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Ciencia

¿Qué hay detrás de un agujero negro?

Conoce los secretos que se están empezando a revelar con los avances científicos. El siguiente artículo es de Phys.org y fue traducido al español por nuestro medio.

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Fuente: A. Corichi y J. P. Ruiz

Representación artística de un agujero negro. La mitad inferior de la imagen muestra el agujero negro que, según la relatividad general, atrapa todo, incluida la luz. Los efectos basados ​​en la gravedad cuántica de un bucle, una de las teorías que extiende la relatividad general de Albert Einstein utilizando la mecánica cuántica, superan este tremendo tirón y liberan todo (la mitad superior de la imagen), proporcionando así una vía concreta para la recuperación de la información que antes se creía perdida en el agujero negro singularidad.

Nuestros primeros destellos a la física que existe cerca del centro de lo que es un agujero negro, son posibles gracias a la "gravedad cuántica de bucle", una teoría la cual utiliza la mecánica cuántica para extender la física gravitatoria más allá de la teoría de la relatividad general de Einstein. La gravedad cuántica de bucles, originada en Penn State y posteriormente desarrollada por un gran número de científicos de todo el mundo, está abriendo un nuevo paradigma en la física moderna. La teoría ha emergido como un candidato líder para analizar fenómenos astrológicos y astrofísicos extremos en partes del universo, como los agujeros negros, donde las ecuaciones de la relatividad general dejan de ser útiles.

El trabajo anterior sobre la gravedad cuántica de bucle, el cual fue muy influyente en el campo, analizó la naturaleza cuántica del Big Bang, y ahora dos nuevos trabajos llevados a cabo por Abhay Ashtekar y Javier Olmedo en Penn State y Parampreet Singh en Louisiana State University, extienden esos resultados a los agujeros negros interiores. Los artículos aparecen como "sugerencias de los editores" en las revistas Physical Review Letters y Physical Review el 10 de diciembre de 2018 y también se destacaron en un artículo de Viewpoint en la revista Physics.

Según el profesor de física de Evan Pugh, titular de Cátedra de Física de la Familia Ebery y director del Instituto Estatal de Gravitación y Cosmos Penn, profesor Ashtekar, "La mejor teoría de la gravedad que tenemos hoy es la relatividad general, pero tiene limitaciones", agregando que "por ejemplo, la relatividad general predice que hay lugares en el universo donde la gravedad se vuelve infinita y el espacio-tiempo simplemente termina. Nos referimos a estos lugares como 'singularidades'. Pero incluso Einstein estuvo de acuerdo en que esta limitación de la relatividad general se debe al hecho de que ignora la mecánica cuántica ".

En el centro de un agujero negro, la gravedad es tan fuerte que, según la relatividad general, el espacio-tiempo se vuelve tan extremadamente curvado que, en última instancia, la curvatura se vuelve infinita. Esto da como resultado que el espacio-tiempo tenga un borde irregular, más allá del cual la física ya no existe: la singularidad. Otro ejemplo de una singularidad es el Big Bang. Preguntar qué sucedió antes del Big Bang es una pregunta sin sentido en la relatividad general, porque el espacio-tiempo termina, y no hay antes. Pero las modificaciones a las ecuaciones de Einstein que incorporaban la mecánica cuántica a través de la gravedad cuántica de bucles permitieron a los investigadores extender la física más allá del Big Bang y hacer nuevas predicciones. Los dos artículos recientes han logrado lo mismo para la singularidad del agujero negro.

"La base de la gravedad cuántica de bucle es el descubrimiento de Einstein de que la geometría del espacio-tiempo no es solo un escenario en el que se actúan los eventos cosmológicos, sino que es una entidad física la que puede doblarse", dijo Ashtekar. "Como entidad física, la geometría del espacio-tiempo está formada por algunas unidades fundamentales, al igual que la materia está formada por átomos. Estas unidades de geometría, llamadas "excitaciones cuánticas", son órdenes de magnitud más pequeñas de las que podemos detectar con los Tecnología, pero tenemos ecuaciones cuánticas precisas que predicen su comportamiento, y uno de los mejores lugares para buscar sus efectos es el centro de un agujero negro".

