Arxiu de la categoria ‘Ciència i societat’

L’accessibilitat nocturna

dijous, 23/03/2017

Un comentari recent sobre per a qui és la tecnologia i sobre l’enllumenat nocturn als carrers dels nostres pobles i ciutats, que podeu veure aquí al costat, és realment encertat. He de reconèixer que vaig fer una interpretació parcial del mapa fotogràfic nocturn del nostre planeta. És cert que Àfrica és a les fosques, però també és evident que l’enllumenat públic als països del primer món és desmesurat. M’agrada la reflexió sobre si de veritat cal que, en sortir al carrer a la nit, poguem llegir el diari mentre caminem. Per què hem de gastar tanta energia?

Si ens pregunten el per què de l’enllumenat públic a la nit, segurament la nostra resposta inclourà diverses consideracions sobre la qualitat de vida, l’accessibilitat i la seguretat. Al segle XX ningú va qüestionar aquest enllumenat elèctric i la progressiva substitució dels fanals de gas: era un signe de progrès i de millora de la qualitat de vida. En no massa dècades vam passar de les torxes al gas i després a la llum elèctrica incandescent, neta i eficient. Podíem anar a casa de nit sentint-nos segurs, i podíem, si calia, anar tranquils a la farmàcia, al teatre o a una cita per conversar amb amics. L’enllumenat ens ho va fer tot més accessible.

Fa pocs mesos vaig assistir a una conferència d’en Kim Brostrøm sobre el Laboratori DOLL de Dinamarca. Es tracta d’un experiment realment interessant, a 15 minuts de Copenhaguen. DOLL és un veritable laboratori vivent, un barri de més d’un quilòmetre quadrat amb 12 quilòmetres de carrers i carrils bici, on hi viu gent normal. La diferència és que el barri accepta que s’hi facin experiments per comprovar la viabilitat de sistemes de gestió urbana basats en les noves tecnologies tot avaluant-los en base a les necessitats reals de la gent. Podeu llegir-ne més detalls a la seva pàgina web. Pel que fa a l’enllumenat nocturn, els responsables del laboratori DOLL creuen que és realment urgent trobar noves solucions i ho justifiquen perquè les llums del carrer consumeixen 350 Giga Watts hora cada any, només a Dinamarca. La solució que estan experimentant es basa en fanals amb llums LED que, a partir d’una certa hora (mitjanit, per exemple), baixen dràsticament la intensitat lumínica fins a un 10% o 20% de l’actual. El truc és que el sistema inclou una xarxa de sensors i un bon sistema de detecció que sap diferenciar persones i vehicles, a la vegada que no fa cas de petits objectes i animals en moviment (gats i gossos, per exemple). Quan algú entra en una determinada àrea específica, la il·luminació s’incrementa fins un nivell semblant al de la intensitat que ara tenim, però només a la zona on s’està passant. Hi ha llum on cal, i no n’hi ha on no és necessària. Tot i que pot semblar que la foscor redueix la seguretat, el que passa és justament el contrari perquè l’enllumenat s’activa automàticament sempre que algú entra de nit a la zona. Podem sortir de casa a la nit, podem anar on ens calgui sense ensopegar i fins i tot llegint el diari, i ho podem fer amb seguretat i sense desaprofitar energia. És la nova accessibilitat nocturna.

Ara fa uns quants segles, abans de la revolució industrial, viure millor era tenir més. Més terres, més or i metalls preciosos, més cases i animals. Després, i sobretot al segle XX, el progrès i la qualitat de vida van quedar associats a l’accés a l’energia. Una energia que feia possible la climatització, el transport, l’aprofitament de les hores nocturnes. El repte actual, en canvi, és el de l’accés sostenible als serveis. Perquè, un cop satisfetes les necessitats bàsiques, podem bàsicament associar qualitat de vida a facilitat d’ús dels serveis. I ara, les noves tecnologies, amb el gran ventall que inclou dels sensors a les telecomunicacions passant pels models, els algorismes i els sistemes de control, ens poden permetre el que abans era impossible: accedir a més serveis, accedir-hi millor, amb menys despesa energètica i arribant al màxim d’habitants del planeta. Tant de bo que acabem associant viure millor amb accedir, amb baix consum energètic, al que ens cal i al que ens fa feliços. A la farmàcia i a la conversa amb amics. De dia i de nit.

(La imatge de dalt, del barri del laboratori DOLL, és d’aquesta pàgina web).

Per cert, en Xavier Antich diu que donar temps a algú altre és potser la forma suprema de generositat. I diu que el temps sobretot es dona durant l’espai compartit de la conversa, perquè és el temps de l’escolta, de l’atenció, de l’entrega.

Tecnologia: per a qui?

divendres, 17/03/2017

M’agrada la definició que Enrique Lynch fa de tecnologia. Diu que és l’art de saber aprofitar les lleis de la natura per a viure millor i satisfer les nostres necessitats. La tecnologia és hereva directa de la ciència, que és la que ens permet entendre aquestes lleis de la natura que després podrem aprofitar. Tenim llum a casa a la nit perquè hem entès el comportament dels electrons, i podem fer fotos amb el mòbil perquè hem descobert les lleis que regeixen la interacció entre fotons i electrons. La historia de la tecnologia és la nostra historia, la que ens va fer humans. La navegació a vela és tecnologia, i ho són els pergamins, les pintures prehistòriques, els llibres, l’art de cuinar, la bicicleta i quasi tot el que fem.

Però és molt fàcil trobar-se amb mals usos. Crec que fins i tot podem parlar de perversió de la tecnologia quan aquesta no s’aprofita per millorar la qualitat de vida i satisfer les necessitats dels humans en general. Deixeu-me que expliqui breument dos exemples d’aquest tipus de perversions, un de proper i un altre de llunyà (però no tant).

Recordo que fa temps es deia molt allò de “el client sempre té la raó”, perquè és (o era) clar que l’objectiu dels serveis ha de ser facilitar la vida dels qui els reben. Però, sorprenentment, això ha canviat. Podria parlar dels bancs, de les empreses operadores de comunicacions o de les elèctriques, però poso un exemple que he llegit fa pocs dies. La nova xarxa d’autobusos de Barcelona, amb les línies H i V, és força criticada. Molta gent diu, per exemple, que on abans anava amb un sol autobús, ara es veu forçada a anar amb dos, fent un canvi i perdent temps. El tema del transport públic m’és molt familiar, perquè un bon amic meu va fer la seva tesi doctoral (estic parlant dels anys 70) sobre l’optimització del recorregut dels autobusos. El problema, tecnològicament parlant, és clar. Es fa una enquesta, i es pregunta (a una mostra representativa de la gent de la ciutat que estem analitzant) a quins indrets van cada dia i a quins van més o menys sovint. Això permet tenir un mapa (que de fet és un mapa 4D, amb origen i final) dels interessos dels ciutadans. Després, tenint en compte el nombre total d’autobusos disponibles, s’optimitzen els recorreguts de manera que s’acabi donant el millor servei possible a la gent: es comença amb una estimació inicial de recorreguts, i aquests es van refinant en fases successives. Tot es basa en la quantificació del grau de satisfacció total que genera el conjunt de línies d’autobús, cosa que és fàcil de fer mirant per on passen i veient si recullen el que diu el mapa d’interessos. Ara, només cal anar modificant progressivament les línies d’autobús de manera que s’incrementi aquest grau de satisfacció total, i al final acabarem amb un disseny de transport urbà que ajuda la gent a viure millor. Doncs bé, quan ara fa un any vaig preguntar al Xavier, el meu amic, què opinava de la nova xarxa d’autobusos de Barcelona, la resposta va ser ben clara: segur que la nova xarxa empitjora el servei a la gent, perquè no s’ha dissenyat amb criteris de satisfer les necessitats dels usuaris, sino amb criteris de disminució de costos. De fet, aquests nous dissenys del transport públic són només un exemple, semblant al de les operadores de comunicacions o les elèctriques, del que podríem anomenar una inversió dels serveis. Es deixa d’oferir serveis que facilitaven la vida dels usuaris, i es passa a incrementar els beneficis (o reduir costos) dels qui els ofereixen. L’objectiu ja no són els clients sino els directius i accionistes. És el que moltes vegades veiem en els bancs i en empreses mal anomenades “tecnològiques”, que enlloc de crear tecnologia, tenen com objectiu vendre més i fidelitzar clients. Davant la pèrdua de l’ètica dels serveis i el delicte de no atenció als clients, molts experts diuen que la solució passa per la regulació i les sancions.

