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The Mind’s Eye: A Computer Animation Odyssey junio 10, 2013

Posted by Enrique in Ciencia y Sociedad.
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En 1995 entré a la USAC como estudiante de física. En algún mes de ese año hubo una charla sobre astronomía a cargo de Jorge y Fernando De La Torre, quienes eran estudiantes más avanzados de la misma carrera. En la actividad, llevada a cabo en el auditorium de la Facultad de Ingeniería, presentaron un video como de una hora de duración. La película había sido lo más espectacular en animación por computadora que mis ojos habían visto. La música de estilo tecno y electrónico se fusionaban con las imágenes contando historias evocadoras de paisajes espaciales futuristas, alegorías del inicio del universo, poemas gráficos del advenimiento de la civilización y el poder exploratorio y constructor de la ciencia.

Me tomó casi una hora buscar en Google y Youtube la referencia al video, utilizando unicamente descripciones tan generales como las de arriba y la memoria de algunas imágenes que lograba recordar.

La Wikipedia describe Mind’s Eye (series) así:

The Mind’s Eye series consists of several art films rendered using computer-generated imagery of varying levels of sophistication. The series began in 1990. It was produced by Steven Churchill of Odyssey Productions (originally Odyssey Visual Design) & Miramar Productions. The series was released on VHS (by BMG) and LaserDisc (by Image Entertainment[1]) and later re-released on DVD (by the now-defunct Simitar Entertainment).

En alguna ocasión le dije a Jorge que le iba a dar un VHS (sí, no tenía CD’s ni mucho menos DVD’s) para que me grabara el video. Nunca lo hice.

El soundtrack incluye temas como:

  1. Armageddon
  2. Planet Of Lost Souls
  3. Big Bang Backwards
  4. N.E.O.
  5. The Ascent Of Man, Parts I-VI
  6. Valley Of The Mind’s Eye
  7. Nuvogue
  8. Quantum Mechanic
  9. Moonbase

Dos de ellos, N.E.O (abrebiatura de Near Earth Object) y Quantum Mechanic son interpretados por Dr. Fiorella Terenzi, astrofísica y escritora italiana.

Uno de mis momentos favoritos es el homenaje a los astrónomos, seguida de la aparición de la fórmula de gravitación universal de Newton cayendo por algo que parecería un agujero negro.

astro

Les dejo el link. ¡Que lo disfruten!

Más allá del ranking de los colegios junio 8, 2013

Posted by Enrique in Ciencia y Sociedad.
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La revista Contra Poder publicó el artículo Los mejores y peores colegios de la metrópoli en donde muestran los resultados de los exámenes que el Ministerio de Educación realiza a los graduandos del nivel diversificado. Los resultados son fatales:

Los [resultados] de 2012 fueron difundidos el mes pasado y, una vez más, reflejaron las deficiencias del aprendizaje en el diversificado: el 93 por ciento de los estudiantes perdió la prueba de matemática y el 76 por ciento, la de lectura.

Más allá del ranking de los colegios, los datos muestran detalles interesantes. Tomando los datos publicados en el artículo, podemos hacer una distribución de frecuencias de los porcentajes de aprobación de cada establecimiento.

La gráfica de abajo corresponde a la prueba de lectura. La tendencia es la que uno podría esperar: un valor máximo que tiende a ser menor para porcentajes de aprobación muy altos o muy bajos.

lectura

Sin embargo, la distribución para el porcentaje de aprobación en matemática es fatal. Vemos de la siguiente gráfica que casi la mitad de establecimientos tienen un porcentaje de aprobación de menos del 10% y la tendencia a decrecer monotónicamente en forma cuasi exponencial.

matematica

Más interesante aún resulta visualizar los porcentajes en una única gráfica. Abajo, en el eje horizontal está el porcentaje de aprobación de lectura y en el vertical el correspondiente a matemática. Cada punto representa un establecimiento educativo. Acá saltan a la vista varias características.

mat-lec

La gran mayoría de puntos está por debajo de la línea azul, la cual indica igual porcentaje de aprobación en ambos exámenes. Lo interesante es esto: hay muchos colegios con 0% en matemática y sólo dos con 0% en lectura. Así mismo, hay seis colegios con 100% en lectura y dos con 100% en matemática. En otras palabras, la tendencia indica que no es posible salir bien en matemática sin poseer comprensión de lectura.. No es sólo que al estudiante se le haga difícil aprender matemática sino que le será aún más trabajoso si no entiende lo que lee.