De acuerdo con la relatividad general, en el centro de un agujero negro la gravedad se vuelve infinita, por lo que todo lo que entra, incluida la información necesaria para los cálculos físicos, se pierde. Esto lleva a la celebrada 'paradoja de la información' con la que los físicos teóricos han estado lidiando durante más de 40 años. Sin embargo, las correcciones cuánticas de la gravedad cuántica de bucle permiten una fuerza repulsiva que puede abrumar incluso la fuerza más fuerte de la gravedad clásica y, por lo tanto, la física puede continuar existiendo. Esto abre una vía para mostrar en detalle que no hay pérdida de información en el centro de un agujero negro, que los investigadores ahora están buscando.

Curiosamente, aunque la gravedad cuántica de bucle continúa funcionando donde la relatividad general se rompe (las singularidades de los agujeros negros, el Big Bang), sus predicciones coinciden con las de la relatividad general con mucha precisión en circunstancias menos extremas alejadas de la singularidad. "Es altamente no trivial lograr ambos", expresó Singh, profesor asociado de física en el estado de Louisiana. "De hecho, varios investigadores han explorado la naturaleza cuántica de la singularidad del agujero negro en la última década, pero prevaleció la singularidad o los mecanismos que lo resolvieron desencadenaron efectos antinaturales. Nuestro nuevo trabajo está libre de tales limitaciones".

 

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¿Por qué puede fallar una vacuna?

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España registra desde hace unos años brotes de paperas más o menos frecuentes: uno de los últimos ha tenido lugar en Salamanca. Muchos de estos pacientes habían sido vacunados. ¿Por qué puede fallar una vacuna?

La parotiditis (paperas) es una enfermedad infecciosa producida por un virus altamente transmisible. Se puede prevenir mediante una vacuna, que está incluida en la triple vírica junto a las del sarampión y la rubeola. En España se recomienda administrar dos dosis: al año y tres años de vida. La vacuna triple vírica se utiliza desde los años 1970 y se fabrica con virus atenuados. Para producirla se han empleado distintas cepas de virus (llamadas Jeryl Lynn, Uribe, Leningrado-Zagreb y Rubini).

La vacuna es segura y efectiva. Dos dosis confieren una protección individual de entre un 90 y un 95 %. En un brote de paperas, el índice de ataque (personas infectadas por cada 100 personas expuestas al virus) entre los individuos vacunados será de entre el 5 y el 10 %, mientras que aumentará hasta un 40 % entre los no vacunados.

El nivel de vacunación de la población necesario para alcanzar la inmunidad de grupo en el caso de las paperas es superior al 90 %. Con este nivel de protección, el virus circula con mayor dificultad y las personas no vacunadas están protegidas, siempre que la distribución de vacunados y no vacunados sea aleatoria. Si los individuos no vacunados se concentran en una escuela o comunidad, la inmunidad de grupo se pierde.

Las paperas han sido prácticamente eliminadas en todos los países del mundo en los que la tasa de vacunación se ha mantenido elevada (superior al 90 %) de forma sostenida en el tiempo.

Sin embargo, la vacuna frente a las paperas no siempre funciona.

Fallos y declives


Una primera posibilidad es que la vacuna no produzca la respuesta inmune esperada (fallo primario). Esto sucedió en España durante el periodo 1990-1999, en el que se utilizó una vacuna con la cepa Rubini del virus de las paperas.

Desafortunadamente, esta cepa ofreció un nivel de protección mucho más bajo del esperado, por causas inmunológicas no establecidas. A partir de 1999 no se administraron vacunas producidas con cepa Rubini. Las otras cepas del virus, especialmente la Jeryl Lynn, no se asocian a fallos primarios.

Representación en 3D del virus de las paperas. Shutterstock

Una segunda posibilidad es que la protección que proporciona la vacuna pierda efectividad con el paso del tiempo (declive de la inmunidad o waning immunity). En algunos estudios, la probabilidad de sufrir paperas aun habiéndose vacunado correctamente con las dos dosis aumenta un 10 % por año.

Este hecho resulta insuficiente para explicar el porqué de los brotes actuales de paperas. De ser así aparecerían todo el rato y no de vez en cuando como sucede en realidad.

