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23/06/2012

El centro del universo

El centro del universo está en el campus de la Universidad de Nuevo Mexico, en Albuquerque, Estados Unidos. Esta placa de bronce en el piso, con una finísima X marcada en medio, marca el centro exacto. Hay que rendirse ante la evidencia, cortesía de Mr. Bruce Nauman, escultor, y sus patrocinadores, la UNM y la NEA (algo como nuestro Fondo Nacional de la Artes).

Rodeando este punto, verdadero (0,0,0) universal, hay una sobria representación de los tres ejes coordenados X, Y y Z en forma de túneles. La parte negativa del eje Z se interna en el subsuelo, de manera que al pararse en el origen de coordenadas uno puede experimentar la "centralidad". O podía: como se ve en la foto de la placa circular, detrás de la reja (sobre la que uno camina), hay una malla de metal para evitar que paseantes inescrupulosos arrojen basura hacia z → -∞. La verdad, podrían reemplazar la reja por un piso transparente, con lo cual la ilusión sería aun mayor y se evitaría la basura. Mirando hacia arriba uno puede ver la inalterable perfección del cielo de New Mexico.

En 360cities hay una representación interactiva que muestra la vista desde el centro de la escultura. La embebo aquí, pero por las dudas que no funcione, aquí está también el link.
UNM: Center Of The Universe in New Mexico

¿Tiene algún sentido científico todo esto, o es apenas un capricho, una libertad artística del escultor? Durante milenios los hombres que se dedicaron a reflexionar sobre la naturaleza del universo creyeron que, efectivamente, la Tierra estaba en el centro. Tal vez no la Universidad de Nuevo Mexico, por supuesto —aunque habría que revisar la cosmovisión de los indios de los Pueblos— pero sí la Tierra, algún lugar de la Tierra. En la Edad Media, por ejemplo, era común la representación de Jerusalén en el centro del Universo. Con la notable excepción de Aristarco, este estado de cosas se mantuvo hasta el Renacimiento. El genial Nicolás de Cusa, contra toda doctrina, empezó a insistir con que la Tierra no era el centro del universo, ni las estrellas eran su circunferencia. La obra del Cusano fue extraordinariamente influyente en Copérnico, Bruno, Kepler, Galileo, y todo el pensamiento Occidental en general. El hecho de que la Tierra no es el centro del universo finalmente se impuso como fundamental en nuestra cosmovisión, y hoy en día parece ridículo plantear lo contrario. El artista evidentemente juega con este efecto de sorpresa que produce el concepto geocéntrico. Nuevoméjicocéntrico.

La idea de Nicolás de Cusa, sin embargo, es más profunda. ¿Es posible que el centro del universo no esté en la Tierra, pero tampoco en ningún otro lugar? Borges cuenta, en La esfera de Pascal, que aun antes que Nicolás de Cusa otro teólogo, Alanus de Insulis, había acuñado que "Dios es una esfera inteligible, cuyo centro está en todas partes y su circunferencia en ninguna". Esta idea resurgió una y otra vez hasta que Blas Pascal la plasmó en su encarnación más famosa: "La naturaleza es una esfera infinita, cuyo centro está en todas partes y la circunferencia en ninguna".

La cosmología moderna, que no deja de dar una sorpresa tras otra, se encargó de sancionar este principio filosófico con rigor científico durante el siglo XX. Toda la evidencia observacional y su sustento teórico enseñan hoy que el universo, inmensamente grande, dotado de una compleja estructura y con un contenido todavía en parte misterioso, finito en el tiempo y en expansión, luce exactamente igual para cualquier observador, en cualquier parte, en cualquier momento. Este principio, llamado principio cosmológico, tuvo su primer sustento experimental con la extraordinaria uniformidad del fondo cósmico de microondas (descubierto en 1964), que es una reliquia electromagnética de los primeros años del universo. Una multitud de observaciones sobre la distribución de galaxias en las escalas más grandes del universo complementan la de la radiación de fondo.

El centro está en todas partes. Entonces, con justa razón, está en el campus de la Universidad de New Mexico, a pocos metros de la Duck Pond, junto al Ortega Hall.


La imagen de la radiación cósmica de microondas es de la NASA/WMAP, en el dominio público. No se dejen engañar por su aspecto heterogéneo: representa pequeñísimas variaciones alrededor del valor medio (variaciones perfectamente explicadas por la cosmología).