En tot cas, el problema de la inversió dels serveis no és res si el comparem amb el que passa a Àfrica. Només cal veure aquest mapa, esfereïdor, de la Terra a la nit, i adonar-se que Àfrica és a les fosques. La imatge de dalt, que podeu trobar a aquesta web, mostra que només un 2% dels habitatges a zones rurals de Níger (i un 3% a les de Mali) tenen accés a l’electricitat. El percentatge d’electrificació a les zones urbanes d’aquests dos països és del 47% i del 42% respectivament. En Hans Rosling també ens recorda que al món, dues de cada 7 persones no tenen accés a l’electricitat, i que 5 de cada 7 disposen d’una potència elèctrica tan baixa que no els permet disposar de cap electrodomèstic. La despesa energètica mitjana per persona a Espanya és de un quilowatt, durant 16 hores al dia. Per a un Ghanès, és de 46 watts.

És clar que alguna cosa estem fent molt malament si, al continent que més creixement demogràfic té en aquests moments, no som capaços d’usar els avenços tecnològics que podrien garantir l’accés a l’energia i evitar els episodis de fam. Serem capaços de garantir les condicions necessàries, per exemple, per a que tota persona tingui accés a una sanitat i medicació dignes i per a que tothom surti de la pobresa energètica? Hi ha solucions enginyoses per a zones rurals aïllades, com els sistemes fotovoltaics i eòlics distribuïts (només cal cercar “off-grid photovoltaic” o “off-grid eolic” a internet). Si no s’utilitzen és perquè la tecnologia, als països del Sud, no s’utilitza per millorar la vida de la gent: acaba millorant la vida només d’uns pocs, dels qui s’enriqueixen amb l’espoli dels recursos que no són seus. Un cop més, davant la pèrdua de l’ètica i dels continuats delictes, la solució passa per la regulació, la persecució de les injustícies i les sancions, amb l’objectiu que les solucions tecnològiques existents arribin a la gent que les necessita.

El més trist d’aquests inicis del segle XXI és que, tot i tenir els mitjans que ens poden permetre viure millor, com a humanitat no som capaços de definir uns mínims objectius que ens garanteixin la nostra pervivència, amb pau i dignitat, uns quants segles més. No anem bé. Cal prendre decisions i actuar a nivell local, però en aquest marc de globalització que ens ha regalat internet, és imprescindible establir mecanismes efectius de regulació a nivell planetari que impedeixin l’enriquiment d’uns pocs mentre la resta es va empobrint. La tecnologia no pot acabar beneficiant només a uns pocs. Ha de ser per a tothom, satisfent necessitats i ajudant tots els habitants de la Terra a viure millor. Perquè la situació és cada cop més preocupant, i l’alternativa pot acabar essent el suïcidi com a espècie. Potser que ens ho fem mirar.

Per cert, en Salvador Sabrià diu que poques persones hi deu haver que no coneguin algú del seu entorn, preferentment una persona gran, a qui li hagin intentat colar un contracte d’una companyia elèctrica o de gas. I diu que segur que sense rascar gaire és fàcil localitzar entre els pròxims alguna persona que ha tingut problemes amb els subministradors d’aquests serveis.

Energia, benestar i la calor del fred

divendres, 10/03/2017

Què és el millor que podem fer per no passar fred a casa a l’hivern?. Bé, de fet és una pregunta sense resposta clara, perquè el concepte de “millor” és evidentment ambigu. Què és el que realment volem? Podem pensar en termes de pagar poc, de gastar poca energia, de baixa contaminació, de sostenibilitat energètica…, i podem pensar en base a molts altres factors.

Però sí que podem fer unes quantes consideracions, basades en principis ben senzills de la física i la termodinàmica. És clar que tota la calor de la calefacció, estufa o llar de foc acaba marxant a l’exterior. Per tant, la temperatura de dins a casa a l’hivern depèn del que hi posem (energia que destinem a la calefacció) i de la facilitat que tingui en sortir de casa (aïllament). A més energia, més temperatura; a més aïllament, també. I, com que no només volem arribar a una determinada temperatura sinó que la volem mantenir tot el dia, el que ens cal és destinar-hi potència energètica mantinguda. Hem de gastar quilowatts, i els hem de gastar durant hores. Per això ens facturen els quilowatts hora.

Primera consideració: si volem poca despesa energètica, el que ens cal és un bon aïllament. Una casa molt ben aïllada, si no hi viu ningú, manté una temperatura gairebé constant i força agradable, estiu i hivern. És el que passa sota terra. Si l’aïllament de casa fos molt i molt bo i l’escalféssim a 20 graus abans d’anar-hi, quan entréssim a casa podríem apagar la calefacció i les estances no es refredarien: n’hi hauria prou amb la calor metabòlica del nostre cos, perquè seria una calor que la casa mantindria sense pèrdues. Fins i tot podria ser que acabéssim tenint massa calor i havent d’obrir alguna finestra.

Segona consideració: les bombes de calor són més eficients que les estufes. És poc intuïtiu, perquè estem acostumats a dir que a deu sota zero fa fred i que a 35 graus fa calor; però la física ens explica que deu sota zero són 263 graus Kelvin, i això, traduït, vol dir que l’aire de l’hivern, fins i tot quan és gèlid, conté bastanta calor. Les bombes de calor només són ascensors d’energia calòrica que pugen la temperatura del seu fluid refrigerant des dels 263 graus Kelvin a uns 303 o 310 graus Kelvin i aprofiten part de l’energia que ens aporta l’aire fred del carrer (vegeu la nota al final).

Tercera consideració: les bombes de calor són més eficients, però no sempre són els sistemes de menor cost. És el que dèiem, cal saber què volem dir quan parlem de “millor”. Per aportar una unitat d’energia de calefacció a casa, una bomba de calor pot acabar gastant aproximadament 0,3 unitats energètiques d’electricitat (vegeu un cop més la nota al final), que a la seva vegada consumeixen 0,9 unitats energètiques de petroli o carbó a les centrals elèctriques. Per tenir la mateixa unitat d’energia de calefacció, els sistemes de calefacció a gas acaben consumint de l’ordre de 1,4 unitats energètiques de combustible (en aquest cas, gas). El cost d’una i altra opció dependrà del país on visquem, dels sistemes de producció elèctrica, dels sistemes tarifaris i de la facilitat d’accés a un o altre combustible. Fins i tot, a la muntanya, el menys car serà sempre la llar de foc (o estufa) amb llenya, que a certs indrets és ben barata i que permet l’autoconsum. Hem de reconèixer que el cost energètic no té massa relació amb el cost econòmic que finalment hem de pagar cada hivern.

Quarta i darrera consideració: les bombes de calor poden ser sostenibles i poc contaminats. Perquè, quan al cost econòmic afegim els costos de producció i manteniment i els costos ambientals, les coses tornen a canviar. Si tenim en compte l’índex EROI, que mesura el quocient entre l’energia obtinguda i l’energia necessària per a construir les centrals (o sistemes eòlics o solars) i per al seu manteniment, veiem que el gas natural als Estats Units té un EROI de 67 (dades de 2005) mentre que al Canadà és de 20. Les energies solar i eòlica tenen valors d’EROI entre 14 i 18, comparables als del gas al Canadà però no pas als del gas d’Estats Units. Per tant, i en base a l’EROI, la decisió d’una persona als Estats Units sembla evident que hauria de prioritzar el gas natural. Ara bé, l’índex EROI és incomplet, ja que no inclou la contribució a la contaminació ni a l’escalfament global i a més és complex d’avaluar i no genera consens. El tema és polèmic i amb forts interessos econòmics que dificulten una anàlisi rigorosa i imparcial. Però hi ha gent tan poc sospitosa com en Jeremy Rifkin, que proposen solucions radicals i trencadores. Es tracta de pagar per la infraestructura però no per l’energia. Si necessitem energia, ens comprem un sistema solar o eòlic i després ja la tindrem a cost zero perquè ens vindrà del vent i del Sol (amortització a banda). És la ben coneguda auto-generació. És el que fem ara amb internet: ens comprem un mòbil i després cerquem informació a cost zero i compartim continguts sense pagar quasi res. Rifkin diu que la Xina ja aposta per aquesta solució i que està invertint molts diners en la digitalització de la producció elèctrica per a que milions de ciutadans xinesos puguin produir la seva pròpia energia solar i fins i tot puguin tornar els excedents a la xarxa elèctrica pública. No se’n parla, però està passant.

