Entrades amb l'etiqueta ‘David Fernández’

La mida de l’univers

dijous, 6/12/2018

Fem un joc: ens tapen els ulls i ens porten a un lloc tancat. Tot i seguir amb els ulls tapats, sabrem contestar si som en una habitació petita o en una catedral. Com és que, sense veure res, podem percebre de manera aproximada la mida del lloc on som?

La resposta són les ones de ressonància. Perquè, com bé ens explica la física, la forma i la mida de les estances i cavitats determina el tipus de freqüències de les ones que hi poden ressonar. La ressonància, que és la causa de la reverberació i l’eco, fa que siguem capaços de percebre la mida, de manera inconscient, a partir de sons quasi imperceptibles que arriben a les nostres orelles.

Tot plegat tampoc és res de nou. Ho saben bé els fabricants de violoncels i altres instruments de corda quan fan les caixes de ressonància per a modular i amplificar els seus sons. I és una idea que desenvolupa en Marcus du Sautoy quan es pregunta si l’univers és finit o infinit, i si això és quelcom que els humans podran arribar a saber alguna vegada, o no. No són preguntes fàcils. En John Barrow, per exemple, ens fa caure de cop del pedestal de la vanitat quan ens diu que en el camp de la cosmologia la majoria de preguntes no tenen resposta, que hem refrenar aquesta estranya fe que tenim en el poder de la ciència per a coneixer-ho tot, i que no poder respondre algunes preguntes és simplement un fet copernicà perquè l’univers no està fet a la nostra conveniència. Ens hem d’acostumar a la incertesa, a no saber, i a intentar entendre per què no podem saber.

De fet, i tornant a la pregunta sobre la mida de l’univers, tenim tres grans possibilitats. L’univers tal vegada és finit i per tant mesurable, però també pot ser infinit, i en aquest cas hi haurà coses que mai sabrem. I encara hi ha una tercera possibilitat: pot ser que sigui finit i il·limitat (en una versió 3D de la superfície de la Terra, en la que, si caminem recte, mai trobarem el final però tornarem a passar pel mateix lloc cada 40 mil quilòmetres). I en Marcus du Sautoy ens explica que, si és finit, és possible que ho puguem saber si sabem escoltar les seves ressonàncies, de la mateixa manera que quan som a una catedral. Tal vegada podrem detectar coses fins i tot de la part de l’univers que és fora del nostre horitzó visible, per les empremtes dactilars que aquesta pot haver deixat a l’espai que sí podem veure (vegeu la nota al final). El gran problema, però, és la qualitat dels nostres instruments de mesura. Si no detectem res, és perquè és infinit, o és perquè no som capaços de detectar les seves ressonàncies?. Si l’univers és finit, és possible que alguna vegada ho puguem arribar a saber i que acabem coneixent la seva mida aproximada; però si és infinit, és probable que mai ho sapiguem.

I aquí arriben miraculosament les matemàtiques que, de la mà dels pitagòrics, ens expliquen que encara hi ha alguna possibilitat que, fins i tot en el cas que l’univers sigui infinit, ho puguem arribar a saber amb tècniques de reducció a l’absurd. Tot va començar ara fa més de 2500 anys. Els pitagòrics van crear un mite i ells mateixos van descobrir que l’havien de destruir. Van creure que tot es podia explicar amb enters i fraccions, i que el nombre era l’essència de totes les coses. Però tot raonant, van veure que això era fals. La mida de la diagonal d’un quadrat no és cap fracció de la mida del seu costat. La descoberta va ser realment dramàtica. Havien trobat un resultat estrany, irracional, per simple reducció a l’absurd (vegeu la nota al final). Per això, els nombres que mesuren magnituds com la diagonal d’un quadrat, que no es poden expressar com fraccions, se’ls anomena nombres irracionals. I de fet, les matemàtiques dels irracionals van néixer de la perplexitat dels pitagòrics. Doncs bé, en Marcus du Sautoy pensa que tal vegada ens pugui passar el mateix amb l’univers: si partim de la hipòtesi que l’univers és finit, pot ser que en algun moment futur els humans trobin una llei física que porti a una contradicció. En aquest cas, si les nostres lleis de la física són certes, podríem afirmar que l’univers és infinit sense necessitat d’haver-lo intentat mesurar.

En tot cas, i en relació a les mides i la complexitat, hi ha una frase d’en John Barrow que em va fer pensar: diu que entendre el cervell i les societats humanes és molt més complicat que arribar a entendre l’univers (en sentit macroscòpic).

Les matemàtiques ens ajuden a volar. Les matemàtiques fan que puguem usar els nostres cervells finits per a poder saber coses sobre l’infinit. I, quan volem, veiem més lluny i  imaginem utopies que van molt més enllà de la realitat existent, de manera que podem tenir esperança i anar fent camí des de la profunda consciència dels nostres límits. Cap un altre món basat en la justícia global, de la mà d’aquest pensament que puja des de baix. Amb el pensament que surt dels propis límits.

——

Per cert, en David Fernández ens recorda que en Jaume Botey representava la història i l’esperança del país feta des de baix. En Jaume Botey es preguntava per exemple qui té autoritat per condemnar una altra persona; deia també que l’esperança s’esdevé més viva com més morta sembla, i que se’ns fa més necessària quan totes les portes es tanquen.