21/04/2012

La Biblioteca de Babel

Veníamos hablando de finitos e infinitos, y además estoy leyendo textos de Alan Turing para una charla que estoy preparando (2012 es el Año de Turing). Turing, así como Gödel y otros matemáticos, analizaron las proposiciones matemáticas codificándolas como secuencias de símbolos. Entre todas las posibles secuencias hay algunas verdaderas, que corresponden a los teoremas de la matemática: "La suma de los ángulos interiores de un triángulo es igual a dos rectos", por ejemplo. Hay otras que son falsas, hay otras simplemente mal formadas, etc. Algún día hablaremos de esto. La cuestión que vislumbré, que me llamó la atención y que quería comentar aquí, es que Russell, Whitehead, Gödel, Turing, etc., hicieron esto antes de que supiéramos que ciertos polímeros equivalentes a secuencias de caracteres contenían las verdades de la vida en el interior de cada célula. Antes de que tuviéramos secuencias de unos y ceros capaces de computar cualquier cosa computable, desde Angry Birds hasta Deep Blue. Y en todos los casos se trata de enormes cantidades de secuencias de caracteres, entre las que es difícil encontrar algún sentido. Ups. ¿No escribió Borges sobre esto? Y de golpe recordé que yo mismo había escrito algo al respecto hace unos años (cuando estudiaba mucha biología) y aprovecho para rescatarlo aquí.

Hay un cuento de Borges sobre una Biblioteca que se parece al universo, que funciona también como una hermosa metáfora del genoma (según señalara Daniel Dennett en Darwin's Dangerous Idea). Es una metáfora particularmente inspiradora, no sólo porque es hermosa sino también porque ayuda a capturar la inmensidad y la riqueza del "espacio genómico" de una manera que no había observado antes.

En La Biblioteca de Babel (Ficciones, 1941), Borges describe "el universo, que otros llaman la Biblioteca". Consiste de un arreglo tridimensional, regular, de habitaciones cuyas paredes están cubiertas de estanterías con libros. Hay poco más en este universo, apenas lo indispensable para las necesidades humanas. Los habitantes se dedican al estudio de los libros, algunos buscando el orden en el caos, ya que los volúmenes no siguen ningún orden aparente. La visualización de este universo es suficiente para quitar el aliento, en particular si uno es aficionado a los libros y a las bibliotecas, si uno creció con la convicción de que hay algo milagroso en el concepto mismo de libro. Pero es con la descripción del contenido de los libros que uno empieza a vislumbrar cuán extraordinaria es esta Biblioteca, cuán difícil es aprehenderla.

Todos los libros de la Biblioteca tienen exactamente el mismo formato: el mismo número de páginas, cada página el mismo número de líneas, cada línea el mismo número de caracteres de un alfabeto de 25 letras más signos ortográficos. La mayoría de los libros contienen texto ilegible, un galimatías de letras que según algunos contiene mensajes cifrados [de nuevo recuerdo a Turing...], o narraciones escritas en lenguas antiguas y olvidadas hace tiempo. El trabajo paciente de los estudiosos ha llevado, hace siglos, a la formulación de la Ley Fundamental de la Biblioteca: que cada libro contiene una de las posibles combinaciones de las 25 letras y signos. La Biblioteca es total: no hay libros idénticos, y contiene todos los libros posibles.

Calculemos el número de libros. Cada uno tiene 410 páginas, 40 líneas por página, 80 caracteres por línea. Esto da poco más de un millón de caracteres por libro. Con 25 símbolos posibles, el número de libros resulta 1.9×101 834 097, que es aproximadamente 2×102 000 000. Un cálculo sencillísimo, cuyo resultado es un número tan grande que me resulta imposible darle algún sentido. Es, ciertamente, un número finito: la Biblioteca, si bien es vasta, no es infinita, como cree mucha gente. Pero, ¿dos por diez a la dosmillonésima potencia? ¿Cuán Vasta es, así, con mayúscula?