En resum: les solucions de benestar energètic amb perspectives de ser econòmiques, sostenibles i poc contaminants és probable que es basin en bombes de calor mogudes amb energia elèctrica auto-generada amb fonts renovables. No crec que triguem molts anys a veure-ho.

———

Per cert, en Bru Rovira explica que Juan Luis Cebrián va fer negocis a Sudan del Sud amb l’empresari espanyol d’origen iranià Massoud Zandi, que va aconseguir una llicència per explotar-hi petroli. Felipe González els va ajudar per a que poguessin aprofitar-se del cru, en una zona devastada per la guerra i l’espoli.

———

NOTA: L’eficiència de les bombes de calor es basa en aprofitar la calor que conté l’aire fred de fora de casa, a l’hivern. He explica molt bé la imatge que veieu a baix (que és d’aquesta web), i també aquest vídeo. Amb les dades del diagrama de baix, podem veure que una calefacció de gas, per donar-nos una unitat d’energia, consumeix 1,4 unitats d’energia del combustible. Una calefacció elèctrica de baixa temperatura (i baixa radiació) hauria de consumir una unitat d’energia elèctrica. Val a dir que el consum de gas és més elevat perquè, com mostra el diagrama, una part de l’energia de combustió (en aquest cas, 0,4), se’n va per la xemeneia. En canvi, una solució basada en el bombeig de calor ens acaba aportant la mateixa unitat d’energia amb un consum d’energia elèctrica de 0,3. Les 0,7 unitats restants, les agafa de l’aire fred del carrer.

L’interessant de tot plegat és el mecanisme que fa que que aquestes bombes de calor funcionin com veritables ascensors de calor. Suposem que la temperatura exterior és de 5 sota zero, i que dins de casa volem mantenir una temperatura de 20 graus. Com que no podem fugir del segon principi de la termodinàmica que diu que la calor sempre va del més calent al més fred, les bombes de calor necessiten dos salts tèrmics, que podem suposar (cosa força raonable) que són de l’ordre d’entre 5 i 10 graus. Una solució, per exemple, és dissenyar la bomba de calor de manera que mantingui una temperatura de 10 sota zero (-5-5) a l’exterior, mentre genera escalfor d’uns 30 graus dins de casa. El salt tèrmic de l’exterior fa que l’aire, que és a 5 sota zero, es refredi una mica més mentre escalfa el refrigerant (que com hem dit és a 10 sota zero i encara és més fred). I el salt tèrmic de dins a casa fa que aquest mateix liquid refrigerant, que la bomba ha escalfat fins els 30 graus, vagi passant calor amb un ventilador a l’aire de casa que es manté als voltants dels 20 graus. El sistema funciona perquè en tots dos cassos, la calor va del més calent al més fred i les molècules del que té una temperatura més elevada (aire a l’exterior, refrigerant escalfat dins de casa), que es mouen més de pressa, poden passar part de les seva energia calòrica a les del fluid més fred (refrigerant a l’exterior, aire ambient a l’interior). A escala molecular tot és senzill, perquè (a diferència del que passa a les nostres societats) sempre hi ha transferència de qui més té a qui més necessitat és d’energia. L’únic que cal és aconseguir que el refrigerant (en barreja de líquid més vapor) s’escalfi 40 graus per passar dels 10 sota zero fins els 30 graus que té a la sortida del compressor dins de casa, cosa que és més o menys fàcil en funció del tipus de refrigerant.

I, com és que aquestes bombes de calor tenen un bon rendiment? Com és que podem agafar tanta calor d’un aire del carrer que és a 5 sota zero? Doncs perquè la calor que conserva qualsevol fluid (aire o refrigerant) és proporcional a la temperatura, mesurada en graus Kelvin. És ben sabut que l’origen de l’escala de temperatures absolutes o Kelvin és als 273 graus sota zero. Si traduïm tot el que hem dit a aquesta nova escala, veurem que estem parlant de l’aire del carrer que és a 268 graus Kelvin, que passa energia calòrica a un refrigerant que es troba a 263 graus Kelvin. La bomba de calor escalfa aquest refrigerant fins una temperatura de 303 graus Kelvin, i finalment els ventiladors de l’habitació li treuen calor per mantenir la temperatura de benestar de 293 graus Kelvin. En aquesta nova escala, tot canvia: veiem que l’aire del carrer (que ens sembla fred) és en realitat força energètic. Les bombes de calor tenen un bon rendiment perquè només han de passar un fluid que ja es troba “a nivell” 263, fins “al nivell” 303. Si la temperatura fos una muntanya, podríem dir que les bombes de calor, per pujar fins al cim d’alçada 303, no es cansen gaire perquè comencen a una alçada de 263.

Com podeu veure en aquesta pàgina web (a l’apartat de “Heat pumps and refrigerators“), el cicle liquid-vapor de les bombes de calor és un cicle derivat del de Rankine, que es recorre en sentit invers al típic cicle de Carnot de les màquines tèrmiques perquè aquí el que cal bombejar calor. El cicle es mou quasi tota la estona amb el refrigerant en un estat de barreja entre líquid i vapor. La calor es capta de l’aire fred de fora a les fases d’evaporació i expansió, després el fluid es comprimeix mentre s’escalfa en forma de vapor, i finalment deixa anar la calor mentre es condensa.

Tres observacions finals en relació al diagrama de baix. En primer lloc, podem veure que l’eficiència de la bomba de calor compensa el comportament poc eficient de les centrals elèctriques tèrmiques, que implica que per obtenir 0,3 unitats d’energia elèctrica cal cremar al voltant de 0,9 unitats energètiques de combustible (en aquest cas, carbó). En segon lloc, el diagrama no inclou les pèrdues de la bomba de calor que fan que el seu rendiment sigui sempre inferior a l’esperat (si bombegem 0,7 unitats d’energia tèrmica de l’aire fred amb 0,3 unitats d’energia elèctrica, sempre obtindrem, dins de casa, menys de una unitat d’energia tèrmica). Finalment, val a dir que en qualsevol dels casos esmentats, podem disminuir els costos finals si usem sistemes d’emmagatzematge d’energia que permetin acumular-la durant les franges horàries en les que l’energia és menys cara o en les que podem disposar d’energia solar/eòlica distribuïda.

El real i l’imaginari

dijous, 2/03/2017

Com deia l’Anthony Gottlieb fa uns mesos al New York Times, la ciència actual s’està tornant cada cop més estranya. Einstein es neguitejava perquè, segons la mecànica quàntica, sembla que Déu estigui jugant als daus amb l’Univers. Però ara sembla, en paraules d’en Gottlieb, que hàgim passat del casino i els daus a la màgia. Perquè resulta que segons les darreres teories cosmològiques, és probable que tota la matèria de l’univers, inclosos nosaltres, vinguem del no-res.

Els físics diuen que el món és una proliferació contínua i bellugadissa d’entitats efímeres que es creen i desapareixen sense parar. Segurament és (i som) un conjunt de vibracions, una munió d’esdeveniments i de relacions, no de coses. Ens ho explica en Carlo Rovelli en un llibre que ja he comentat alguna altra vegada. En Rovelli ens parla també de la teoria dels llaços, segons la qual l’espai, que no és continu, està format per petits grans o quàntums d’espai, cent mil milions de milions de vegades més petits que el més petit dels nuclis atòmics. Aquests minúsculs grans no són enlloc, no poden ser enlloc perquè ells són l’espai. I el temps? Sabem què és el temps? La veritat és que és un concepte que tampoc acabem d’entendre, entre altres raons perquè no és únic: podem parlar del temps psicològic que experimentem quan recordem el passat, del temps termodinàmic que va passant mentre la sopa es refreda, o del temps cosmològic de l’univers en expansió. Però hi ha coses que la física sí que ens explica una mica. Gràcies a Ludwig Boltzmann i a molts físics del segle XX, ara sabem que només hi ha diferència entre passat i futur quan hi ha calor, perquè la distinció entre futur i passat es basa en que la calor va de les coses calentes a les més fredes. I, per què hi va? Per què la sopa que tenim al plat s’acaba refredant enlloc d’escalfar-se encara més? De fet, la resposta a aquesta darrera pregunta és molt sorprenent, i es troba a la base de tota la física moderna: la calor va del que és calent al que és fred per atzar. Perquè en els xocs entre molècules d’un objecte calent i molècules d’un de fred, és molt més probable que les primeres passin energia a les segones que no pas que veiem el fenomen contrari. La calor no va de les coses calentes a les fredes obligada per cap llei absoluta, sino que hi va només amb gran probabilitat, com ens deixa clar en Carlo Rovelli. Sabem que la sopa al plat es refreda, però hi ha una petita probabilitat, molt i molt petita, que algun dia veiem que s’escalfa encara més. Des de fa més d’un segle, la física ha hagut d’abandonar les certeses i acceptar que l’únic que podem saber de molts fenòmens del món super microscòpic és si són més o menys probables.

