Mathematica simula el sonido del Big Bang

El físico, profesor y columnista de ciencia John Cramer le cuenta a Wolfram Research que, recientemente, utilizó Mathematica para producir una simulación de 100 segundos del sonido del Big Bang durante los primeros 760 000 años de la evolución del universo. Cramer, profesor de la Universidad de Washington, nos informa: "El resultado suena más bien como un avión de reacción volando sobre tu casa a una altitud de 100 pies en la mitad de la noche".

Marcus Chown, un escritor de ciencia inglés, con quien Cramer se comunica con frecuencia, escribió un artículo sobre la simulación de Cramer para la edición del 1ª de noviembre de New Scientist. Este artículo "produjo una explosión asombrosa en la atención de los medios", dice Cramer. "Me entrevistaron repetidamente, contando tres entrevistas separadas de BBC para BBC Radio 4, BBC Radio 5, y BBC Foreign Service. Un amigo en Polonia dice que oyó sobre mi trabajo en un noticiero nacional de Polonia. Entre otros lugares, estuve en los titulares de un diario turco llamado SABAH, me presentaron en el servicio de noticias árabe Al Jazeera, y estuve en el periódico de Shanghai Daily. Nuestro servidor de web local se cayó repetidamente por la gran cantidad de gente tratando de descargar el archivo del sonido".

Cramer explica: "La historia de cómo llegué a producir el sonido del Big Bang es así. Mi área principal de investigación es física de iones pesados ultra-relativistas. No trabajo mucho en cosmología y astrofísica, a pesar de que he publicado uno o dos artículos académicos en esas áreas. No obstante, también escribo una columna de ciencia bimestral para la revista Analog que frecuentemente se ocupa de cosmología. Una de estas columnas, titulada 'BOOMERanG and the Sound of the Big Bang', fue publicada en la edición de enero de 2001 de Analog y también se halla disponible en la web. Describe el entonces reciente vuelo en globo sobre la Antártida que logró ubicar la estructura a nivel de ángulo pequeño de radiación cósmica de fondo. Siguiendo el camino trazado por los científicos participantes en el proyecto, describí las variaciones de temperatura que observaron como, en efecto, una grabación del 'sonido del Big Bang' cuando el universo tenía 376 000 años.

"Aproximadamente un mes atrás, recibí un correo electrónico de una lectora. Dijo que su hijo de 11 años estaba trabajando en un proyecto de la escuela sobre el Big Bang y que lo habian visto mencionado en mi columna en la web. Ella quería saber si el sonido del Big Bang había sido grabado de verdad en algún lado, de manera que él pudiera reproducirlo para su clase. Mi respuesta fue 'no', pero su interesante consulta me hizo a considerar el problema. Con los datos disponibles de BOOMERanG y, más recientemente, de WMAP, no sería muy difícil simular el sonido utilizando Mathematica, el cual incluye la capacidad de producir las funciones matemáticas como sonidos que pueden ser capturados con archivos .wav.

"La idea de sintetizar el sonido del Big Bang anduvo por mi cabeza por varios días. Decidí que realmente necesitaba oír cómo sonaba el Big Bang. De manera que, un sábado a la mañana, cuando debería haber estado haciendo otra cosa, me senté y escribí un programa en Mathematica de 16 líneas que produce el sonido, y lo guardé como un archivo .wav. Descargué el espectro de frecuencia medido por el sitio satelital WMAP de NASA y lo usé como dato de entrada para el programa.

"El cuaderno combina las frecuencias medidas de WMAP, llevadas a escala en forma apropiada para el oído humano, suponiendo que todas las ondas sinusoidales comienzan a un máximo de t = 0 (el comienzo del Big Bang). Les varía la frecuencia hacia abajo como el tiempo ^2/3 a medida que el universo se expande y se convierte más en un 'bajo.' La simulación dura 100 segundos, representando los primeros 760 000 años de evolución del universo, y varía la intensidad del sonido para igualar la microonda cósmica -la cual, de acuerdo a WMAP, alcanzó su pico a los 376 000 años y luego bajó a un 36 por ciento de intensidad en 110 000 años en cada lado del pico. Las frecuencias de sonido usadas en la simulación deben ser impulsadas en dirección ascendente por un factor inmenso (alreadedor de 10²⁶) para igualar la respuesta del oído humano porque las frecuencias reales del Big Bang eran demasiado bajas como para ser oídas por los humanos (si hubieran existido en ese entonces).

"Después de producir el archivo .wav, envié una copia por correo electrónico a mi lectora. Ella me informó que el proyecto de ciencia de su hijo fue un gran éxito".

El cuaderno de Mathematica, el archivo .wav y los datos de entrada de Cramer para la simulación pueden encontrarse en "El Sonido del Big Bang" en el Centro de Información Wolfram. Para más información sobre Cramer y su trabajo, visite su página.

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