La causa del declive de la inmunidad frente a las paperas puede deberse al éxito de la propia vacuna: dado que apenas hay casos, el virus (que sigue circulando en todo el mundo) tiene menos oportunidades de entrar en contacto con la población. Por ello, nuestra respuesta inmune no se enfrenta al refuerzo periódico (boosting) que supone el contacto esporádico con dicho virus.

Otra posibilidad es que existan diferencias antigénicas entre el virus empleado en la vacuna y el natural (wild-type), que se encuentra en el ambiente. Esto permitiría un cierto grado de escape inmunológico.

El genotipo del virus que hoy circula es el G o posterior, mientras que las vacunas emplean genotipos A y B. Estas diferencias antigénicas pueden afectar la potencia relativa de los anticuerpos dirigidos frente a cepas de virus heterólogas, pero no anulan su capacidad para neutralizar el virus.

A partir de 1980 se observó que en varias epidemias de paperas los casos se presentaban en personas correctamente vacunadas, de edad más avanzada (adolescentes y adultos jóvenes) y no tanto en niños. El entorno donde se dan estos brotes suelen ser escuelas, institutos o universidades, donde los estudiantes están en contacto directo, prolongado e intenso. En estos entornos, la cantidad de virus (inóculo) a los que se exponen los estudiantes es lo suficientemente elevado como para lograr escapar a la protección que proporciona la vacuna.

¿Y qué hacemos?


Seguir investigando hasta encontrar una vacuna de las paperas más efectiva e igual de segura es una opción, aunque nada sencilla. Otra posibilidad es revisar la política de salud pública con respecto a la vacunación. Habría que considerar, y evaluar adecuadamente, la introducción de una tercera dosis de la vacuna alrededor de los 18 años de edad. O una dosis de refuerzo en la edad adulta.

Las vacunas preparan a nuestro organismo para reconocer al virus y así responder de modo más rápido y efectivo ante su ataque. Esto limita su capacidad de invasión y el desarrollo de enfermedades, reduce la gravedad de las mismas, sus complicaciones y mortalidad asociada.

Por eso, aun con todos los posibles inconvenientes comentados en el caso de las paperas, la mejor protección posible, tanto individual como colectivamente, es la vacunación.The Conversation

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

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Ciencia

Académico de la Universidad de Talca desarrolló sistema de sensores para drones que apoya combate a incendios forestales

Nicolás Marambio

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Universidad de Talca

El dispositivo es un módulo de sensores integrado al dron que genera mosaicos fotográficos y térmicos .en tiempo real, facilitando la toma de decisiones en siniestros de gran magnitud.

El sistema se presentó en el seminario:. “UAVs como herramientas logísticas en el combate de incendios forestales:. una perspectiva”, realizado en el Centro de Extensión de la Universidad de Talca, que congregó a especialistas sobre el tema.

Durante la actividad, se presentó el proyecto FireSense, liderado por el profesor de la Facultad de Ingeniería de la UTALCA, Matthew Bardeen, quien a través del financiamiento del Fondo de Innovación para la Competitividad (FIC) del Gobierno Regional del Maule, creo un dispositivo que se adosa a un dron y que permite captar y entregar información relevante en tiempo real desde una zona de peligro, como puede ser un incendio forestal, y que facilita la toma de decisiones en la prevención y combate al fuego.

El vicerrector Académico, Claudio Tenreiro, destacó la innovación desarrollada en la Universidad y las posibilidades que se abren con estas nuevas tecnologías al servicio de la sociedad.

La autoridad universitaria señaló que entre el 1 de julio de 2018 a la fecha se han registrado en el país más de siete mil 100 incendios forestales, que afectaron a más de 80 mil 800 hectáreas de terreno.

“Este es un escenario complejo en el que este tipo de proyectos tecnológicos se convierte en un importante aporte a la sociedad.”, precisó Tenreiro.

Por otra parte, el representante del Gobierno Regional, Pedro González, destacó la importancia de este tipo de iniciativas aplicadas. “Soy bombero y en los incendios esto se hace necesario. Si hubiéramos tenido esta tecnología disponible en 2017, el escenario habría sido otro; habría sido un apoyo en la toma de decisiones. Ojalá sea un aporte para enfrentar emergencias y podamos tener este dispositivo pronto en el mercado”, sostuvo.