En resum: la matèria, tan real i palpable, és un conjunt de relacions i vibracions. L’espai són grans que no es troben enlloc, i el temps sorgeix de la probabilitat. Quasi res, oi?

Parlant de probabilitats, el darrer llibre que ha escrit en Sean Carroll, “The big picture”, força polèmic i que tot just he començat a llegir, és tot un viatge que va del més ínfim al món que experimentem, veiem i sentim. Un viatge, guiat per la física i les probabilitats, per aquest món d’extraordinària bellesa i diversitat que gaudim cada dia. Ara sabem, diu Carroll, que tot el que hi ha, objectes, plantes, animals i nosaltres, està fet amb molt pocs tipus de partícules elementals unides amb molts pocs tipus de forces bàsiques: el món i nosaltres mateixos som agregats amb un nombre astronòmic de molt poques peces: som quarks, gluons i electrons. Carroll defensa a més el que anomena “naturalisme poètic”, afirmant que tot el real és el que hi ha a la natura i en que no hi ha res fora de la natura. Si escalem les lleis fonamentals de la natura al món, als planetes i a nosaltres, Carroll argumenta que podem arribar fins i tot a estimar la probabilitat que existeixin Déu, l’ànima i la vida després de la mort. Segons comenta també en Michael Shermer, la conclusió de Sean Carroll és que aquestes probabilitats són molt petites.

La conclusió de Sean Carroll és contundent i a la vegada respectuosa. No parla categòricament, només ens explica el que és probable i el que no ho és. I el cert és que nosaltres tampoc som gaire probables. En Tim Radford diu que és clar que els àtoms no tenen vida, però que poden formar agregats molt i molt especials que anomenem “tu i jo”. La vida és un petit i efímer episodi que capgira temporalment aquest viatge inexorable de l’univers cap l’increment constant de la seva entropia, imposat pel segon principi de la termodinàmica. La vida és el fruit quasi màgic de la tendència metabòlica (hereva de la química) a construir, crear i complicar-se. Tot, gràcies a les lleis de la física.

El cert és que no sabem què som. Sabem que som éssers conscients perquè podem llegir aquest i altres textos, però curiosament ningú sap què és la consciència ni la pot definir, com bé ens recorda en Tim Radford. Ara bé, el que sí sabem és quins són els nostres components, i hem pogut descobrir algunes de les lleis d’aquesta natura de la que som part inseparable.

Aristòtil pensava que la Terra era al centre de l’univers i que estava formada de només quatre elements: terra, aigua, aire i foc. També creia que el Sol, la Lluna i els estels eren divins i perfectes, fets de matèria no terrenal: la quinta essència o èter. En vint segles hem avançat una mica, i ara hem vist que tot és fet de quarks, electrons i gluons amb un bany energètic de fotons. Vam començar amb quatre elements i al cap de 23 segles en tenim uns altres quatre. Això sí, amb una diferència: sabem que no hi ha quinta essència i que tot, Cel i Terra, són fets de les mateixes partícules elementals.

L’important, ens diuen els físics, és separar bé el que hem arribat a saber i que hem pogut comprovar i constatar, del que imaginem i suposem. La humanitat, quan era jove, creia en la quinta essència, i nosaltres quan érem petits creiem en els reis mags d’orient. Després hem vist que els reis no són tan mags, que tot l’Univers és fet del mateix tipus de matèria, i que no hi ha fantasmes ni bruixes. I és que les coses són molt més senzilles quan les sabem veure sense prejudicis. És clar que tothom té dret a pensar en mites imaginaris, però és bo saber que la ciència i els físics ens ajuden a desgranar el real d’allò que és, amb molt alta probabilitat, imaginari.

———

Per cert, en Bru Rovira diu que el que s’hauria de debatre a la ONU i a les cimeres internacionals és si primer és la indústria i després la política, o bé si la política decideix sobre la indústria. És a dir, cal debatre qui mana en els assumptes de la pau i l’ordre.

Esferes amb personalitat

dijous, 23/02/2017

No sé si heu vist “El despertar de la força” (episodi setè d’Star Wars). Jo, he de confessar que no. Però vaig quedar atrapat pel que podríem dir-ne la “personalitat” del robot BB-8. Ho podeu veure en aquest vídeo, curtet, d’una entrevista als creadors del robot, Matt Denton and Josh Lee. Cal dir que és un objecte ben estrany. Roda en totes direccions, sempre amb el cap ben alt. Es para on vol, i mira qui parla amb moviments ràpids del cap que trobem divertits perquè ens recorden els nostres. Té una mena de simpatia artificial que se’ns fa difícil definir.

Quan veiem com es mou, no és gens evident entendre com ho fa. Com és que sap anar “on vol”? Com és que sempre va amb el cap dret? Com es pot fer que el moviment del cap sigui totalment independent del de l’esfera-cos? Com diu molta gent, el BB-8 és un dels personatges més carismàtics, interessants i ben aconseguits de la pel·lícula. Probablement perquè ho amaga tot dins la seva simplicitat esfèrica. Barregeu l’aparença externa més simple que pugueu imaginar amb moviments que ens resulten familiars, i el misteri està servit.

Sentiu curiositat per saber com funciona i què té dins? Jo en vaig sentir, i molta.

Disney va mantenir el secret durant dos anys, però finalment, l’any passat, ens va explicar com funcionava. Ho podeu veure en aquest vídeo (és una mica llarg, però podeu anar directament als minuts 37-39 que és on s’explica el funcionament; les dues imatges de dalt són d’aquests minuts del vídeo i presenten tant l’aspecte extern del BB-8 com els mecanismes interns). Cal reconèixer que funciona per control remot, i que per tant no és autònom; però crec que això no li treu mèrit ni interès. El mecanisme, en forma de creu, conté un eix quasi-vertical i un altre d’horitzontal que fa girar les dues rodes de plàstic que podeu veure a dreta i esquerra a la imatge. A la base de l’eix quasi-vertical trobem la bateria, els motors, els actuadors, els sistemes electrònics i de control i un giroscopi. El pes de tots aquests components fa que sempre quedin a la part de sota, mentre les dues rodes de plàstic es recolzen a la part interior de l’esfera i la fan girar, de manera no massa diferent a com els hàmsters fan girar la roda de la seva gàbia. Per girar, però, cal saber en quina direcció anem i cap on volem anar, i això no és fàcil dins d’una esfera tancada i fosca. Aquí és on intervé el giroscopi, que permet conèixer en cada moment l’orientació de l’eix inferior. En base a aquesta orientació i a la direcció en que volem que es mogui el robot, els actuadors inclinen una mica, a dreta o esquerra, aquest eix quasi-vertical inferior i el cos esfèric del robot avança i gira a la vegada. No és res que sigui massa complicat, tot es basa en els principis de la mecànica i en concret de la dinàmica.

Ara bé, com és que sempre porta el cap ben dret? Doncs perquè el cap és un objecte totalment separat del cos del BB-8. Es mou per la seva superfície esfèrica amb rodaments de boles, i es manté sempre en contacte amb ella per la força d’un conjunt d’imants que el deixen sempre damunt del plat metàl·lic que podeu veure a la part superior del mecanisme intern del robot. Tot plegat és en una patent que Disney va sol·licitar l’any 2010, cosa que demostra que aquesta idea del cap flotant no va ser pas un disseny improvisat.

