... Somos afortunados de estar hoy acompañados por el doctor Stephen Morris. El es catedrático "J. Tuzo Wilson" en Geofísica en la Universidad de Toronto. Tiene una Licenciatura y una Maestría por la Universidad de Columbia Británica y un Phd. por la Universidad de Toronto donde ha estado, me parece ya durante algún tiempo, ¿10 años, 15 años? ¡Desde siempre! Ha estado ahí casi desde siempre y tiene dos premios en enseñanza por la Universidad de Toronto. Ha sido profesor visitante en la Universidad de Cambridge y es miembro de La Sociedad Americana de Física. Dirige en Toronto el Grupo Experimental de Física No-Linear que de acuerdo a su página web no solamente dirige sino que es el principal recaudador de fondos y recepcionista del grupo, así que es muy polifacético. gracias por acompañarnos y tomarte el tiempo para conversar con nosotros hoy. Hola Me gustaría tal vez empezar con... si pudieras hablar sobre qué fue lo que te llevó a Dinámica No-Linear o Caos en primera instancia ¿Cómo te involucraste en lo que sea que estés involucrado? Empecé hace mucho tiempo trabajando con cristales líquidos, que son una especie de tema en materia suave. Un tema en Ciencia Material y materia suave. Lo que es interesante en cristales líquidos son las transiciones de fase cambias su temperatura y los cristales líquidos cambian a una fase diferente. Los cristales líquidos son muy visuales. Puedes usar el microscopio o los ojos, y puedes ver sus transiciones de fase fácilmente, y es un paso pequeño desde ahí a la formación de patrones, que son sistemas de dinámicas no lineares donde si son conducidos con algún tipo de fuerza, y si incrementas esa fuerza por sobre algún límite entonces un nuevo patrón emerge y eso es más o menos como una transición de fase. De hecho la teoría de transiciones de fase y la teoría de bifurcación de sistemas no lineares son realmente primos muy cercanos y los experimentos son incluso bastante similares aunque uno es un sistema de equilibrio; el sistema termodinámico y el otro es un sistema no-equilibrado pero a fin de cuentas eso no es tan importante. Básicamente el experimento es muy similar. Puedes ver transiciones entre sistemas y patrones mediante el cambio de sus parámetros y puedes tomar fotos muy claramente así que es realmente muy similar a Física de materia condensada Mucha gente de mi generación que hace formación de patrones llegaron aquí desde Física de Materia Condensada originalmente Especialmente Física de Materia Condensada Suave así que así fue como empecé. Me pregunto... quiero decir, en mi antecedente en la escuela de posgrado estaba empezando con Teoría de Alta Energía de la cual disfrutaba el método pero parecía estar más y más lejos de la realidad y una de las cosas que me impulsó a Caos y Dinámicas No-Lineares fue de cierto modo la Física cotidiana Si, si Suena como si eso ha sido también un tema en tu trabajo? Totalmente. Me gusta mucho El aspecto visual que tiene, me gusta empezar a hacer experimentos con partes simples y es muy fácil en este campo simplemente caminar por la calle, mirar algo y llevarlo al laboratorio y hacer un experimento a partir de eso y será la primera vez que será hecho. Es casi exactamente lo opuesto al LHC (Gran Collisionador de Hadrones) el LHC es cada vez más grande más y más caro con más y más gente y toma más y más tiempo hacer un experimento. Y en este campo es... la mayoría de la cosas son simples y más simples, diestras y más diestras, fáciles y más fáciles. Solamente requieren una persona. Así que... Usualmente, un estudiante de pregrado es quien construye el primer y último experimento y entiende el fenómeno por primera vez. Eso es muy atractivo. Y para mí, por lo menos siempre he sentido que aunque son fenómenos simples y cotidianos la matemática detrás de ellos no es más ni menos bella que las matemáticas detrás de la Teoría de Cuerdas, quizás hasta más porque describe el mundo real! Si Yo creo que es más bella, si, y es usualmente muy difícil. Una de las razones por las que no fueron hechas antes es el hecho de que son difíciles. Todavía no entendemos mucho de lo que parecen ser fenómenos cotidianos. La razón es que no