Un caso muy raro es el colegio que tiene 100% en lectura y 0% en matemática. Asumiendo que no hay error en los datos, podríamos decir que allí la matemática se enseña muy mal o no se enseña.

El otro caso raro es el colegio que tiene 0% en lectura y 33% en matemática. Aquí el mérito sería de los estudiantes que a pesar de no tener comprensión de lectura, poseen habilidades numéricas.

Finalmente, vemos una gran concentración de colegios en la región de 20-50% en lectura que no supera el 20% en matemática. Mientras que son poquísimos los colegios que tienen una mayor aprobación en matemática que en lectura. Estos son los lugares en donde hay una componente científica más fuerte de lo común; lo cual se confirma al ver que estos colegios son: el Javier, el Suizo, el Julio Verne, el Americano y el Interamericano, entre otros.

Aclaración: las conclusiones anteriores son el producto de jugar con los datos en una tarde lluviosa de viernes. No pretendo profundidad ni cobertura exhaustiva. Es simplemente que en mi profesión uno se acostumbra a ver los datos desde diferentes perspectivas y ya que los numeritos estaban allí, la curiosidad hizo lo demás.

La ley de radiación de Planck, importante hasta en fotografía mayo 14, 2013

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Isaac Newton demostró la naturaleza de la luz blanca utilizando un prisma. Casi tres siglos después, Max Planck reveló la relación entre la temperatura de un objeto y el color de la luz que emite. Este es el origen del ajuste que las cámaras digitales poseen, el llamado white balance. Dos de las opciones comunes son los llamados tungsten balanced y daylight balanced.

Screenshot-9

La diferencia está en la temperatura. Una bombilla de tungsteno usualmente llega a 3200K (grados Kelvin), mientras que con la luz de día nos referimos a la temperatura del sol, con un valor efectivo de 5600K. La diferencia en la tonalidad de tales fuentes de luz es su espectro, el cual está dado precisamente por la ley de Planck.

John P. Hess nos ofrece una magnífica explicación sobre la ciencia y la historia detrás del color así como las técnicas fotográficas para crear diferentes balances de temperatura en una escena. Me gustan muchísimo las palabras finales de Hess:

Entender los mecanismos de la temperatura del color y por qué funciona, te da las herramientas para resolver retos artísticos cuando estás en el set. Estas herramientas vienen de muy atrás en el tiempo, de cuando nos reuníamos alrededor de una cálida fogata, Isaac Newton jugando con prismas, Max Planck tratando de averiguar qué tan caliente el filamento de una bombilla tiene que estar y encontrando los principios fundamentales de la mecánica cuántica en el proceso. Cada elemento profundiza nuestro entendimiento y enriquece nuestra historia. Así que ¡úsalo! Anda, y has algo extraordinario.

h/t: @cristobalvila

Físicos de IBM crean la película más pequeña del mundo moviendo átomos individuales mayo 1, 2013

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Dejo de ver las redes sociales por un día y al regresar me encuentro con la novedad que IBM ha creado una animación tipo stop-motion, manipulando y moviendo átomos individuales. Recuerden que el tamaño típico de un átomo es del orden de 0.0000000001 metros. Si un átomo fuera del tamaño de un grano fino de arena, en esa escala, la cabeza de un alfiler tendría un kilómetro de diámetro.