Firesense


El profesor de la Facultad de Ingeniería, Matthew Bardeen, explicó el uso del sistema que considera un módulo de sensores integrado a un dron, que genera mosaicos fotográficos y térmicos en tiempo real.

“Cuando hay incendios forestales, muchas veces se desconoce la localización exacta del incendio y el escenario general de la situación. Esto afecta considerablemente la toma de decisiones oportunas. Se debe a que el monitoreo es realizado únicamente por aviones y helicópteros, lo que no siempre es viable debido a condiciones adversas del terreno, visibilidad reducida y poca disponibilidad, además de representar una alternativa de alto valor económico”, indicó.

El profesor Bardeen agregó que en relación a los sensores o sistemas tradicionales que se utilizan en este tipo de situaciones, estos se caracterizan por transmitir videos en tiempo real o bien capturar muchas fotos individuales de todo el terreno, para que sean procesadas posteriormente en forma de mosaico. Sin embargo aún ambos sistemas tienen fallas.

“En el primer caso resulta muy difícil tener una vista general que podría ser entendida y compartida rápidamente entre muchas personas, mientras en el segundo, las fotos individuales generalmente son de gran tamaño y alta resolución, que necesitas un procesamiento posterior en un computador, lo que prolonga el tiempo de espera”, argumentó.

Por tanto, lo que se espera de este proyecto, dijo el académico, “es mejorar la información disponible durante un incendio forestal, reducir el tiempo necesario en el combate de incendios, disminuir hectáreas de bosque quemado, lograr un protocolo de uso del sistema en un siniestro, capacitar a organizaciones en el uso de este sistema integrado y divulgar el software y hardware relacionado”.

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Ciencia

Las razas humanas no existen

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Al decir de alguien que es blanco o negro, es posible que pensemos que pertenece a una categoría biológica definida por su color. Mucha gente cree que la pigmentación de la piel refleja la pertenencia a una raza, “cada uno de los grupos en que se subdividen algunas especies biológicas y cuyos caracteres diferenciales se perpetúan por herencia”, según la RAE. Esa noción, en el caso de nuestra especie, carece de sentido. Desde un punto de vista biológico, las razas humanas no existen.

En la piel hay melanocitos, células que producen y contienen pigmentos. Hay dos tipos de pigmentos, llamados melanina: uno es marrón parduzco (eumelanina) y el otro, rojo amarillento (feomelanina). El color de la piel depende de la cantidad y la proporción de ambos. Esto depende de diferentes genes: unos inciden en la cantidad de pigmento en los melanocitos y otros sobre la proporción entre los dos tipos de melanina. Por lo tanto, colores muy similares pueden ser el resultado de diferentes combinaciones y obedecer a configuraciones genéticas diferentes.

Los africanos, en general, son de piel oscura. Los dinka, de África oriental, la tienen muy oscura; los san, del sur del continente, más clara. Los nativos del sur de la India, Nueva Guinea y Australia también son de piel oscura. En el centro de Asia y extremo oriente, así como en Europa, las pieles son, en general, claras. Los nativos americanos las tienen de diferente color, aunque no tan oscuras como los africanos.

Si nos atenemos al color de la piel escondida bajo el grueso pelaje de los chimpancés, lo más probable es que nuestros antepasados homininos la tuviesen clara. Hace unos dos millones de años los miembros de nuestro linaje vieron reducido el grosor y consistencia del pelaje, que se convirtió en una tenue capa de vello. Esa transformación expuso la piel a la radiación solar ultravioleta, que puede causar cáncer y, además, eliminar una sustancia de gran importancia fisiológica, el ácido fólico. Seguramente por esa razón se seleccionaron variantes genéticas que oscurecían la piel, porque la melanina la protege de dichos daños.

Los seres humanos hemos llegado a casi todas las latitudes. Nuestra piel se ha visto expuesta a diferentes condiciones de radiación. Al igual que un exceso de rayos ultravioleta puede ser muy dañino, su defecto también lo es. Sin esa radiación no se puede sintetizar vitamina D, cuyo déficit provoca raquitismo y otros problemas de salud. Por esa razón, sin descartar otras posibles como la selección sexual a favor de las pieles más claras, la piel humana se ha ido aclarando en algunas zonas geográficas por selección natural.