cuadran en estándares Hamiltonianos o de Física de Equilibrio que solemos enseñar a la gente, que dice que a físicos de primer año que la fricción es, ya sabes, una especie de fuerza extra molestosa que tenemos que tratar de excluir de nuestras ecuaciones pero la verdad es que es un fenómeno de organización poderoso y no puedes entender fluídos sin viscosidad, no puedes entender movimiento sin fricción y bueno, es crucial y muchas veces estas cosas eran vistas con las herramientas de Física del siglo XIX ¡Años atrás! Y esas herramientas han sido enormemente mejoradas y todo tipo de numerosas nuevas ideas han florecido, muchas a partir de Física de Materia Condensada así que es... por el otro lado experimentalmente tenemos vastas herramientas que no teníamos antes incluso simplemente como cámaras digitales, por ejemplo. Correcto! La idea de que ahora puedes seguir miles de [?] mientras estudias y simplemente analizar imágenes, antes no podías nisiquiera tomar tantas imágenes así que... es como Grandes Datos repentinamente tenemos Grandes Datos en fenómenos cotidianos, cosa que no teníamos antes. Eso significa que los experimentos de laboratorio pueden ser muy sofisticados porque todo lo que estoy usando es una cámara SLR comercial y una computadora, y estas cosas son muy poderosas hoy en día comparadas con lo que eran solamente 20 años antes. Cierto! Hay algún... experimento de formación de patrones como ese tipo de experimento de estudiante de pre-grado, de una sola mesa de trabajo que es particularmente, o que pudieras describir un poco para nosotros? Yo estoy pensando en carámbanos porque veo fuera de mi ventana y todavía hay hielo por todas partes pero pueden ser carámbanos o algo más. Tengo un experimento de carámbanos, uno en el que he estado trabajando ahora mismo y es exactamente lo que pensarías que es. Es algo de mesa de trabajo, es un tipo de gran refrigerador que construimos en una mesa de trabajo. Produce una región pequeña de -10 o -20 grados Celsius. Goteas agua en el tope con una bomba peristáltica para verter el agua lentamente. Remueves el aire de dentro y cuidadosamente controlas todas las condiciones y creas un carámbano y hay una ranura al final de la caja en donde pones una cámara y sigues el crecimiento del carámbano durante muchas horas y podemos usar la imagen digital para seguir el borde del carámbano como una función de tiempo así que sabemos exactamente... y pesamos el agua que corre fuera y medimos la humedad, medimos el flujo de aire en la caja, así que podemos producir carámbanos bajo condiciones completamente controladas. Si Y esto es por poco y no ha sido hecho jamás. Hay pocos experimentos en los que la gente hace carámbanos y básicamente miden la longitud y peso y hacen un cálculo bruto de cuanto hielo hay dentro, pero la cuestión de qué forma tiene un carámbano es una pregunta sutil, y este es un ejemplo de un problema de límites móviles pues tienes una interface entre hielo y aire. Hielo, agua y aire. Y necesitas escribir ecuaciones diferenciales o modelos que describen el movimiento de esa interface. Así que el resultado de la teoría sería una especie de historia de tiempo de la forma, crecimiento y longitud del carámbano o cualquier cantidad de [?] Y esto ha sido extremadamente complicado nunca nadie lo había hecho es mucho más complicado de lo que uno pensaría y hubieron sorpresas por ejemplo los carámbanos tienen ondulaciones. Muchos carámbanos, si vistos desde la ventana, pueden tener una textura ondulada Resulta que esas ondulaciones son extrañamente universales. Son casi exactamente de 1cm en longitud de onda en cualquier lugar del mundo, siempre lo mismo, independientemente de la temperatura del flujo de agua... ¡todo! Nadie entiende por qué razón esas ondulaciones existen. También hay ondulaciones en estalactitas que son como "los carámbanos de roca" al tope de una caverna. Y éstos crecen de forma similar pero no exactamente análoga. El agua corre por sobre la forma, así que el flujo del agua determina la forma y la forma determina el [inaudible] Y por alguna razón que todavía no entendemos las ondulaciones también se forman en estalactitas. Por esto