——

NOTA: Si l’univers és finit, la longitud d’ona de les ones que poden ressonar-hi, és un conjunt limitat, perquè les de més gran longitud d’ona no hi poden ser-hi.

Els pitagòrics van veure que no hi havia manera d’expressar el valor de la longitud de la diagonal d’un simple quadrat. Cap operació aritmètica ni cap fracció podia donar el seu valor, en funció de la longitud del costat del quadrat. Ho van demostrar fent la hipòtesi que sí que era possible, i veient que per pura deducció s’arribava a una contradicció, a un absurd.

Les mostres aleatòries i el consens

dijous, 19/10/2017

La imatge mostra un petit tros del conjunt de punts que obtenim amb un sistema d’escaneig de tipus LIDAR quan estem capturant i reconstruint una zona urbana. El sistema detecta, genera i ens dona milions de punts a l’espai, cada un d’ells amb les seves coordenades (x,y,z) i el seu color. El que veiem aquí a l’esquerra no és més que una munió de punts 3D (una mena de núvol), que podem analitzar i visualitzar interactivament. Mireu, per exemple, aquest vídeo o bé aquest altre. Els punts d’aquests núvols, però, són aproximats, perquè els sistemes d’escaneig, com tots els sensors, malauradament introdueixen errors. Errors que es fan més grans a mesura que els edificis que volem capturar, com el de la imatge, són més lluny.

Pensem ara en el problema de detectar, de la manera més exacta possible, la façana dels edificis. Només sabem que habitualment, les façanes són planes i verticals. Com la podem reconèixer i detectar, si només tenim punts i tots ells són aproximats? Què hem de fer per eliminar i no considerar tots aquells punts “atípics” (anomenats outliers en anglès) que poden emmascarar el resultat, com per exemple els punts de les fulles dels arbres que són propers a les façanes?

Sortosament, tenim una solució. L’algorisme RANSAC, proposat l’any 1981 per Martin Fischler i Robert Bolles, ens pot resoldre el problema. És un algorisme que cerca el consens a partir de mostres aleatòries. Podem tenir milers o milions de punts, això no importa massa. N’escollim N (per exemple, 50) a l’atzar. Fem la hipòtesi que aquests N punts són de la façana que volem detectar, i calculem un pla vertical F que els aproximi. Això no ha de ser difícil, perquè podem utilitzar tècniques de regressió i perquè només estem utilitzant un conjunt reduït de N punts. I ara ve el pas important: analitzem quin consens té aquest pla F entre tots els altres punts. Això tampoc és complicat. Només necessitem una tolerància que anomenaré T (per exemple, un centímetre). Llavors, per cada un de tots els altres punts del núvol, mirem si la seva distància al pla F és o no més petita que T. Si és més petita, és que aquest punt “accepta” el pla F. A final, acabem tenint una mesura del grau de consens que genera aquest pla F, en base al percentatge de punts que l’accepten. La resta de punts, en canvi, són atípics (outliers) en relació a F. fet això, en aquest moment ja hem aconseguit tenir una primera estimació de la façana. Però ara, l’algorisme RANSAC repeteix tot el procés amb uns altres N punts a l’atzar, troba un nou pla F’, compara el grau de consens de F i F’, i es queda amb el que en té més. I això ho va repetint una i altra vegada, comparant cada vegada el consens del nou pla amb el millor consens de tots els anteriors, fins que decidim que l’aproximació de la solució ja és prou bona.

L’algorisme RANSAC és no determinista, perquè les mostres són aleatòries. A més, només és segur que ens trobarà la millor solució possible si no tenim pressa i el deixem que vagi provant anys i anys. Si, en canvi, l’aturem en un cert moment, només podem afirmar que la solució serà correcta amb una certa probabilitat. En tot cas, l’experiència demostra que en general acaba donant molt bons resultats i separant les dades útils (inliers) de les atípiques (outliers) en un temps raonable. Un cop separats, podem eliminar aquests punts atípics i quedar-nos amb els punts que ens determinen bé la façana, perquè RANSAC ens ha detectat tot allò que ens pertorbava la solució del problema.

Els humans, de fet, no som tan lluny d’aquest consens de mostres aleatòries. Si fem l’exercici de substituir núvols de punts per grups socials i rellegim els paràgrafs de dalt pensant en persones en lloc de punts, l’algorisme RANSAC segurament ens recordarà el nostre comportament quan escollim comissions, votem representants, o bé discutim projectes urbanístics o d’altre tipus que les administracions exposen públicament. En tots els casos, l’objectiu és obtenir el màxim de consens de la resta de la societat. La única diferència amb l’algorisme RANSAC és que nosaltres aviat ens cansem, mentre que ell no. No és fàcil, això de canviar la mostra. Costa canviar i fer refer projectes, costa renovar comissions i revocar representants per tal de millorar el consens. És així. És la condició humana. Per bé i per mal, no som màquines.

———
Per cert, en David Fernàndez diu que segurament, l’única contrarevolució en marxa avui és l’ofensiva autoritària, devastadora i neoliberal que recorre el planeta. Replegaments de la por i una estranya retrotopia, diu, quan en difícils temps de crisi l’extrema ambigüitat de la condició humana es dirimeix sempre, antagònicament, entre la brutalitat i la cooperació.