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Aprendiendo a sombrear con gravitones en las cercanias del pulsar binario PSR 1913+16

Posted by Albert Zotkin en diciembre 3, 2017

A menudo se afirma que el decaimiento de las órbitas de los pulsares binarios constituye una prueba de la existencia de ondas gravitacionales tal y como predice la Teoría General de la Relatividad de Einstein. Y se conforman con admitir que eso sólo sería una prueba indirecta de tal existencia.

Hoy vamos a viajar hacia la constelación del Águila. aquilaDejaremos atrás a su estrella más brillante, Altair, que sólo se encuentra a 17 años-luz de nosotros, y nos adentraremos a una profundidad de unos 21 mil años-luz, pero sin salir de la Vía Láctea. Nos situaremos en las inmediaciones de un pulsar binario muy conocido, el PSR 1913+16, cuya localización exacta en el cielo es ascensión recta : 19h 13m 12.4655s declinación : 16° 01′ 08.189?. Este pulsar binario está formado por dos estrellas de neutrones, que orbitan en dos órbitas elípticas alrededor de un baricentro común (centro de masas) en el mismo plano.

Ese par de estrellas de neutrones se mueve cada una en su órbita elíptica según las leyes de Kepler. En cada instante las dos estrellas se encuentran en oposición, formando una linea recta junto con el baricentro (centro de masas). El periodo de cada órbita es de unas T = 7.75 horas, y se cree que ambas estrellas poseen casi la misma masa M = 1.4 masas solares. Sus dos órbitas son bastante excéntricas. La separación mínima cuando se encuentran en sus respectivos periastros es de d = 1.1 radios solares, y la separación máxima, cuando se encuentran en sus respectivos apastros es de D = 4.8 radios solares.

Ayer hice esta pequeña animación en flash que simula el pulsar binario PSR 1913+16. Usé un sencillo actionsscript y algunas figuras geométricas simples. Pero, lo más importante que cabe decir es que no programé el decaimiento de las dos órbitas. Ese decaimiento emerge naturalmente del cómputo de las posiciones de ambos cuerpos. La pregunta es ¿por qué emerge decaimiento orbital en esos dos cuerpos?. La respuesta está en la capacidad de los registros de las variables que usa el actionscript (programa informático de flash). Usando las leyes de Kepler para esos cómputos, resulta que a cada paso evolutivo del sistema se pierden algunos decimales de precisión en las variables resultantes que serian necesarios para mantener las órbitas estables en su tamaño original. Al cabo de unos cuantos pasos de evolución del sistema, obtenemos un notable decaimiento de las órbitas. El actionscript de flash nos ha proporcionado una idea muy intuitiva de en qué podría consistir la gravedad cuántica, o por lo menos un aspecto de la misma. Sí, la gravedad cuántica tendría mucho que ver con la pérdida de información que la naturaleza necesitaría para mantener la estabilidad de sus sistemas orbitales. Pero, si nos fijamos también en la precesión de los periastros de ambos cuerpos de ese sistema gravitatorio binario, vemos que esa precesión podria deberse al hecho, inadvertido en la astrofísica oficial, de que existe sombra gravitacional, la misma que explica la precesion total del perihelio del planeta Mercurio, la misma que explica lo que la astrofísia oficial se empeña en llamar materia oscura, la misma que explica la anomalía de flyby , la misma que explica la anomalía de las sondas Pioneer mejor que la explicación oficial.

En resumen:

  1. El decaimiento orbital en los sistemas gravitatorios se debe al hecho irrefutable de pérdida de información cuántica en sus procesos computacionales.
  2. La precesión total del periastro de las órbitas en los sistemas gravitatorios se debe a la sombra gravitacional que los cuerpos másicos producen al paso de los gravitones, de forma muy similar a cómo los cuerpos opacos producen las sombras tras ellos al paso de los fotones. La sombra gravitacional produce un acercamiento efectivo del centro de masas del sistema hacia el cuerpo orbital test, y por lo tanto, una aceleración extra de su velocidad orbital.