siempre estamos buscando por lo que podría llamarse lo "universal" o la "universalidad" en formación de patrones. Por ejemplo un patrón con ondulaciones que observas es generalmente conducido por Física subyacente muy diferente, pero básicamente todas son ondulaciones todas tienen la misma simetría, todas tiene el mismo tipo de defectos. Las ondulaciones genéricamente se mueven en la dirección de [ininteligible] Por ejemplo, las ondulaciones en los carámbanos se mueven hacia arriba lentamente. Así se forman. Esto no era realmente muy conocido anteriormente a los experimentos. Si. El experimento es muy simple y reposa en un escritorio del tamaño de un refrigerador y uno lo construye por sí mismo. Bien. Una de las cosas que you creo que es diferente acerca de Caos y Sistemas Dinámicos y otras áreas en Física es quizás un poco de lo que describías y si estuvieras tratando de formular un modelo para la formación de carámbanos un enfoque es comenzar muy detalladamente con toda la física básica pero otras es quizás empezar con un nivel un poco superior y decir, tal como tu decías, "Hay algo en común acerca de ondulaciones. Veamos si podemos aprender sobre ondulaciones independientemente de si son ondulaciones en agua o piedra. Si, si. Y eso para mi es lo que tiene un sabor diferente tratando de Física No-Linear y el tipo de trabajo que tu haces y Caos, etc... ¿Suena eso correcto? Si, eso es correcto. Muchas veces uno puede cualitativamente reproducir un comportamiento universal usando lo que yo llamo "ecuaciones modelo" donde a menudo simplemente estás conjeturando simetrias. Es como si el modelo estándar de Física de Partículas es solamente aproximar esta conjetura por una simetría estimada al principio. Si. Y puedes hacer esos tipos de modelos en patrones si sabes la simetría puedes escribir las ecuaciones básicas. Y a menudo eso es suficiente, no necesitas realmente hacer un modelo detallado de la Física subyacente. Las "ecuaciones modelo" a menudo contienen todas las dinámicas que los patrones tienen para muchos sistemas diferentes sin ningún trabajo adicional, en cierto sentido. Esto te dice que las características de ese patrón son genéricas y no están relacionadas con la Física subyacente directamente. Estas emergen del nivel de las ecuaciones del modelo. Esto es más o menos análogo a lo que la gente hace en transiciones de fase o en problemas de materia condensada donde usan lo que llamo "aproximaciones restrictivas". En lugar de escribir la ecuación de Schrödinger para cada átomo escribes una versión simplificada, hamiltoniana o lo que sea, que contiene solamente unos pocos grados de libertad y esperas que sean los relevantes, y el argumento siempre es que todo el resto se normalizará o desaparecerá en el modelo final de cualquier modo y es bastante común en Materia Condensada el hacer modelos de ese tipo, así que trabajamos en un estilo que es heredado de Física de Materia Condensada en ese sentido, donde el argumento que deja fuera todos los detalles se considera elegante y simple, si puedes recuperar la mayoría de los fenómenos de pocos parámetros ajustables y un modelo que es mínimo en cierto modo, eso se considera a menudo un mejor modo de enfoque que el tipo de método de computar todo con fuerza bruta. En las Ciencas de la Tierra como en Climatología y Geografía o Geofísica es a menudo un enorme modelo de computadora lo que la gente tiende a usar. Eso tiene una característica que usualmente va mejor con el fenómeno en detalle pero es monstruosamente más difícil de entender. Lo corres y el resultado sale y esperas que sea correcto y haces lo mejor para ajustar tus parámetros y ser realista pero esa es simplemente una forma de trabajar distinta. Nosotros tendemos a favorecer el panorama simplificado. Si tiene ondulaciones son las mismas ondulaciones en ese nivel Si, si, absolutamente. ¿Por qué un carámbano es largo y puntiagudo? Bueno, por la misma razón que una zanahoria es larga y puntiaguda: la punta crece más rápido que los lados. Si escribes una simple relación de escalas entre el modo en el que la punta crece pudes predecir la forma aproximadamente. Existe tal teoría para los