Obviamente el propósito de IBM no es entretenernos con películas, sino demostrar que han desarrollado la tecnología para mover átomos, uno por uno. El objetivo es la miniaturización de los dispositivos de almacenamiento de memoria. Actualmente se necesita un millón de átomos para almacenar un bit de información. Con esta tecnología se necesita únicamente 12 átomos.

He aquí la película:

Y aquí donde nos explican cómo la hicieron:

Tener la precisión de mover un sólo átomo habría sido ciencia ficción hace unos años, hoy es realidad, y mañana será la base de los increíbles aparatos electrónicos que vamos a poder disfrutar en nuestra vida diaria. Como menciona Ileana Rau en el segundo video:

The ability to do something just because you find it interesting is an important thing, particularly for research. That’s how you stumble across things that are new.

En la página de IBM hay más información. Los científicos a cargo del proyecto son: Andreas Heinrich, Christopher Lutz, Susanne Baumann e Ileana Rau. Los primeros dos son investigadores, Baumann es estudiante de doctorado y Rau es investigadora postdoctoral.

¿Qué carrera habría que estudiar si uno quisiera trabajar con ellos? La respuesta es: física. Aprovechando los enlaces a los perfiles en LinkedIn de cada uno de ellos, nos podemos dar el lujo de recolectar algunas de las habilidades y áreas de estudio que poseen en conjunto:

  • Física, nanotecnología, mecánica cuántica, criogenia, cámaras de vacío, ciencia de los materiales
  • Matlab, LaTeX

Es decir, todos son físicos con especialización en nanotecnología, cuya base está sustentada en la mecánica cuántica. No podría dejar de mencionar que todos tienen entre sus habilidades saber utilizar LaTeX, como cualquiera que se precie de haber estudiado ciencia.

Lo que IBM ha logrado es justamente otra de las respuestas a la pregunta: ¿para qué invertir en ciencias básicas?, que es algo que los burócratas de nuestro gobierno nunca han entendido. A la vez es motivación e inspiración para todos aquellos que quieran estudiar ciencia. Estas son las cosas en las que puede trabajar un físico.

El equipo que hace posible mover átomos, uno por uno.

El equipo que hace posible mover átomos, uno por uno.

Síntesis proteínica, versión danza hippie abril 29, 2013

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Existen muchas maneras de visualizar el proceso celular por el cual una molécula de RNA mensajero es traducida en una secuencia específica de aminoácidos, dando así origen a las proteínas codificadas en nuestro ADN.

En 1971 el proceso ya era conocido y es dramatizado aquí en una danza al mejor estilo de la era hippie. Noten la apariencia vieja del video, las vestimentas y lo mejor de todo, la música; cuya letra va llamando a cada enzima a realizar su trabajo.

El movimiento se ve desordenado, sin embargo es una excelente metáfora de la escala atómica, en que las moléculas son objetos que están vibrando, rotando, chocando continuamente en trayectorias aleatorias. Las personas representan la danza de la vida a nivel macroscópico. ¡Disfruten!

h/t: Curso Biología 7.00x de MIT en edx.org

60 años de la estructura del ADN abril 25, 2013

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Fue un 25 de abril de 1953 que James Watson y Francis Crick publicaron el artículo titulado Molecular Structure of Nucleic Acids (versión pdf) en donde proponen la estructure de doble hélice de la molécula de ácido desoxiribonucleico, mejor conocida como ADN.

El artículo es unos de esos todos deberían leer. No sólo por la importancia histórica, sino también porque no ocupa más que una página.

crick-watson

Ése mismo día, también se publicaron otros dos artículos con información complementaria sobre la estructura de los ácidos nucleicos. Los archivos en pdf se pueden conseguir aquí.

Además de proponer la estructura de la doble hélice el artículo hace una observación fundamental casi al final:

It has not escaped our notice that the specific pairing we have postulated immediately suggests a possible copying mechanism for the genetic material.