Como Borges, como Dennett, es mejor explorar lo que implica el concepto de una Biblioteca Total para tener una idea de semejante Vastedad. Digámoslo de una vez: los libros contienen todas las verdades, más todas las mentiras, más todos los galimatías ininteligibles. El descubrimiento de lo primero, cuenta Borges, fue causa de una felicidad extravagante: había allí un tesoro secreto al alcance de la Humanidad, cada verdad, cada profecía, cada vindicación. El secreto del universo, su justificación así como la de la Humanidad toda. Los orígenes, los propósitos, las palabras de esperanza. Este reconocimiento desencadenó una gran era de viajes de exploración y descubrimiento. El resultado, por supuesto, fue el fracaso. Las Vindicaciones resultaron estar perdidas en un mar de mentiras y sinsentido. Peor aun: ¡eran indistinguibles de las Falsas Vindicaciones!

La Biblioteca contiene cada texto que conocemos. Las obras de Shakespeare, por ejemplo, así como sus traducciones a toda lengua con el mismo conjunto de caracteres, y aún la mejor traducción posible a toda lengua con un alfabeto ligeramente distinto, como el español o el portugués. Buenas y malas traducciones, por supuesto, esparcidas por acá y por allá. En verso y en prosa. Y los comentarios, las críticas, las tesis escritas sobre el tema. Todas las Grandes Obras de la Humanidad, así como todas las novelas baratas que se venden en las estaciones de tren. ¡Contiene todos los libros perdidos de los Clásicos! Si pensamos en cualquier gran biblioteca de nuestro mundo, como una Biblioteca Nacional de cualquier país, empezamos a ver en qué sentido la Biblioteca es más Vasta.

Mucho, mucho más vasta. Contiene todo lo que es posible expresar en todos los lenguajes. Contiene todas las cartas de amor que escribiste, aun las que nunca mandaste y destruiste de inmediato. Inclusive todas las que soñaste escribir pero nunca llegaste a hacerlo. Contiene una detallada historia del universo. Contiene una biografía exacta de mi vida hasta la edad de 10 años. Hasta hoy. Hasta mi momento final. ¡Más, más! Contiene biografías alternativas, falsas, con distintas elecciones de carrera, de cada helado que me tomé, de cada pequeña o gran cosa. Contiene biografías mías que son casi exactas, pero con pequeños errores. Contiene las biografías de los arcángeles y de gentes del futuro lejano.

¡Contiene el Catálogo de la Biblioteca! ¡Ah, quién pudiera encontrarlo! Hay, por supuesto, miles y miles de falsos catálogos.

Todo está en la Biblioteca. Ese Libro Realmente Bueno que me gustaría escribir. La Buena Traducción de Moby Dick que me gustaría leer. Este mismísimo post. Inclusive la nota del sábado que viene, que todavía no escribí. Y las malas versiones de todas las notas del blog, con errores de ortografía o peor sintaxis. ¡La adaptación de tu vida como comedia musical, qué te parece! Buenas y malas versiones, claro está. Y sus adaptaciones para la pantalla grande. En el estilo de Spike Lee y en el estilo de Ingmar Bergman.

Uno empieza a sentir la Vastedad de la Biblioteca. Es algo vertiginoso, ¿no? Pero recién empezamos.

Junto a todas las obras de sensatez y sentimientos, algunas verdaderas, algunas falsas, algunas posibles, está el sinsentido. Imaginen un libro conteniendo sólo la letra a. El narrador del cuento menciona uno que describe como un "laberinto de letras" pero que, en la penúltima página, dice "Oh tiempo tus pirámides". Para cada libro que se te ocurra, digamos Facundo, hay millones de libros que contienen un texto ininteligible, y apenas una oración de ese libro inmersa en el sinsentido. En distintos lugares. Al derecho y al revés. En tus propias palabras. En el estilo de Murakami (en romanji). Y así sucesivamente. En realidad, estos libros son mucho más numerosos que aquellos que se pueden entender. De hecho, una secta de bibliotecarios cree que es supersticioso procurar encontrarle sentido a cualquier libro, que es como tratar de encontrarle sentido a los sueños o a las líneas de la mano, y que los libros no significan nada. El parecido con el lenguaje natural que se encuentra en algunos volúmenes es, dicen, meramente casual.

En algún sentido, también, la Biblioteca se parece a la Web, como señaló Douglas Wolk en Salon.com hace ya unos cuantos años.