carámbanos al igual que para las estalactitas y las zanahorias, pues si retrocedes y miras es también una teoría para las zanahorias. ¡Ah, bueno! No tratas de explicar todo acerca del objeto, solo tratas de capturar, lo que llamamos, la Física relevante crucial. Lo que es, creo yo, un efoque complementario muy adecuado a esa actitud de crear un gran modelo que puedes usar para predecir el modo en el que estos gigantescos modelos climáticos son, no quieres descartarlos pero tener ambos acercamientos es una mejor situación. Bueno, tienen diferentes propósitos. No están tratando de entender el clima están tratando de predecirlo. Si. Que no es la misma cosa. Si la computadora ejecuta procesos misteriosos y predice correctamente el clima entonces no te importa cual sea el proceso, de cierta manera. No necesitas saber el por qué. Exactamente. Casi nada más crees que el resultado es el correcto. Verdad, si, si. Pero nosotros estamos jugando un juego distinto. Queremos saber el por qué. Y eso tienen que ser simplificado al nivel en el que un ser humano pueda explicarlo a otro ser humano. Correcto. Un calculo computado no siempre puede hacer eso. Si, por supuesto. Así que una de las cosas, viendo tu trabajo, tanto tus vídeos en YouTube y las fotografías que tienes en Flickr, y postearé sus links en la parte inferior del vídeo en el sitio Complexity Explorer de forma que la gente pueda revisarlos, parece que has delineado... hay un componente estético en algunas de las cosas que haces, hay un sentido de diversión, que simplemente te gustan estas cosas y te gusta cuando a otras personas también les agrada. Eso es correcto. Sabes, siempre, secretamente supongo, siempre lo he hecho por esa razón porque me gusta cómo se ve y se siente Si. Y no es una motivación científica del tipo estándar, supongo. Aunque a menudo escuchamos por parte de teóricos de cuerdas que trabajan por la belleza de sus ecuaciones. Si. Yo trabajo por la belleza de los fenómenos y tengo una idea my específica de lo que eso es y sé que cuando lo veo. Y recientemente, en los últimos par de años he "salido del clóset" y lo he expuesto un poco más así que he puesto muchas de mis fotografías y vídeos en contexto de galerías de arte y en otros lugares básicamente para apreciarlos por su componente estético o tal vez por su elemento sorpresa. Mirando el cambio, si lo relacionas con el vídeo, mirando el cambio de verlo danzar o haciendo pequeñas espirales es divertidísimo, creo yo. Parecen estar bailando al compás de la música. Y es una especie de, ya sabes, ¿por qué diablos hacen eso? Y podemos proceder y hacer ciencia con eso por supuesto y también simplemente apreciarlo por lo que es. Así que tal vez solamente por el elemento humano que tienen. He hecho mucho de esto últimamente. Tengo lo que llaman, un Departamento de Arte en donde cambio el propósito de mis imágenes científicas que son hechas en el laboratorio. Las re-direcciono como fotografía, como fotografía artística. Una de las cosas acerca de las que te escucho hablar me recuerda... En un par de ocasiones he tenido estudiantes en mis clases construyendo ruedas caóticas de agua ¡Ah, claro! De las cuales de hecho no hemos hablado en esta clase, déjame explicarlo brevemente. Esta es una analogía mecánica de las ecuaciones de Lorentz y es una rueda de agua con un contenedor que gotea y que espontáneamente marcha atrás por sí mismo, y estas están acopladas con ruedas de bicicleta y mangueras y vasos plásticos, ya sabes, no son dispositivos experimentales sofisticados. Pero cuando la rueda va en una dirección y completa la primera vuelta hay usualmente una risa espontanea, y siempre me he preguntado... supongo que es simplemente agradable ver algo que se ve mecánico y como un aparato de relojería, solo [?] contigo. Si, bueno, otro que hago a menudo es un doble-doble péndulo es como un péndulo articulado doblemente y se parece a una persona moviendo sus brazos. Si, y creo que la gente esta atraída hacia objetos que hacen cosas sorprendentes, sean mecánicas o visuales y eso es lo que los sistemas no-lineares hacen. En Caos se veo como si algo esta sucediendo a partir de su propia voluntad en