La recepta del BB-8 és ben senzilla. Un motor elèctric intern que fa girar l’esfera, un eix que es manté quasi-vertical pel pes del motor i bateria i que governa els girs a més d’assegurar que el cap sempre és a la part superior, un cap independent que es mou amb imants i rodaments de boles. Tot ben embolicat amb una esfera i una mena de cúpula. El BB-8 sap amagar els seus mecanismes amb una pell i vestits geomètrics que el fan atractiu. Ja sabem que la personalitat neix del misteri…

Però, com diu la Carme Torras, els robots actuals ens porten a pensar a més en termes d’ètica. Perquè els sistemes industrials i els hominoides de la ciència-ficció, tan diferents fins ara, “comencen a confluir gràcies al ràpid desenvolupament de la robòtica assistencial i de serveis. S’estan dissenyant robots que puguin interaccionar amb les persones, ja sigui atenent discapacitats i gent gran, fent de recepcionistes o dependents en centres comercials, o actuant de mestres de reforç o de mainaderes”. És clar, com explica la Carme, que aquests anomenats robots socials plantegen un ventall de qüestions ètiques molt amplies i complexes, que no podem deixar de plantejar, debatre i resoldre.

Per cert, sabem fer esferes amb personalitat i fem plans per anar a Mart. Però el nostre gran fracàs actual és el de no saber utilitzar les eines que ja tenim, per resoldre problemes com els de la fam, els refugiats i desplaçats, la manca de seguretat humana i la mort indiscriminada de població civil. Joyce Luma (ONU) ha denunciat que no es vol posar fi a l’enfrontament fratricida pel poder dels rics recursos energètics.

Enginyeria per a un món millor

divendres, 17/02/2017

Fa pocs mesos, la Reial Acadèmia Anglesa d’Enginyeria va organitzar un congrés per intentar analitzar quins haurien de ser els objectius de l’enginyeria mundial durant els propers anys, en base al programa de desenvolupament sostenible de la ONU i als seus 17 punts fonamentals.

El document de conclusions del congrés de la Reial Acadèmia Anglesa i CAETS és una petita joia i no només pel títol (vegeu la imatge) que ho diu tot amb poques paraules com bé saben fer els anglesos. Dame Ann Dowling ens recorda que cal pensar en les necessitats de la creixent població mundial (un terç de la qual no té accés adequat a atenció sanitària, per exemple) tot minimitzant la pressió sobre els recursos del planeta, i diu que aquests seran els reptes fonamentals de l’enginyeria del proper segle. De fet, els enginyers hauran de pensar més enllà de les solucions basades en la creació de noves infraestructures perquè cada vegada més, caldrà que les infraestructures físiques es complementin amb noves infraestructures socials. El document proposa un objectiu clar (promoure la qualitat de vida de tots els habitants del planeta), les seves restriccions (cal usar els recursos del planeta de manera sostenible) i el repte de crear noves infraestructures socials i físiques. És el típic planteig d’un problema d’enginyeria: de l’immens problema d’enginyeria del segle que estem enfilant. Se’ns gira feina, i molta. Només cal una cosa: que ens posem d’acord en que aquest és el nostre objectiu global, per damunt dels objectius particulars de cada grup, organització, empresa i estat.

En Rowan Douglas parla de saber mesurar el risc, un dels ingredients clau a les solucions que sempre proposa l’enginyeria, i explica que cal comprendre el risc per a poder crear sistemes resilients que ajudin al creixement sostenible i a la promoció de la dignitat humana fins i tot en condicions de crisi. En Paul Smith Lomas creu que necessitem més “justícia tecnològica” per empoderar totes les persones del món i per a que tinguin accés equitatiu a les tecnologies necessàries per a la seva vida, salut i producció, amb un èmfasi especial en l’accés a l’energia, i la Yassmin Abdel-Magied aporta la perspectiva de gènere tot dient que, per assolir una societat funcional i cohesionada, és imprescindible la participació plena i efectiva de les dones en els projectes d’enginyeria i en els rols de lideratge, així com la igualtat d’oportunitats en els àmbits polític, econòmic i social. Però la veu més crítica i visionària, al meu entendre, és la de Jason Hickel. Hickel, professor de la London School of Economics, comenta que els nivells actuals de producció i consum global estan sobrepassant la biocapacitat del planeta en un percentatge del voltant del 50%, i que aquest excés ecològic s’ha de imputar gairebé íntegrament al consum excessiu als països rics d’Occident amb la paradoxa que el creixement del PIB està disminuint el nivell de vida en lloc de millorar-lo. En Jason Hickel proposa un canvi ràpid cap el que Herman Daly anomena l’economia d’estat estacionari, que manté l’equilibri ecològic. Planteja el gran repte de l’enginyeria del segle XXI: fer compatible un fort creixement del nivell de desenvolupament humà a nivell planetari amb una reducció de recursos als països rics. Perquè decreixement no significa pobresa. És perfectament possible, diu, reduir el nostre consum de recursos mentre fem créixer les coses que realment importen: la felicitat humana, el benestar, l’educació, la salut i la longevitat. I aquest és el nucli del problema: hem de poder definir uns objectius que siguin humanament acceptables. Després, l’enginyeria ja treballarà per trobar solucions.

En Josep Fontana ens explica que cada una de les deu empreses més grans del món té més ingressos que tots els 180 països més pobres sumats, incloent Irlanda, Grècia i Israel. I quan ho llegeixo, penso que aquest és el gran dilema dels actuals i futurs enginyers: treballar, com proposa el document final del congrés de la Reial Acadèmia Anglesa d’Enginyeria, per a que el món pugui ser més humà, menys desigual i més sostenible, o bé ajudar simplement a millorar el compte de resultats de les empreses. L’enginyeria treballa sempre en base a objectius, i personalment crec que els del segle XXI no haurien de ser altres que els de desenvolupament sostenible de la ONU. Perquè els objectius d’enriquiment i les polítiques de desregulació ja han fet la seva feina i ho han destruït quasi tot.

Per cert, en Josep Fontana ens recorda també que l’aviació nord-americana va tirar entre tres i quatre vegades més bombes al Vietnam, Laos i Cambodja, que les llançades pel conjunt de forces aliades durant tota la segona guerra mundial.

Els algorismes que aprenen

dijous, 9/02/2017

Hi ha paraules boniques que també ens fan una mica de por. Poca gent sap que la seva vida és plena d’algorismes. Alguns, quan se’n adonen, no saben si ho han d’acceptar o s’han de posar nerviosos. I el cert és que, tot i que no els reconeguem i que pensem que no ens afecten, els portem sempre al nostre costat.

Un algorisme no és més que un conjunt ordenat, finit i no ambigu de regles i operacions que permeten resoldre un problema o realitzar una determinada activitat. Els algorismes són descripcions precises de processos que fem o que fan els altres. Les instruccions per muntar un moble a partir d’un kit de peces o el full on expliquem com posar en marxa la calefacció quan marxem de casa i han de venir uns amics, són algorismes. Les receptes de cuina i les partitures musicals són algorismes per preparar menjars i interpretar melodies. I ho són les instruccions de qualsevol joc, els manuals d’usuari i els protocols que segueixen els metges als hospitals. Algunes vegades, els algorismes els podem escriure per a nosaltres mateixos, quan acabem de descobrir alguna cosa complexa que ens ha estat útil (per exemple en el nostre mòbil), i volem no oblidar-la. En altres ocasions, les escrivim per a que algú altre pugui fer més endavant quelcom que nosaltres ja sabem fer. És per això que el conjunt de regles d’un algorisme ha de ser no ambigu: si no l’escrivim bé, la persona que vingui a casa no entendrà com engegar el rentaplats o com posar en marxa la calefacció.