En el modelo, los eslabones de una cadena se complementan con cada uno de los eslabones de la otra cadena, de modo que al separar las dos cadenas de la doble hélice, cada parte sirve de plantilla para duplicar la secuencia de eslabones y así llevar a cabo la división celular.

Tal proceso se realiza desde el momento de la concepción hasta nuestra muerte. El entendimiento de los procesos genéticos nos ha permitido dilucidar enfermedades hereditarias y descubrir nuevos medicamentos.

Lo que empezó como curiosidad académica tiene hoy aplicaciones que han salvado y mejorado vidas, algo que va más allá de lo que el invertir en investigación científica puede costar.

Euler cumple 306 años. Google doodle interactivo: los ángulos de Euler abril 15, 2013

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Leonhard Euler es sin duda uno de los más brillantes matemáticos de nuestros tiempos. El Google doodle lo celebra así:

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No es una figura estática. Es una animación interactiva que muestra los llamados ángulos de Euler, los cuales forman una sistema muy útil para describir rotaciones complejas de objetos sólidos. Uno de los problemas típicos en física consiste en calcular el movimiento de rotación de un trompo alrededor de su eje, así como su precesión y nutación; utilizando los ángulos de Euler. Algo que cualquier estudiante de física aprende en el curso de mecánica clásica.

Felices 306 años, Leonhard Euler. Los gigantes nunca mueren.

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Imagen: Wikipedia

Los gloriosos momentos del LHC con música de Rocky abril 14, 2013

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Esta es la presentación del Ingeniero Mario Benedetti (no lo confundan con el poeta) en el evento TEDx Buenos Aires. Benedetti dirige el Laboratorio de Instrumentación de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional de Mar de Plata y participó en el desarrollo del Large Hadron Collider (LHC). Como ya sabrán, el LHC es ese tremendo acelerador de partículas constuído para buscar el famoso bosón de Higgs.

Benedetti hace una excelente exposición de la física del Modelo Estándar. Lo único que no comparto es que le llame al LHC “la máquina Dios”. Dejando éso por un lado, me gustó el tono idiosincrásico de la charla. Muestra cómo un profesional de la ingeniería asimila su experiencia en un experimento de primera línea en física de partículas.

No se pierdan el video. Por lo menos vean los últimos dos minutos (desde el minuto 17), en donde se ve el momento de celebración en el cuarto de control —con la emotividad aumentada por el soundtrack de la película “Rocky”— al momento en que los haces protones colisionan.

h/t: @yosoyclaus

La utilidad del conocimiento inútil abril 12, 2013

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En nuestro medio es común restar importancia o menospreciar cualquier actividad que aparentemente no produce utilidad alguna. Especialmente cuando dicha actividad requiere financiamiento para ser realizada. Tales son los conocidos casos de la música, literatura, poesía, cine y artes en general; como también lo es en el caso de las ciencias.

Oportunamente encontré un artículo hermoso. Se titula The Usefulness of Useless Knowledge fue escrito en 1939 por Abraham Flexner. Flexner fue uno de los fundadores del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, lugar que ha ganado su fama gracias a científicos de la talla de Albert Einstein, Paul Dirac, Niels Bohr, Levi Civita, Wolfgang Pauli y muchos otros más, buena fracción de ellos galardonados con el Premio Nobel.

El artículo se puede bajar en versión PDF. Su lectura es recomendada para todos aquellos que se preguntan cuál es la importancia de la ciencia en nuestra sociedad y para los que disfrutan de leer elocuentemente lo que ya saben.