Ahora explicaré brevemente la pieza principal de código en actionscript que genera esa simulación:

function update(m) { var cm_x; var cm_y; if(_root.r_frame==null){ cm_x=Stage.width/2; cm_y=Stage.height/2; }else{ cm_x=_root.r_frame._x; cm_y=_root.r_frame._y; } var r = Math.sqrt(Math.pow((m._x-m.target_body._x),2)+Math.pow((m._y-m.target_body._y),2)); var accel = 30*target_body.mass/Math.pow(r,2); var cosx=(m._x-m.target_body._x)/r; var cosy=(m._y-m.target_body._y)/r; var accel_x = accel*cosx; var accel_y = accel*cosy; var s=1; m.speed.x-=accel_x; m.speed.y-=accel_y; m._x+=m.speed.x-cm_x+Stage.width/2; m._y+=m.speed.y-cm_y+Stage.height/2;

s=(m._y-m.target_body._y)<0?-1:1; m._rotation=s*Math.acos(cosx)*180/Math.PI90; }

La función update toma como único parámetro al clip m, que representa a uno de los dos astros del sistema, y que tiene una serie de propiedades predefinidas, como sus coordenadas espaciales _x, _y, o su su masa m. Cuando pasa por el render de flash un frame, la función update actua sobre cada uno de los dos clips que representan a las dos estrellas de neutrones del sistema y actualiza sus coordenadas relativas al centro de masas. Es importante resaltar que el movimiento de los dos cuerpos, aunque aparentemente parecen trazar movimientos elípticos que cumplen las leyes de Kepler, en realizad sus trayectorias no son elipses, porque decaen. Por lo tanto, no uso ecuaciones de elipses sino que todo nace la ecuación de Newton de la aceleración que es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia y directamente proporcional a la masa del otro cuerpo. ¿Cómo se actualizan las coordenadas espaciales de cada astro?. La idea es simple. Desde cada frame a la coordenada _x hay que sumarle o restarle la componente de velocidad speed.x, y lo mismo para la coordenada _y. Vectorialmente hablando, sería obviamente, para cada frame, calculamos la aceleración de cada astro y la sumamos a la velocidad, y después sumamos la velocidad al vector posición. Estas sumas son coherentes dimensionalmente porque a cada frame se está considerando un paso diferencial muy pequeño de cada una de esas variables.

Por lo tanto la razón por la que esas órbitas decaen, no está escrita en la ley universal de gravitación, sino que es un artefacto del hardware que ha de ejecutar fisicamente el programa. Las variables de aceleración, velocidad, solo pueden ejecutarse fisicamente si poseen precisión limitada a su registro fisico. Si son registros que almacenan números de coma flotante, pueden llegar a una capacidad de hasta 64 bits por registro. Por lo tanto, puesto que la Ley Newtoniana implica, como mínimo, el cálculo de raíces cuadradas para hallar las coordenadas de posición, resultará siempre en una pérdida de precisión al ser almacenada en los registros finitos del hardware.

¿A dónde nos lleva todo esto?. Nos lleva al hecho de que la naturaleza no necesita ondas gravitacionales, ni materia oscura, ni energía oscura, ni nada que se le parezca para funcionar. Todo es cuestión de elegir los modelos teóricos que mejor la describen a cualquier escala. La naturaleza simplemente computa sus estados a partir de sus estados anteriores, pero eso sólo lo puede hacer si su precisión a cada paso (quizás a cada tiempo de Planck) no es infinita. Nuestro universo se parece mucho a una simulación informática, y eso significa que su fractalidad no es infinita a cualquier escala, sino que a partir de cierto nivel, dejan de tener sentido ciertas magnitudes físicas y emergen otras que aun desconocemos.

Saludos Keplerianos a todos 😛

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Un intento de investigar la profundidad computacional de nuestro universo

Posted by Albert Zotkin en septiembre 16, 2015

fractal-univser

Hace ya algún tiempo hice una pequeña animación en flash, en la que mostraba cómo una pequeña simulación de interacción gravitatoria entre dos cuerpos es suficiente para convencernos de que existe pérdida de información, y eso se traduce en decaimiento orbital (acortamiento del periodo orbital, estrechamiento de la órbita): Aquí os dejo una pequeña captura del programa SWF en acción, que he subido a youtube:

Esa animación está gobernada por un sencillo programa informático (escrito en actionscript). En dicho programa uso la clásica ecuación de Newton de la gravitación universal para el cálculo de la aceleración. Las coordenadas espaciales de los dos cuerpos, calculadas fotograma a fotograma, deberían de dar trayectorias elípticas estables según las leyes de Kepler, pero se observa cómo poco a poco los cuerpos aproximan sus periastros hasta llegar a colisionar. Lo curioso de todo eso es que esa aproximación progresiva, que se puede traducir como pérdida de energía gravitacional, no está programada en el actionscript, sino que emerge por la imprecisión de los registros informáticos que almacenan los datos de la computación. Es decir, aunque las ecuaciones matemáticas que expresan la ley de gravitación son exactas y dan órbitas estables, su ejecución en un ordenador con registros finitos deja de ser exacta para pasar a mostrar degeneración orbital a lo largo del periodo de evolución del sistema gravitacional binario que simula.

Para los incrédulos, mostraré sucintamente las rutinas que escribí en el actionscript de la animación. En primer lugar presento la función que actualiza las coordenadas espaciales de cada uno de los dos cuerpos del sistema binario (podría ser un pulsar binario, como el PSR B1913+16, por ejemplo). Esta rutina es llamada siempre antes de que el programa dibuje cada fotograma:

function update2(m)
{

var cm_x;
var cm_y;
if(_root.r_frame==null){
cm_x=Stage.width/2;
cm_y=Stage.height/2;
}else{
cm_x=_root.r_frame._x;
cm_y=_root.r_frame._y;
}

var r = Math.sqrt(Math.pow((m._x-m.target_body._x),2)+Math.pow((m._y-m.target_body._y),2));
var accel = 30*m.mass*m.target_body.mass/Math.pow(r,2);
var cosx=(m._x-m.target_body._x)/r;
var cosy=(m._y-m.target_body._y)/r;
var accel_x = accel*cosx;
var accel_y = accel*cosy;
var s=1;
m.speed.x-=accel_x;
m.speed.y-=accel_y;
m._x+=m.speed.x-cm_x+Stage.width/2;
m._y+=m.speed.y-cm_y+Stage.height/2;

s=(m._y-m.target_body._y)<0?-1:1;
m._rotation=s*Math.acos(cosx)*180/Math.PI-90;

}

y seguidamente, presento las rutinas de lo que tiene que hacer cada cuerpo en cada frame, así como sus condiciones iniciales:

onClipEvent (load) {
speed = new Object;
speed.x=0;
speed.y=0.1;
mass=3.0;
density =1;
_width=20*Math.pow((3/(4*Math.PI))*mass/density,1/3);
_height=_width;
/*
_width=mass*4;
_height=mass*4;
*/
target_body=_root.a2;
//_visible=false;
body_type=1;//2 star, 1 planet
gotoAndStop(body_type);
this.rx=this._x;
this.ry=this._y;

}

onClipEvent (enterFrame) {
if(this, hittest(this.target_body))
_root.pause=true;

if(_root.pause or !_visible)return;
_root.update2(this);
}

Señoras y señores, en otras palabras. Lo que hasta ahora se viene llamando ondas gravitacionales es simplemente una falacia más. Dichas ondas no existen en nuestro universo. El decaimiento de las órbitas de los sistemas binarios, y por extensión, de cualquier sistema gravitatorio, es simple y llanamente debido a una pérdida de información cuántica en la computación que la naturaleza hace. Aunque nuestro universo podría ser infinito y eterno, el aumento de entropía en él sería un signo inequívoco de esa pérdida de información cuántica. Nuestro universo es un holograma, un autómata celular, no es la última realidad profunda. Pero, alguien podría preguntarse : “¿cómo es posible que si el universo es infinito y eterno pueda ser al mismo tiempo un holograma, un autómata celular?. Esos automatas celulares requerirían unos registros cuánticos infinitos”. Esa pregunta es muy razonable, pero un universo infinito y eterno no está en contradicción con que sea una simulación ejecutada desde registros cuánticos finitos. Sólo se requiere que la simulación del universo sea un holograma fractal. Veamos, este video de Musicians With Guns en el que nos presenta un fractal infinito, pero obviamente ejecutado desde un ordenador (cuyos registros, sabemos sin duda, que son de capacidad finita):

Un fractal, como el que nos ha presentado Musicians With Guns, no es más que una sencillita ecuación matemática acompañada de una lista de condiciones de inclusividad, y todo ello define lo que es el conjunto fractal (es decir, un conjunto de elementos que cumplen ciertas condiciones). Cuando dibujamos el fractal, los pixeles pertenecientes al fondo (elementos que no pertenecen al conjunto fractal) se pintan con un color y los pixeles que representan a elementos del conjunto se pintan de otro color que contraste con el primero, de modo que podamos destacar con facilidad el fractal del fondo.