Espero no guanyar-me el mot de “friqui” si confesso que m’agrada la paraula “algorisme”. Tal vegada perquè ha estat al meu costat durant quasi cinquanta anys, i perquè ve de molt lluny. Concretament d’ara fa 1.150 anys, quan al-Khwarazmí treballava a l’observatori de Bagdad. Durant els segles de l’edat mitjana, al-Khwarazmí va ser la principal font de transmissió de coneixements matemàtics de l’Orient a l’Occident, en part en base a les traduccions de textos en grec, llatí i sànscrit que es feien a la Casa de la Saviesa. En el seu tractat d’àlgebra, “Hissab al-jabr wa-l-muqàbala“, explicava regles i receptes (o sigui, algorismes) per repartir herències, cosa que en aquell temps i en el món àrab era molt complicada i requeria fer molts càlculs. En un altre llibre, “Sobre el càlcul amb nombres indis”, llibre del que només se’n conserva una traducció del segle XII, al-Khwarazmí va explicar, sembla que per primera vegada, el sistema de numeració posicional en base 10 (incloent el zero) que va aprendre de l’Índia i que és el que ara utilitzem. Fa més de 11 segles, al-Khwarazmí ens va deixar llibres meravellosos, tots plens d’algorismes. És per això que els algorismes porten el seu nom.

Quan sumem nombres portant-ne, estem aplicant l’algorisme que vam aprendre a l’escola; i, quan multipliquem, també. Euclides ens va deixar un algorisme molt elegant per calcular el màxim comú denominador de dos nombres, i Pitàgores ens va explicar l’algorisme per calcular hipotenuses i distàncies entre punts. Després, amb els ordinadors, hem acabat tenint algorismes per tot. Perquè els ordinadors i els telèfons mòbils només funcionen en base als algorismes que alguns programadors els han preparat. Totes les aplicacions que ens hem baixat als nostres mòbils són algorismes. Tenim algorismes per millorar fotos, per cercar informació a internet, per saber la posició dels astres i per preveure el temps que farà demà. Tenim algorismes que ens troben el nom de les músiques que escoltem, i algorismes que saben traduir textos d’un idioma a un altre.

I ara, el que hem començat a veure fa pocs anys són algorismes que es van refinant amb les dades. Són algorismes que aprenen, algorismes que conformen els mecanismes d’aprenentatge automàtic que es troben en el nucli de l’anomenat “big data“. Hi ha moltíssims exemples, un dels quals, molt il·lustratiu, el teniu en aquest document (que és un pòster científic presentat ara fa uns mesos; com podeu observar, la imatge de dalt és d’aquest mateix document). Es tracta d’un algorisme que, a partir d’una gravació de vídeo de 15 segons en la que s’ens demana que expliquem qui som, fa una valoració de la nostra personalitat en cinc eixos diferents, i ens ho mostra amb 5 bandes verdes (les que veieu a la dreta de la imatge) al cap de menys de tres segons. Aquests cinc eixos són els de la curiositat (gent inventiva i curiosa versus gent cautelosa), escrupolositat (gent eficient i organitzada versus gent descurada i desordenada), extraversió (gent extravertida i energètica versus gent reservada i solitària), agradabilitat (gent amigable i compassiva versus gent poc social) i neuroticisme (gent neuròtica versus gent fiable). Com ho fa? Doncs amb un algorisme que conté dues xarxes neuronals de 17 nivells, una per la senyal de vídeo i l’altra per la d’àudio, amb un darrer nivell de fusió de les dues, com bé podeu veure a la figure 3 del document. Cada un dels 17 nivells d’una i altra xarxa combina adequadament els resultats del nivell anterior i genera una sortida que transmet a algun o alguns dels nivells següents. Cada nivell és com una taula de mescles de so, però digital. Barreja les entrades per tal de produir el senyal de sortida. En resum, fem 17+17+1 mescles, i acabem trobant els trets de personalitat de la persona que ha estat parlant durant 15 segons al vídeo. Però, com fem aquestes mescles? Com ajustem la importància que donarem a cada un dels valors d’entrada a cada una de les mescles? Com ajustem el valor de cada un dels “potenciòmetres” de la nostra xarxa neuronal?. En el cas de l’article que comento, això es va fer amb un sistema d’aprenentatge dirigit. Amb anterioritat als experiments, els autors, amb l’ajut de molts voluntaris, van analitzar deu mil vídeos de 15 segons de YouTube. Cada voluntari, a cada prova, presenciava una parella de vídeos (corresponents a dues persones) i després havia de dir quina de les dues persones creia que era la més curiosa, quina la més extravertida, .. i així fins analitzar el cinquè eix de neuroticisme. Cal observar que no es demanava cap valoració, únicament havien de comparar la parella de persones que estaven veient. Això es va fer així perquè és ben conegut que les comparacions les fem molt millor que les valoracions. Doncs bé, la informació d’aquests experiments amb 10.000 vídeos és la que va permetre ensinistrar els  mescladors dels 17+17+1 nivells de l’algorisme i ajustar els seus valors. Però això no va acabar aquí. L’interessant és que l’algorisme va continuar i continua aprenent, perquè quan el sistema ja estava ajustat i “trained” (mireu la imatge de dalt), l’anàlisi del vídeo de cada nova persona que vol experimentar aquesta aplicació i que dona la corresponent autorització per usar les seves dades, serveix per acabar d’ajustar una mica més els paràmetres de tots els nivells de la xarxa neuronal. El sistema va aprenent cada dia, i cada persona que l’utilitza l’ajuda a fer-ho. Només cal que digui si creu que el resultat que li mostra la màquina reflexa la seva personalitat o no, perquè això és l’únic que necessita la xarxa neuronal per auto-refinar-se.

Per bé o per mal (esperem que per bé), els algorismes que aprenen han arribat, i han vingut per quedar-se amb nosaltres. Ens poden ser molt útils, però no hem de perdre mai de vista la necessitat de la seva regulació ni els aspectes ètics. Els algorismes són aquí, però la responsabilitat sempre serà de les persones que els utilitzen.

Per cert, en Christophe Galfard diu que sense una visió científica, la democràcia es torna més complicada. També diu que la humanitat no és conscient del seu lloc a l’Univers, que només ara ho estem començant a entreveure.

La vida mitjana dels secrets

divendres, 3/02/2017

Fa poc vaig llegir un article d’en David Pogue sobre els límits de la seguretat a internet. La seva conclusió és que hem d’acceptar que el correu electrònic mai serà segur al 100% (com tampoc ho era abans el correu en paper). De fet, l’article, que podeu llegir aquí, no podia dir una altra cosa ja que com és ben conegut, la seguretat total té cost infinit i és una utopia. A les nostres comunicacions sempre ens poden enganyar, observar i espiar. Perquè encara que prenguem totes les precaucions, mirem bé el que escrivim i enviem missatges xifrats, sempre, en una badada, acabarem deixant el telèfon damunt la taula i els del costat el podran veure. Som humans, no ho podem controlar tot, i és possible que algú aprofiti algun d’aquests nostres moments relaxats.

En David Pogue parla de les moltes vegades que els pirates informàtics han atacat empreses els darrers cinc anys, aconseguint robar dades de clients. Comenta casos com el de l’empresa Target l’any 2013 (robatori de dades de 110 milions de clients), el de Yahoo de l’any 2014 (500 milions) o el d’Anthem de l’any 2015 (80 milions).

Ens diuen que cal usar paraules clau complexes i que el millor és canviar-les sovint. Però la veritat, diu en Pogue, és que no val la pena. Els atacs de tipus “pesca” (“phishing”), per exemple, comencen amb l’enviament massiu de correus electrònics que alerten de problemes en el nostre compte de correu. Si algú va a l’enllaç que diuen que ho arregla, aquest enllaç el porta directament a un lloc d’inici de sessió fals. I el problema és que no es pot detectar perquè l’aparença d’aquest lloc fals és idèntica a la de la pàgina web del servidor de correu habitual. La persona entra el seu codi d’usuari i la paraula clau, el sistema fraudulent se la guarda, i el hacker ja sap com entrar al nostre compte. Evidentment, encara que les nostres contrasenyes fossin llargues i complexes, en aquest cas no ens haurien servit de res. En David Pogue creu per tant que cal admetre que hem perdut la batalla de la seguretat i que hem d’acceptar les violacions de dades. El correu electrònic mai serà completament segur per a tothom. Però encara hi ha classes: els missatges d’uns són més segurs que els d’altres. Perquè, com diu en Pogue, ho tenim millor si no som famosos. Justament, la millor estratègia actual de protecció és l’obscuritat o, si voleu, la transparència, perquè els hackers persegueixen els polítics i els famosos, mentre que en canvi no mostren gaire interès pel que es diuen els desconeguts. Ja ho sabeu.