cierto modo. Si, absolutamente. Cuando la rueda se revierte es como si estuviera haciendo un tipo de decisión humana. Y sabemos que no lo está haciendo pero es igualmente sorprendete y de cierta manera cómico. Si, y creo, creo que está bien pensar, en términos de formación de patrones, que el carámbano no está tratando de ser un patrón pero uno puede obtener estos agradables e interesantes patrones prácticamente de la nada, son solamente parte inherente del mundo creo que es una noción muy divertida, por lo menos para mí. Algunas veces llamado "auto-organización" Si. Así que eso implica de manera extraña el carámbano en sí mismo. Correcto. No creemos que es así pero... Probablemente ¿quién sabe? ¿quiénes somos nosotros para decidirlo? Se llama "auto-organización" porque hay esta intuición de que el objeto en sí decide lo que hay que hacer y no es impuesto por una fuerza exterior y esa es una idea atractiva, creo yo. Si, si, absolutamente No crees que tiene un ser, o una opinión, o... Así que finalmente una de las cosas que acerca de las cuales estaría interesado en escucharte hablar es que tienes un curso en Toronto llamado "Emergencia en la Naturaleza" que es como una clase, tal vez de nivel similiar, tal vez con un poco menos de matemática que en esta clase, que trata de temas en formación de patrones y dinámicas no-lineares y tengo curiosidad sobre qué fue lo que te impulsó a enseñar esa clase y cuál ha sido tu experiencia. Bueno, yo diseñé el curso precisamente porque quería enseñar este tipo de cosas así que no fui presionado para hacerlo sino que lo hice, desde cero. La idea central de la clase, y es una clase introductoria, no hay matemáticas en absoluto. La idea central es... hay esta manera estándar de hacer Física con reduccionismo donde de-construyes el objeto hasta que llegas al modelo estándar de Física de Partículas o algo así. La idea central de la clase es la gran cadena de ser, la idea de que hay esta gran cadena de lo más complejo a lo más simple y siempre descendemos en reduccionismo y la idea es ir por el lado contrario, construir y ver como las cosas son explicadas en términos del nivel descriptivo previo así que en efecto hablamos sobre Física de Partículas y enfatizo cómo el protón emerge de de la interacción fuerte y cómo núcleos emergen de las fuerzas nucleares que de alguna manera están relacionadas con la interacción fuerte y construimos átomos, moléculas, vida... es un enfoque anti-reduccionista. La idea es enfatizar la idea de construir desde la explicación más simple y la idea de cuánto tienes que poner dentro para hacerlo. No puedes simplemente reducir objetos y parar y explicarlo todo. El origen de la explicación involucra ir arriba y abajo en la cadena todo el tiempo y.... hay muchos fenómenos que son realmente solamente comprensibles en un nivel alto en la cadena como... hablamos acerca de patrones emergentes, hablamos acerca de estructuras sociales emergentes y redes, y criticalidad auto-organizada, que tal vez es algo de lo que tu hablas... Todas estas ideas. Y las dinámicas no lineares están ahí, la formación de patrones esta ahí, pero también muchas otras cosas. Ciertamente, si. [inaudible] Y es un intento de, de alguna forma romper el modelo estándar de los cursos introductorios que es como... Estoy seguro de que tu probablemente enseñas uno. Si. Sabes, es como Física 101 siempre tiene los mismos temas, siempre se habla sobre los griegos y, ya sabes. Así que es un intento explícito de ir por el lado equivocado hacia el lado superior de [inaudible] Y, ¿cómo reaccionan los estudiantes? ¿cuál ha sido su respuesta? Hay alrededor de 100 personas en el curso. Bueno, la Universidad de Toronto es muy grande así que hay todo tipo de reacciones. Es tomada por muchos estudiantes de Humanidades que vienen de una variedad enorme de antecedentes incluyendo música y arquitectura, así que ellos toman cosas que están relacionadas con sus propios antecedentes que es usualmente bastante sorprendente. Cada año les pongo a hacer una de las tareas calificadas donde una de las opciones es "Haz algo creativo" como hacer una canción, o un poema o una ópera, o una escultura o