En el cuento de Borges, como dije, no hay orden en la Biblioteca. Dennett, de todos modos, nos invita a pensar en una biblioteca donde existe cierto orden. Donde los libros con pequeñas diferencias son cercanos unos a otros. Tomemos Moby Dick, por ejemplo. Alrededor de la "versión definitiva" de Moby Dick hay una galaxia de libros que apenas difieren unos de otros. La mayor parte de ellos son tan maravillosos de leer como Moby Dick. Otros, lamentablemente, empiezan "Llámame, Ismael". La Galaxia de Moby Dick, por sí sola, es tan vasta que podríamos viajar a través de ella en una nave espacial a velocidad warp durante años.

No es difícil imaginar en qué sentido la Biblioteca se asemeja al espacio genómico. Un genoma es equivalente a una secuencia de cuatro letras: A, C, G y T. Así que, en algún sentido, aun cuando los genomas típicos son mucho más largos que libros de 400 páginas, el espacio genómico ¡está ya contenido en la Biblioteca, sólo que cada genoma ocupa varios miles de volúmenes! Tal vez es mejor pensar en una Biblioteca Genómica específica para guardar genomas. Así como la Biblioteca de Babel contiene Muchos Más libros que los que jamás se escribirán, la Biblioteca Genómica contiene Muchos Más genomas que los que jamás existirán en seres vivos. ¿Es posible imaginar algún orden en esta biblioteca, de modo tal que genomas relacionados aparezcan en volúmenes cercanos? ¿Qué aspecto tiene el Árbol de la Vida en esta biblioteca ordenada? Desde la primera criatura basada en ADN hace miles de millones de años, en el curso de la evolución los organismos vivos han personificado un conjunto creciente de estos genomas, que de algún modo se va extendiendo por los corredores de la Biblioteca. ¿Cuán rápido, cuán lejos, cuán desparramado? ¿Dónde están los individuos de una población, y dónde los miembros de distintas especies?

Y así como podemos imaginar una Biblioteca Genómica donde los volúmenes son secuencias genéticas, podemos imaginar una Biblioteca Matemática, donde las secuencias son codificaciones alla Göedel o Turing, de afirmaciones matemáticas. ¿En la Biblioteca Matemática, dónde están las proposiciones verdaderas? ¿Se las puede delimitar de las falsas?  Son preguntas difíciles de responder, pero muy inspiradoras. Las dejaré como ejercicios para la imaginación de los lectores.

07/01/2012

Año platónico

Comienza un año. No es un evento astronómicamente significativo. No es el punto de la órbita más cercano al Sol, ni el más lejano. La Tierra no se mueve particularmente rápido ni lento. No es la intersección del Ecuador con el plano de la órbita. Es un punto arbitrario, el momento en que empezamos a contar los días. Tiene orígenes políticos e históricos, y por lo tanto es algo absolutamente contingente. En otras culturas el año bien puede empezar en otro momento de la órbita terrestre. En nuestra propia cultura comenzó en otro momento, en otras épocas.

Lo que sí es astronómico, por supuesto, es la duración del año. Visto desde la Tierra, es el tiempo que tarda el Sol en volver al mismo lugar en el cielo. Es un rinconcito sobre el "asa" de la "tetera" de Sagitario, en la parte más ancha de la Vía Láctea.

El Sol no es el único cuerpo que se mueve en el cielo, por supuesto. Y así como usamos su posición para organizar el calendario y el reloj, podríamos usar otros cuerpos celestes. Es una idea que ha surgido más de una vez a lo largo del tiempo. Borges cuenta en El tiempo circular, un ensayo que aparece en La historia de la eternidad, que según Platón el "verdadero" año debería ser aquél en el cual todos los siete planetas regresan a la misma posición. Y que según Cicerón —siempre según Borges— ese período sería de doce mil novecientos cincuenta y cuatro "de los que nosotros llamamos años". Según Platón y otros autores, "si los períodos planetarios son cíclicos, también la historia universal lo será; al cabo de cada año platónico renacerán los mismos individuos y cumplirán  el  mismo  destino". Aquiles volverá a ir a Troya. Darwin volverá a reunirse con Rosas. Maradona volverá a golear a los ingleses. Esa mayonesa que se me cortó, volverá a cortarse. Una y otra vez.