L’article d’en David Pogue m’ha recordat un text de fa més temps d’en Deb Roy. Amb un enfoc molt coincident amb el d’en Pogue, en Deb Roy parlava de la impossibilitat que les informacions secretes ho continuïn sent indefinidament, al segle XXI. Tot secret, per més ben guardat que estigui, s’acabarà coneixent. L’únic que podem fer, si incrementem les mesures de seguretat, és incrementar l’esperança matemàtica del temps que caldrà esperar fins que sigui públic, el que en Deb Roy anomena vida mitjana del secret. El bonic d’aquest valor (que no és més que la integral de tots els possibles temps d’espera multiplicats per la seva probabilitat) és que recorda la definició de la vida mitjana dels isòtops radioactius. Tant els isòtops que usem en teràpia mèdica com els secrets van desapareixent al llarg del temps, i en tots dos casos, el que voldríem és que tinguessin una vida mitjana el més gran possible. Llarga vida, però amb la certesa que les caixetes de secrets al final s’obriran.

(La imatge de dalt és d’aquesta pàgina web)
———

Per cert, en Bru Rovira parla d’en Ryszard Kapuscinski i diu que malgrat la seva pujada als altars del periodisme universal que proposen fins i tot alguns col·legues empresaris-de-premsa, molts d’ells avui serien incapaços de publicar als mitjans que dirigeixen dues pàgines senceres del mestre.

El Sol, aquest desconegut

dijous, 26/01/2017

Una pregunta que tal vegada podeu plantejar quan sigueu en una trobada d’amics que acceptin parlar de temes científics, és quina és la forma que descriu l’ombra de la punta d’un pal, un dia assolellat.

La resposta hauria de ser senzilla, però observareu que habitualment molta gent no l’encerta. Cada moment, la recta S que uneix la punta del pal amb la seva ombra al terra ens indica la direcció cap al Sol. Doncs bé, al llarg del dia, aquesta recta S descriu un con (una paperina, una superfície cònica) amb vèrtex a la punta P del pal (vegeu la nota al final). El fet que no en siguem conscients és degut, probablement, a que l’eix d’aquest con, que passa pel punt P, és paral·lel a l’eix de la Terra. I l’eix de la Terra té una orientació “estranya”, inclinada cap al nord i en direcció a la Polar. L’error dels nostres avantpassats i la dificultat que tenim per entendre el moviment aparent del Sol és fruit de la nostra manera provinciana de mirar i entendre el món. Creiem que caminem ben drets i eixerits, escalfats per un Sol que a l’estiu és més amunt i després més avall. Però habitem la Terra, i el nostre planeta té una única direcció singular: la del seu eix E. Som éssers que vivim torçats, inclinats en relació a l’eix E i en relació als altres. Quan els d’Igualada caminen, la seva vertical forma un angle de 48,42 graus amb l’eix de la Terra. Aquest angle és 49,28 de graus pels d’Amposta i de 62 graus pels que viuen a Tenerife. Quina és la direcció de referència, la meva o la de l’eix de la Terra?

Tot es més fàcil si acceptem que l’important, al nostre planeta, és la rotació al voltant del seu eix E, i que som nosaltres els que tenim una vertical estranya i diferent de la direcció d’aquest eix. L’astronomia, començant pel moviment del Sol, s’entén molt millor quan ens situem de manera coherent amb aquest eix singular del planeta. No és gaire difícil. Només cal construir un quadrat de cartró o fusta, fer-hi passar un eix perpendicular com el que veieu a la imatge, i ajustar la dimensió d’aquest eix per tal que l’angle entre el pla quadrat i el terra (o la taula) sigui igual a 90 menys la latitud. A Puigcerdà, aquest angle haurà de ser de 90 – 42,43 = 47,57 graus, mentre que a Amposta serà de 90 – 40,72 = 49,28 graus. Ara, si girem el conjunt fins que la part superior de l’eix s’orienti cap al nord (ho podem fer mirant la direcció de l’ombra del fil d’una plomada en el moment del migdia solar), ja ho tindrem tot preparat. Tindrem un petit laboratori solar amb un quadrat pla paral·lel a l’equador i una vareta paral·lela a l’eix E de la Terra. Imaginem que poguéssim fer tot aquest sistema a mida humana i que ens estiréssim unes hores al llarg de la vareta o gnòmon. Veuríem l’absoluta regularitat del moviment diürn del Sol. De fet, i degut a aquest moviment solar que és cònic, hem entès que els rellotges de sol són més senzills quan el gnòmon té la direcció de E i quan projecten l’ombra en una superfície disposada de manera simètrica al voltant d’aquest gnòmon.

Hi ha dos exemples evidents de rellotges de Sol amb gnòmon segons la direcció de l’eix de la Terra i superfície disposada de manera simètrica al seu voltant: els rellotges equatorials (de superfície plana) i els cilíndrics. El primer és el que teniu per exemple a la part superior esquerra de la imatge de dalt, i que podeu trobar amb més detalls en aquesta web. El Sol gira uniformement al voltant del gnòmon de manera que la direcció de l’ombra gira 360/24 = 15 graus cada hora; per tant, en un rellotge equatorial, les línies de les hores solars són radials i equidistants. Però podem fer-ho encara millor, com ho van fer els que van construir el rellotge equatorial (i molts més) a Jantar Mantar ara fa tres segles. Com que el moviment diürn del Sol genera un con, si ajustem la longitud del gnòmon i el fem curt de manera que el con intersequi el pla equatorial del rellotge, l’ombra anirà seguint cada dia un cercle perfecte. L’angle de l’ombra ens dirà l’hora mentre el seu radi ens farà de calendari. A la imatge de baix a la dreta (que podeu trobar a aquesta web) teniu la divisió del pla equatorial del rellotge de Jantar Mantar en radis horaris i en cercles que marquen el calendari. Aquí podeu trobar més dades sobre aquest rellotge i sobre tot el complex astronòmic de Jaipur.

En un rellotge equatorial tot és geomètricament simple i didàctic, perquè ens hem adaptat a l’orientació de l’eix de gir del nostre planeta. El Sol gira 15 graus cada hora, estiu i hivern (en hora solar, això sí; vegeu el comentari a la nota del final). D’altra banda, el radi dels cercles que van marcant el con solar cada dia i fan de calendari és molt fàcil de calcular (vegeu un cop més la nota al final). El 21 de juny el cercle és petit perquè el Sol és ben amunt al cel. Després, el con solar es va obrint, i els cercles es van fent més i més grans fins que el 21 de setembre, el con es fa pla i el cercle és immens, desbordant el pla del nostre rellotge. Llavors, a partir del 21 de setembre, tot canvia com per art de màgia. El Sol deixa d’il·luminar la cara superior del nostre rellotge i passa a la cara de sota, que és on es projectarà l’ombra de la part inferior del gnòmon durant la tardor i l’hivern. El con es va tancant, cada cop el radi dels cercles és més petit, i el 21 de desembre ens mostra el seu valor més petit. En d’altres paraules, veiem l’ombra a la part superior entre el 21 de març i el 21 de setembre, i en canvi la tenim a la part inferior els altres sis mesos de l’any. Tot és increïblement regular, senzill i repetitiu. És quelcom que sabien molt bé els constructors del rellotge de Jantar Mantar quan van fer les dues cares, una per la primavera-estiu i una altra per la tardor-hivern.

Podríem pensar també en rellotges esfèrics amb gnòmon segons la direcció de l’eix de la Terra, però permeteu-me que citi el cilíndric perquè conserva la simplicitat didàctica de l’equatorial a la vegada que ens dona encara més informació. La idea és ben senzilla: es tracta de recollir l’ombra del gnòmon en una superfície cilíndrica al voltant del gnòmon i per tant orientada també segons l’eix de la Terra. Aquest rellotge marca l’hora solar, és també calendari, i a més, si l’escapcem com si el talléssim amb un ganivet horitzontal (aquesta web explica com fer-ho), ens mostra el punt de l’horitzó per on sortirà el Sol i per on es posarà en qualsevol data de l’any. No és bonic?

Sempre m’he preguntat com és que pensem que podrem entendre el comportament humà i millorar la nostra societat si estem tan pendents de nosaltres mateixos i del nostre entorn proper que no pensem en quasi res més. De fet, encara que sembli estrany, el Sol ens pot ajudar: si tanquem els ulls, visualitzem la direcció de l’eix de la Terra i imaginem el nostre gir perpetu al seu voltant, ben aviat ens adonarem que la nostra pretesa verticalitat és un mite. El vertigen de pensar que caminem inclinats en un planeta que es mou com una baldufa tal vegada ens recol·loqui i ens faci veure que estem obligats a entendre’ns i a viure els uns al costat dels altres, com ens deien Kant, Fuller o Bauman.