Además, los movimientos de población han propiciado la mezcla de linajes, cada uno con sus rasgos genéticos y características pigmentarias, para dar lugar a múltiples configuraciones. El color de los seres humanos actuales es el resultado de una compleja secuencia de eventos biológicos y demográficos. No es posible delimitar biológicamente unos grupos y otros con arreglo a ese rasgo.

La diversidad genética existe


Lo anterior no pretende negar la diversidad genética en la especie humana. Existe diversidad, por supuesto.

Hay poblaciones con numerosas copias del gen de la α-amilasa y otras en las que hay muy pocas.

Los inuits toleran el frío mejor que otros seres humanos y cuentan con unas desaturasas que les permiten alimentarse con una dieta exclusivamente carnívora sin que ello les cause los problemas que provocaría a otros seres humanos.

Los pigmeos africanos presentan variantes genéticas relacionadas con el sistema inmunitario. Una mutación en el gen PDE10A –que codifica una fosfodiestearasa- permite a los bajau laut (los llamados “nómadas del mar”) permanecer sumergidos en apnea hasta trece minutos.

La mayor parte de europeos y descendientes de europeos, así como los miembros de otros grupos humanos en África, la península Arábiga y el subcontinente Indio retienen en la edad adulta la capacidad para digerir la lactasa de la leche.

Los tibetanos tienen menor concentración sanguínea de hemoglobina y una mayor densidad de capilares. Ambos rasgos parecen tener base genética.

En los pueblos de África occidental que hablan lenguas kwa la anemia falciforme es mucho más prevalente que en otros africanos.

Estos rasgos que caracterizan las poblaciones humanas no tienen correspondencia con el color de la piel. Ni las diferencias en el color de la piel se corresponden con muchos otros rasgos que también varían según otros patrones y por efecto de diversas presiones selectivas.

¿Un concepto útil?


Hay quienes sostienen que la categoría “raza” es útil en nuestra especie a efectos sociosanitarios. Se ha observado, por ejemplo, que los norteamericanos de origen africano (llamados habitualmente “afroamericanos”) tienen mayor propensión a padecer ciertas enfermedades. Por eso defienden el uso del término “raza” para diferenciar a negros de blancos. Un ejemplo es el de la mayor propensión -de base genética- de los afroamericanos a padecer cáncer de próstata. La mayor parte de ellos descienden de personas esclavizadas procedentes de pueblos de África Occidental en los que es muy frecuente la variante genética responsable. Cuando el gen en cuestión tiene, en esas mismas personas, ascendencia europea, la frecuencia de esa variante es muy inferior. Y todos ellos tienen la piel oscura.

Las categorías biológicas son problemáticas. En el mundo animal se diferencian, no sin dificultades, distintos linajes y grupos de linajes. Clasificamos a los animales en filos, clases, órdenes, familias, géneros, especies y, en algunos casos, subespecies. También pueden definirse categorías intermedias. Pero no tenemos razas. Por debajo de la especie o la subespecie, hay poblaciones.

En los animales domésticos sí se suele hablar de razas, pero ese es un caso muy especial, pues se han obtenido por selección artificial de determinados atributos. Se trata, por ello, de una categoría no trasladable al resto.

Claro que hay diversidad genética en la especie humana. Se ha producido, como en los demás animales, a causa de mutaciones al azar y por efecto de la selección natural sobre la frecuencia de las variantes genéticas en cada población, del flujo génico provocado por migraciones y cruzamientos entre individuos de diferentes poblaciones, y de la deriva genética. Pero no hay conjuntos homogéneos de variantes que permitan definir grandes grupos humanos a los que podamos denominar razas.

No hay, pues, fundamento para invocar su existencia. Como tampoco lo hay para justificar, sobre bases inexistentes, otras diferencias.


Una versión de este artículo fue publicada originalmente en el Cuaderno de Cultura Científica, una publicación de la Cátedra de Cultura Científica de la UPV/EHU.The Conversation


Juan Ignacio Pérez Iglesias, Catedrático de Fisiología, Universidad del País Vasco / Euskal Herriko Unibertsitatea

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.

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