algo. Algunos estudiantes producen vídeos de YouTube muy graciosos de sonetos que han escrito sobre el modelo estándar de Física de Partículas Bueno. La respuesta a tu pregunta es: (El curso) atrae a estudiantes que tienen, o están inmersos en otros campos y que toman ideas de Física y ponen esos otros campos en contexto. Si hablas acerca de sistemas emergentes hablas acerca de básicamente todo así que todo el mundo obtiene algo de ellos. Si, yo enseño una clase aquí, no es sobre sistemas emergentes sino sobre Caos y Fractales y algo similar ocurre, tengo estudiantes... afortunadamente las clases aquí son pequeñas, de 15 a 20 y los estudiantes hacen un proyecto final pueden hacer prácticamente cualquier cosa y dentro de los últimos 10 años creo que han hecho prácticamente todo lo que es posible desde presentaciones estándar, poemas, esculturas, obras de teatro, shows de títeres, quiero decir todo tipo de cosas y es muy divertido ver cómo la gente puede tomar estas ideas y aplicarlas en modos en los que yo nunca hubiera siquiera imaginado. Si, eso es parte del proceso de asimilación. Salir de tu propia... El maestro no puede simplemente imponer un punto de vista sobre ti, tu vienes ya con uno. Correcto. Así que ayuda hablar sobre fenómenos que están directamente conectados con la experiencia de forma que un músico puede pensar sobre el instrumento. Que es lo que saben realmente bien. Si, si. Y también hago fractales y otras cosas pero todo en una narrativa larga que esta conectada a esta idea de ir de abajo a arriba en la escala. Terminas hablando de cómo la mayoría de los sistemas complejos, habiendo hablado primero de los sistemas complejos supuestamente más simples en sistemas de partículas fundamentales. Y al final hablamos de sistemas sociales y conciencia y el "dilema del prisionero" ese tipo de cosas. Si, si, mucho grano para el molino. Exactamente. Y es usualmente un gran cambio con las comúnmente horribles clases de ciencia que han tenido. Si, eso espero! Si, suena así! Es usualmente el único curso de física que toman en su vida porque son típicamente estudiantes de [?] tal vez lo re-toman en escuela secundaria pero eso es todo. Si, siempre he pensado que si alguien va a tomar una sola clase en Matemáticas, Física o Ciencia, tiene que ser sobre lo mejor y más interesante. Y a menudo, al menos en Estados Unidos, los estudiantes... su última clase de matemática es pre-cálculo Que parece tan trágico... Sería como si tu última clase de literatura fuera "pre-Shakespeare" No tienes permitido siquiera aprender Shakespeare sino que tienes que tomar pre-Shakespeare y te dijeran: "No eres suficientemente bueno vete de aquí" Así que realmente pienso que necesitamos más clases que exponen a los estudiantes a las realmente interesantes áreas de de la matemática. Si, y por supuesto como es un curso cualitativo, donde no esperamos que se conviertan en expertos. Ninguna de las tareas o lecturas son matemáticas. Así que les insto a que digan realmente lo que piensan sobre eso. No que escriban un ensayo como si supieran de lo que están hablando necesariamente pero que me digan lo que piensan sobre el tema así que, si, es una clase divertida. Bien, suena divertida. ¿Vas a volver a enseñarla? ¿Está en tu rotación? Ahora esta siendo enseñada por alguien más. [ininteligible] Bueno, tenemos un ciclo muy grande de cursos Claro, si. De momento enseño Mecánica de segundo año que me permite hablar sobre Caos y hasta Fractales y demás. Dentro de Mecánica de segundo año uso Python, y los estudiantes tienen que aprender Python y hacen Mecánica con Python y al final del curso cuando hacemos el modelo de Lorentz y ese tipo de cosas, ellos integran todo con Python. Excelente, excelente. Suena muy bien. Bueno, creo que es lo cubre todo creo que repasamos las cosas que quería repasar. Muchas gracias por tu tiempo y tus ideas. No sé si tendré la oportunidad de tomar tu curso algún día pero estoy ansioso de hacerlo. Me alegro que otros están también tratando de distribuir estas ideas, nadando en la dirección incorrecta del reduccionismo, tratando de difundir ese enfoque un poco al menos. Bien. Muchas Gracias. Adiós, cuídate.