———

Per cert, en Eduardo Martínez Abascal explica que la família mitjana a Espanya (uns 12 milions d’abonats) paga uns 45 euros al mes en electricitat. Diu que tenim el tercer preu més car dins de la Unió Europea, després de Dinamarca i Alemanya… Com deien els romans: Cui prodest?

———

NOTA: Imaginem la direcció definida per una certa recta S. Imaginem ara que aquesta direcció (que és un vector, parlant en termes geomètrics) gira al voltant d’un determinat eix E. És clar que el conjunt de direccions definides per una rotació arbitrària de S al voltant de E, que podem expressar com Rotació(S,E,alfa) per qualsevol valor de alfa, formen un con d’eix E. És el con que veurem si fem girar ràpidament un paraigua sense tela al que només li quedin les barnilles. Imaginem ara que la direcció S és invariant, però que som nosaltres els que girem al voltant de E. Com que el moviment és relatiu, el resultat també serà un con.

Això és exactament el que passa quan estudiem el moviment del Sol. Nosaltres (i tot el que ens envolta) girem al voltant de l’eix de la Terra, mentre que la direcció S de la Terra al Sol, vista per un observador inercial i extern al sistema solar, és aproximadament constant al llarg d’un dia. Per això, la recta S que uneix la punta del pal amb la seva ombra al terra descriu un con. Ara bé, de fet, i per ser precisos, hauríem de parlar d’un quasi-con, perquè és clar que l’endemà, S haurà canviat lleugerament tot girant un angle de quasi un grau (ha de girar 360 graus en 365 dies). La trajectòria del Sol, definida per la variació de la direcció S al llarg del dia, és per tant un quasi-con que no acaba de tancar perquè es va convertint en el quasi-con del dia següent. El quasi-con solar comença el màxim de tancat a cada solstici, es va obrint lentament com el full d’una immensa paperina que va aplanant-se, arriba a ser pla i geomètricament degenerat quan arriba el següent equinocci, i després torna a tancar-se lentament a l’altra banda del pla en el seu camí cap al següent solstici en un moviment harmoniós que ens fa recorda les flors de la xicoira o la calèndula (de fet i òbviament, mogudes pel Sol).

El rellotge equatorial descrit a dalt mostra l’hora solar. Pot mostrar també l’hora oficial si les línies de les hores, en comptes de marcar-les com a radis, les corbem lleugerament de manera que codifiquin l’equació del temps. Però en aquest cas caldria construir dos rellotges: un d’estiu-tardor que marcaria les hores i calendari d’estiu entre el 21 de juny i el 21 de setembre a la cara superior i el mateix per al període entre el 21 de setembre i el 21 de desembre a la cara inferior, i un altre d’hivern-primavera que serviria per l’hivern a la cara inferior i per la primavera a la seva cara superior. Això és degut a que l’equació del temps no és simètrica al llarg de l’any.

En un rellotge equatorial tot és geomètricament simple i didàctic, perquè ens hem adaptat a l’orientació del gir terrestre. El radi dels cercles que van marcant el con solar cada dia i fan de calendari és molt fàcil de calcular: només cal saber la declinació del Sol (l’angle del con solar per damunt o per sota del pla equatorial) i dividir la longitud del gnòmon que sobresurt del pla per la tangent d’aquest angle. Cal observar que la declinació solar al llarg de l’any (que podeu trobar en taules com aquesta) és la mateixa per a tots els punts del planeta.

La ciència i els camins

dijous, 19/01/2017

Fa poc vaig llegir una anàlisi que comparava els articles científics més rellevants de l’any 2015 amb els que van tenir més difusió als mitjans i a les xarxes. És d’aquesta pàgina web, que malauradament només és accessible als subscriptors, i que va ser dissenyada per Jen Christiansen. La web mostra les 25 institucions més productives del món segons l’index Nature 2015, que és un indicador que es basa en el nombre d’articles publicats en 68 revistes de la màxima qualitat científica. Les set institucions amb més articles de qualitat segons aquest índex són l’Acadèmia Xinesa de ciències, la Universitat de Harward, el CRNS Francès, l’institut alemany Max Planck, Stanford, el MIT i la Universitat de Tokyo (la llista de les 25 no inclou cap centre ni cap Universitat espanyola ni catalana). En una segona columna, podem veure els 25 estudis més citats per la premsa durant el mateix any 2015. Aquesta segona llista es basa en l’index Altmetric, que mesura el nombre ponderat de vegades que un determinat estudi científic ha sortit als mitjans de comunicació i a les xarxes socials. L’interessant és que d’entre aquests 25 estudis altament citats pels mitjans i xarxes socials i que inclouen bàsicament medicina i salut, biologia, pol·lució i canvi climàtic, només 8 d’ells venen d’institucions de la primera llista. Sembla que el que és socialment rellevant no acaba de coincidir amb allò que es considera punter en el món científic.

Cal dir que en Jan Christiansen ha creat també molts altres diagrames de “ciència gràfica”, com ell els anomena. Alguns els podeu veure a la seva pàgina web. Un dels que m’ha agradat és aquest, que mostra l’evolució del tipus de temes que han estat portada de la revista Scientific American des de 1920 fins 2014. En ell es veu clarament que han anat desapareixent els temes d’enginyeria més clàssica, deixant pas a la biologia i als nous descobriments en neurociència i evolució (a més de les constants troballes en física de partícules i astronomia). Tot va evolucionant. Però evoluciona lentament, poc a poc. Més pausadament que el que molts voldrien, en aquesta cultura actual de la velocitat i de la immediatesa.

La divulgació no és fàcil, justament perquè la gestió del temps en el món científic és molt diferent a la que podem veure en el món de la premsa, ràdio i televisió. Els mitjans demanen grans titulars, i els científics en tenen ben pocs. Els mitjans necessiten impactar amb l’anunci de grans resultats mentre el món de la ciència va fent camí, poc a poc i sense pressa, per senders que no tenen final. La gent demana conclusions i punts d’arribada, però els científics avancen pas a pas, i malauradament aquests passos no són noticia. En ciència, els moments singulars de les grans troballes són molt escassos. Einstein comentava que després de pensar durant mesos i anys, el 99% de les vegades el seu resultat era inútil i les conclusions falses. I Edison, en una frase que resumeix l’essència de la recerca, deia: “no he fallat, només he trobat deu mil camins que no funcionen”. Per què llegim una i altra vegada que s’ha trobat el remei contra el càncer, i per què ens agrada que ens ho diguin? Anem millorant, això sí, però lentament i gràcies a molts i molts investigadors que mai arribarem a conèixer i que ens van preparant el llarg camí dels descobriments. De tant en tant, tal vegada els articles de divulgació podrien parlar del camí, més que el de les suposades arribades. Perquè la recerca és més semblant a l’Angya i a una caminada de 20 o 30 quilòmetres que a una cursa de 100 metres lliures.

I la divulgació no és fàcil perquè és un joc d’equilibris que hem de fer tot caminant. Alguns amics físics em comenten que la teoria de la relativitat pot explicar-se de tres maneres: amb un llenguatge rigorós que només entenen els físics, amb un llenguatge intermedi que requereix un petit esforç per part del lector (no superior al que cal per llegir poesia, per exemple) o amb un llenguatge entenedor per tot el món; el que passa, diuen, és que en aquest últim cas ja no s’està explicant res de la teoria de la relativitat. La divulgació ha de nedar entre dues aigües, i en això rau la seva dificultat. No hem de suposar que els lectors ho saben tot, però tampoc cal tractar-los com a nens, perquè si llegim és per descobrir, entendre i acabar comprenent. I això sempre comporta un esforç. El científic fa camí, però el lector d’articles de divulgació, també.

———

Per cert, en José Ramón Alonso s’oposa a l’arrogància occidental i en concret a l’interès d’alguns per confirmar que el cervell de l’home blanc és més gran que els altres. Diu a més que tenim l’obligació de deixar el món als nostres fills millor de com l’hem trobat, i pensa que no ho fem.