Flexner acentúa el hecho de que los grandes avances tecnológicos han sido logrados gracias a la curiosidad insaciable y la búsqueda tenaz de explicaciones al confrontar los misterios de la naturaleza. Uno de los ejemplos mencionados es el uso de ondas electromagnéticas en radio transmisión. Una vez que Maxwell y Hertz entendieron y formularon las ecuaciones de la teoría electromagnética, las aplicaciones tecnológicas fueron inevitables. Es decir, detallitos como: teléfonos celulares, radio, televisión, hornos de microondas, secadoras de pelo, estufas, bombillas, refrigeradoras, computadoras, Xbox, Nintendo y cualquier cosa que funcione con electricidad. Citando a Flexner y traduciendo libremente:

Hetz y Maxwell pudieron no haber inventado nada, pero fue su trabajo teórico carente de aplicabilidad el que fue tomado por un técnico inteligente quien creó nuevos medios de comunicación, utilidad y diversión; por los cuales, hombres con méritos relativamente leves han obtenido fama y ganado millones. ¿Quiénes fueron los hombres útiles? No Marconi, sino Clerk Maxwell y Heinrich Hertz. Hertz y Maxwell eran genios que no pensaban en la utilidad. Marconi fue un inventor hábil quien no pensaba más que en utilidad.

El artículo también enfatiza que tampoco está abogando por la desaparición de escuelas de ingeniería ni ciencia aplicada, las cuales son también importantes. El punto clave es reconocer la tremenda importancia que tiene la actividad en ciencias básicas, las cuales no generan resultados inmediatos sino a largo plazo.

Ése es el mensaje que incansablemente tratamos de transmitir a las autoridades pertinentes. Es importante invertir en tecnología, sin embargo, ningún avance se logra si no apoyamos lo que fundamenta todo avance tecnológico: las ciencias básicas y la investigación sin uso práctico. Flexner podría venir a decirles a nuestras autoridades que (énfasis mío):

De una cosa podemos estar seguros, y es que ellos [Maxwell y Hertz] hicieron su trabajo sin pensar en la aplicación, y en toda la historia de la ciencia, la mayoría de los grandes descubrimientos que ultimadamente han probado ser beneficiosos a la humanidad, han sido logrados por hombres y mujeres que fueron impulsados no por el deseo de hacer algo aplicado sino por el deseo de satisfacer su curiosidad.
[...]
No es posible que ningún administrador educativo pueda dirigir los canales en los que unos u otros investigadores deban trabajar.

Lo que nos lleva a la inevitable conclusión de que se necesitan instituciones que cobijen precisamente ese tipo de actividades: la búsqueda del conocimiento por sólo gusto de aprender.

Las instituciones de aprendizaje deben dedicarse a cultivar la curiosidad y cuanto menos sean desviadas por consideraciones de aplicación inmediata, más probable es que puedan contribuir no sólo al bienestar humano sino también a la igualmente importante satisfacción de los intereses intelectuales, los cuales realmente podemos decir que se han convertido en la pasión reinante de la vida intelectual en tiempos modernos.

Tenemos también un párrafo con dedicatoria especial a las autoridades universitarias. Como había mencionado en otro post, es una vergüenza que siendo la Universidad de San Carlos una de las más antiguas de América Latina, no tenga una facultad ciencias. Por si necesitáramos más justificación, aquí Flexner dice:

En un período de cien o doscientos años, las contribuciones de las escuelas profesionales a sus respectivas actividades probablemente se encontrará —no tanto en el entrenamiento de personas que en el mañana serán ingenieros prácticos o abogados prácticos o doctores prácticos— sino más bien en el hecho de que aún en los esfuerzos dedicados a fines prácticos, una enorme cantidad de aparentemente actividad sin utilidad es involucrada. De estas actividades sin utilidad salen descubrimientos que prueban ser infinitamente más importantes a la humanidad y al espíritu humano que el logro de los fines prácticos para los cuales las escuelas fueron fundadas.

¿Cuál es la justificación que este tipo de instituciones necesitan para poder existir, ya que no van a trabajar en producir nada “útil”? Esta es una de las justificaciones más bellas que leído:

Una institución que libera generaciones sucesivas de almas humanas está ampliamente justificada, aún cuando este o aquel graduado no haga una de las llamadas contribuciones al conocimiento humano. Un poema, una sinfonía, una pintura, una verdad matemática, un nuevo hecho científico, todos contienen en sí mismos toda la justificación que las universidades, colegios e institutos de investigación necesitan o requieren.