¿De dónde habrán sacado ese número? Cicerón era filósofo, jurisconsulto e historiador. No me lo veo haciendo cálculos astronómicos. Pero la recurrencia de las configuraciones planetarias era una de las cosas que sabían hacer los astrónomos de la Antigüedad. A mí, cuando lo vi, me pareció poco. ¿Podemos calcularlo? Me parece que corresponde usar un concepto un poco anticuado, de la astronomía pre-copernicana: el período sinódico. El período sinódico es el tiempo que tarda un planeta en estar en la misma posición con respecto al Sol en el cielo. Hoy en día el único que seguimos usando es el de la Luna, porque es el tiempo entre dos Lunas nuevas: 29 días y medio. El período orbital o sideral de la Luna (el tiempo en que da una vuelta completa a la Tierra) es un poco más corto, 27 días y pico. Es fácil de entender: cuando la Luna da una vuelta completa a la Tierra, la Tierra se movió en su órbita alrededor del Sol. Así que el Sol ya no está donde estaba 27 días antes, y la Luna debe moverse todavía un par de días más para alcanzarlo. La conversión de períodos sinódicos a siderales fue una de las claves del trabajo de Copérnico.

Supongamos que en un pasado muy lejano todos los planetas estaban alineados, como se ve en la figura. Después de 29,5 días la Luna vuelve a estar alineada con el Sol. ¡Pero el Sol y todos los demás también se movieron! Después de 116 días Mercurio vuelve a estar alineado con el Sol, ¡pero los demás están en cualquier lado! Y así sucesivamente. Sin embargo, si esperamos lo suficiente, como decía Platón, todos los planetas volverán a alinearse. Sólo debemos esperar el mínimo común múltiplo de todos los períodos sinódicos para que los planetas vuelvan a alinearse con el Sol. Claro que el Sol, tal vez, esté en otro lado. Así que si queremos que todos regresen a la misma posición en el cielo debemos también incluir la duración del año terrestre para calcular el mínimo común múltiplo.

Los períodos que tenemos que usar son:

Luna: 29,5 días
Mercurio: 115,9 días
Venus: 583,9 días
Sol: 365,25 días
Marte: 780 días
Júpiter: 398,9 días
Saturno: 378,1 días

Empecemos redondeando a días enteros. El mínimo común múltiplo es: 1.082.304.396 años. ¡Mil millones de años!

Bueno, pero a lo mejor no tenemos que redondear a días enteros, en particular para el movimiento del Sol y de la Luna. Los pueblos antiguos sabían perfectamente que la duración de una lunación era de 29 días y medio. Y que el año dura 365 días y cuarto. Hacemos la cuenta de nuevo, conservando los decimales. El mínimo común múltiplo da 3×1017 años. ¡Eso es miles de millones de veces más que la edad del universo!

¿Acaso el mínimo común múltiplo es tan sensible a los números que usemos? Y si los griegos, que conocían bien el movimiento del Sol y de la Luna, no sabían con tanta exactitud, de fracciones de día, los movimientos de los planetas más lentos, como Júpiter y Saturno? Por qué no probamos con cierta tolerancia en los valores de los períodos.

Hice la prueba, y efectivamente la duración del año platónico cambia muchísimo según los valores que supongamos para los períodos. Por más que traté, no conseguí obtener una duración de doce mil años, como dice Borges. En la figura se ve un caso típico. Calculé cincuenta mil veces el mínimo común múltiplo, usando pequeñas variaciones de los períodos sinódicos. Esos 50.000 valores aparecen en el histograma. En el eje horizontal se puede ver que la mayoría de las combinaciones producen años platónicos larguísimos, diez a la 14, a la 15, a la 16 años. El valor más chico que obtuve fue de doscientos mil años. Además, con la restricción de que los períodos de la Luna y del Sol sean los correctos, el valor no baja de 1010 años. Mi conclusión es que esos 12.954 años están "dibujados". En todo caso:

¡Feliz año nuevo!


Gracias a Roberto, que me señaló el pasaje de Borges. Por pura coincidencia, acabo de leer que un gran volcán hizo erupción en el centro de Europa hace 12900 años, cubriendo el continente con una gruesa capa de ceniza. No sé si la Antigüedad Clásica estaba al tanto de esta caldera; en todo caso, seguro que no tenían manera de saber cuándo fue su última erupción, en tiempos prehistóricos.