestelar. 

La trascendencia del artículo de Fermi está en que estos procesos por él planteados y estudiados han sido base para numerosos estudios en la astrofísica de altas energías, la física estadística y la física nuclear. Incluso un proceso importante en la aceleración de partículas cargadas principalmente por la influencia de espejos magnéticos se conoce como “Aceleración de Fermi".

Referencias

[1] Enrico Fermi. “Galactic Magentic fields and the origin of cosmic radiation" Astrophysical Journal 119, 1-6 [1954]

[2] Enrico Fermi. “On the origin of Cosmic Radiation" Physical Review 75. 1169 (1949)

La Impuntualidad como muestra de Subdesarrollo

Esta corta entrada tiene que ver con esa nociva y nefasta característica mayoritariamente latina de llegar tarde a todo y como ésta es una evidencia directa del subdesarrollo de nuestra sociedad.

No es un secreto que en Colombia la puntualidad es poco importante para muchos, tanto así que a la mayoría de personas ya les parece normal llegar tarde (o no llegar) a las citas, clases, reuniones, encuentros y en general a todo. Hace poco leía sobre este tema y algunos de los escritos hablaban de una tendencia a la que se ha llegado en muchos países latinos que muestra que la mayoría de los impuntuales lo hacen ya de manera involuntaria.

Básicamente, esto se debe a que el contexto y presión social condicionan la percepción de puntualidad de las personas, ya que algunas culturas (como la nuestra) no valoran realmente el sentido de la puntualidad. Estar inmerso en condiciones y comportamientos sociales que no juzguen de manera importante el llegar tarde (o no llegar) hacen que de manera progresiva las personas desarrollen inconsistencias e imprecisiones para el manejo de su tiempo convirtiéndose paulatinamente en personas impuntuales incluso si éstas son personas que se consideren responsables.

Lo que se tiene entonces es que nuestra sociedad está plagada de “personas con un sesgo cognitivo, que hacen juicios ilusorios, incorrectos, del tiempo y de sus recursos”, es decir, personas que sin importar las condiciones del encuentro o cita mostrarán una tendencia a llegar tarde ya que no hacen consideraciones correctas y cálculos sensatos del tiempo que necesitan para llegar a tiempo, ya que saben de manera inconsciente que no serán sancionados significativamente si llegan tarde y esperan involuntariamente que los demás tampoco lleguen a tiempo o incluso que no lleguen.

¿Pero qué tiene de malo? Aparte de que llegar tarde a una cita o reunión es una falta de respeto para las quienes esperan, y de que es una forma de decirle a los demás que su tiempo no es valioso, llegar tarde o no llegar es una muestra directa del subdesarrollo de una nación, la razón principal es que estos comportamientos son el punto de partida para vulnerar, afectar y retrasar proyectos y actividades de mayor peso en el contexto del desarrollo de una sociedad o comunidad como una obra pública, una construcción, una actividad social, un proceso de preparación o un proyecto de investigación, ya que le tendencia a ser impuntuales no se limita solo a reuniones informales o citas personales sino que también sucede en reuniones de carácter formal y profesional.

Por ejemplo, el inicio de la construcción de una carretera no dará inicio hasta que todas las reuniones y citaciones de planeación se lleven a cabo, lo que está sujeto directamente a la puntualidad y eficiencia de todas las personas involucradas, si la construcción no se inicia a tiempo, seguramente tampoco iniciará bien ya que el manejo de recursos, logística y mano de obra está sujeto a los tiempos, y desde un marco más general, la obra será mediocre y mal hecha, lo cual es una característica del subdesarrollo.

De esta manera funcionan casi todos los proyectos, razón por la cual en Colombia nunca se logra terminar a tiempo una obra o hacer de manera eficiente algún proyecto que involucre (de manera directa o indirecta) la puntualidad de las personas, bueno, eso sin mencionar temas como la corrupción o mal manejo de recursos que no tienen que ver con el tema de esta entrada al blog.

No estoy diciendo que la impuntualidad sea la causa fundamental del subdesarrollo, pero sí que es una muestra clara de las consecuencias del subdesarrollo contra la que se debe luchar para buscar el avance en nuestra sociedad. Darle poco peso y valor al tiempo no es aceptable en una sociedad en desarrollo, y de hecho es totalmente reprochable, ya que la puntualidad debería ser el punto de partida para buscar un progreso y una evolución positiva en todos los aspectos de la sociedad que busque crecer de manera responsable.

Por eso es importante que todos cambien estas costumbres para bien. Si usted quiere avanzar y quiere que la sociedad en la que vive también lo haga, empiece a llegar temprano, aléjese de esa costumbre estúpida de llegar tarde a todo porque solo será una pieza más de ese subdesarrollo que nos hace quedar tan mal en todo el mundo. Si usted no es capaz de superar ese contexto social que condiciona su percepción del tiempo y el valor del mismo, usted será personal y profesionalmente una muestra clara del subdesarrollo de su país.

Debe aprender a estimar tiempo para imprevistos o retrasos inesperados, y planear llegar 10 o 15 minutos antes a cada cita o reunión, notará un cambio importante en la organización de su tiempo y se convertirá en una persona más confiable para los demás, además hará que se evite disgustos innecesarios de quienes lo esperan. Cualquier persona puede ser puntual, y eso no requiere ningún talento, pero puede ser una llave de entrada a lugares a los que muchos no llegan por su falta de compromiso con ese sentido de responsabilidad tan menospreciado en nuestro país.

Tome el ejemplo de las personas que hacen parte del avance de países desarrollados, notará que, además de otras razones, muchos de sus grandes avances se deben al compromiso y responsabilidad de las personas partiendo de la puntualidad que tanto respetan. Allá no se detienen a esperar a que los demás lleguen, allá las cosas se hacen y se hacen a tiempo. La puntualidad los caracteriza y es por esto que siguen avanzando a una mayor velocidad que la nuestra.