Todo lo anterior suena idealista. Sin embargo la mejor prueba de que funciona es la misma tradición y excelencia de los grandes centros de investigación alrededor del mundo. El ejemplo por excelencia es el CERN, allí donde está el Large Hadron Collider (LHC). Fue allí donde haciendo física de partículas los científicos inventaron lo que ampliamente hoy conocemos como la World Wide Web, o sea, el internet. Surgió por la necesidad de transferir y compartir información entre computadoras. Información sobre física y colisiones entre partículas subatómicas. Así como en este caso, hay muchos otros en los que el mundo estará por siempre agradecido a la investigación en ciencias fundamentales.

El Instituto de Estudios Avanzados es un modelo exitoso e inspirador. Su funcionamiento contrasta diametralmente con nuestras instituciones que se mueven en la viscosidad entorpecedora de la burocracia excesiva. Según Flenex, en Princeton cada individuo dispone de su tiempo y energía como mejor le parezca, trabajando y colaborando con las personas que quiera. No se sigue ninguna rutina, no se marca ninguna frontera entre profesores, visitantes ni estudiantes. No hay reuniones de catedráticos y no existen los comités. Aquí la gente con ideas encuentra las condiciones para reflexionar y pensar. La administración ha sido minimizada en extensión e importancia. La gente sin ideas o sin poder de concentración no se sentiría a gusto en el Instituto. Cuando un profesor visitante le preguntó a Flexner, cuáles eran sus obligaciones, éste le contesto: “no tienes obligaciones, sólo oportunidades”.

Si llegaron a leer hasta aquí, pensaran que una institución de ese corte es un sueño imposible en nuestra sociedad. Como buen idealista que soy, no dejo de soñar y creer que algún día podremos hacer nuestras estas palabras:

No nos hacemos ninguna promesa, pero guardamos la esperanza de que la búsqueda sin obstrucción del conocimiento sin utilidad tendrá sin duda consecuencias en el futuro, tal como en el pasado. Sin embargo, en ningún momento usamos esa premisa para defender el Instituto. Existe como un paraíso para académicos que, como poetas y músicos, se han ganado el derecho de hacer lo que quieran, alcanzando el máximo cuando se les da la libertad de hacerlo.

Lo que hoy es desconocido, mañana no lo será. Una lección sobre fermentación marzo 12, 2013

Posted by Enrique in Ciencia y Sociedad.
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Empezando con un poco de retraso pero con mucha emoción el curso online 7.00x: Introduction to Biology – The Secret of Life MITx. Es tan sólo la segunda clase pero ya he encontrado cosas bellas que merecen ser compartidas y registradas en las internets.

Eduard Buchner ganó el premio Nobel de Química en 1907 por lograr la fermentación sin utilizar células. Lo que él demostró es que el proceso de fermentación no ocurre gracias a que las levaduras son microorganismos vivos, sino que es más bien, una reacción química común y corriente. En su discurso (disponible en el link anterior) Buchner es honesto al admitir que no tiene idea de cuáles son los detalles del proceso. Sin embargo es optimista en pensar que tal conocimiento sería encontrado en el futuro.

Buchner cierra su discurso de aceptación del premio Nobel con estas palabras (énfasis mío):

We are seeing the cells of plants and animals more and more clearly as chemical factories, where the various products are manufactured in separate workshops. The enzymes act as the overseers. Our acquaintance with these most important agents of living things is constantly increasing. Even though we may still be a long way from our goal, we are approaching it step by step. Everything is justifying our hopes. We must never, therefore, let ourselves fall into the way of thinking “ignorabimus” (“We shall never know”), but must have every confidence that the day will dawn when even those processes of life which are still a puzzle today will cease to be inaccessible to us natural scientists.

Poderosas y ominosas palabras para aquellos que se dejan ganar la batalla antes de pelearla.

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Levaduras. Fuente: wikipedia

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