Saludos

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Algunas pistas para saber si nuestro universo es una simulación informática

Posted by Albert Zotkin en septiembre 13, 2015

Simulation-Theory

Nuestro universo podría ser una especie de Matrix, es decir, una gigantesca simulación por ordenador. El ordenador donde se estaría ejecutando la simulación de nuestro universo podría ser un ordenador cuántico con una memoria de al menos unos 1080 qubits activos.

¿Podemos investigar si nuestro universo es una simulación creada en un simple ordenador cuántico?. Hay varios caminos para saber si eso es así o no. Una forma, que se me ocurre, sería prestar atención a pulsares binarios. Un pulsar binario es un sistema estelar en el que a menudo un pulsar y una estrella enana blanca orbitan el uno alrededor del otro. Se ha observado que los pulsares binarios pierden energía gravitacional con el tiempo, y eso se ha identificado como una prueba de la existencia de ondas gravitacionales, tal y como predice la Teoría General de la Relatividad. Dicha pérdida de energía gravitacional se evidencia en que la pareja orbital se acerca lentamente, con lo cual el periodo de rotación es cada vez menor. Por ejemplo, para el pulsar binario PSR B1913+16 se ha observado que el periodo orbital decae según esta gráfica de una parábola:

orbital-decay

Veamos ahora si es posible explicar ese decaimiento orbital mediante la hipótesis de que la naturaleza realiza cálculos orbitales cuánticos. Para ello debemos saber cómo trabaja un ordenador cuando hace una computación clásica. Existen una serie de registros en los que el ordenador almacena los datos de entrada, y después cuando aplica unos algoritmos a esos datos obtiene unos datos de salida que también almacena en unos registros. Pero, los registros no poseen precisión infinita, sino que poseen un limite finito. Por ejemplo, el número π sólo podría ser almacenado numéricamente hasta cierta cifra. Y ya empezamos vislumbrar en qué consiste ese decaimiento orbital. Fijémonos en la ecuación clásica del periodo orbital de dos cuerpos de masas M1 y M2 que orbitan, según las leyes de Kepler, a lo largo de una elipse:

\displaystyle T = 2\pi\sqrt{\frac{a^3}{G(M_1+M_2)}} (1)

donde a es es semieje mayor de la trayectoria elíptica.

¿Por qué, a cada revolución, el periodo T se va acortando?. Por la sencilla razón de que los registros que usa la naturaleza no pueden almacenar toda la información con una precisión infinita. Una parte muy importante de esa imprecisión sucesiva la tiene el número π. Supongamos que por cada revolución completada, la naturaleza debe ajustar el valor del semieje mayor según el ultimo valor obtenido para el periodo orbital. Es decir, la naturaleza debe reajustar la órbita de forma recursiva a cada paso así:

\displaystyle a = \sqrt[3]{\cfrac{G(M_1+M_2)T^2}{4\pi^2}} (2)

gas

El problema es que no hay “registros naturales” que puedan almacenar el valor exacto del número π ni de cualquier otro número irracional, con lo cual la órbita elíptica se reajusta siempre a la baja (decaimiento orbital) en cada revolución.

Para el caso que tratamos, la ecuación recursiva sería la siguiente:

\displaystyle a_n = \sqrt[3]{a_{n-1}^3} (3)
Otra forma de interpretar esa pérdida de información cuántica, que produce decaimiento orbital, es considerar que en nuestro universo se produce siempre un aumento de la entropía. Por otro lado, la mecánica cuántica no admite como correcta ninguna solución que se base en la perdida de información cuántica.

La conclusión terrorífica es que nuestro universo podría ser una gigantesca simulación informática, un gigantesco autómata celular. Todo universo en el que exista aumento global de la entropía tiene bastantes papeletas para ser un universo simulado, un universo virtual.

Saludos

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