Simetría

En la cosmogonía Indú, el universo aparece representado como cuatro grande elefantes, y sobre ellos hay un tortuga, y sobre esta última, aparece el mundo como un gran disco limitado por grandes abismos llenos de todo tipo de demonios, monstruos y cosas horribles, este escenario que se antoja en una primera opinión algo fantasioso, y seguramente lo más cabal es recomendar a su autor que varié la dieta, o por lo menos deje de beber lo que habitualmente hace y en la cantidad que lo hace, sin embargo sí que podíamos establecer una similitud con la física actual y darle un sentido más racional, no sin hacer un ejercicio de abstracción que siempre puede parecer demasiado, pero bueno ahí está. En la física esos cuatro elefantes son las cuatro fuerzas básicas, la gravedad, la electromagnética, la nuclear débil y la nuclear fuerte, pero la tortuga que es la clave de todo, es la que armoniza la posición de los elefantes, en nuestro universo esto papel lo hace la simetría.

En principio puede sorprender esta afirmación, pero pensemos en los isómeros, son moléculas en principio con la misma composición química, pero presentan configuraciones moleculares distintas, donde uno es la imagen especular del otro, y esto que en principio podría parecer una diferencia sin importancia, le confiere a cada una de las moléculas propiedades físicas y químicas distintas, algunas de ellas como desviar la luz polarizada con un determinado ángulo o cristalización distinta parece anecdóticas, pero en la moléculas que forman la vida están compuestas únicamente por un tipo de moléculas, solo un tipo de quiralidad y esto tiene algunas consecuencias realmente inquietantes, podemos encontrar dos isómeros, que uno sea beneficiosos para la vida, mientras que otro es un potente veneno, o sea la vida solo acepta uno de los dos tipos de moléculas y en principio esto es difícil de explicar, pero queda claro que este tremenda diferencia la establece la simetría un concepto mucho más cercano al conocimiento abstracto que a la física, pero en este caso la gobierna de una manera casi perversa o quizás armónica todo depende de cómo se mire.



Pero la simetría no solo aparece en el universo de manera espontanea también somos capaces de utilizarla en ingeniería, o en sistemas que más tarde nos sirven para algún propósito, realmente la simetría para poder modelar comportamientos o simplificar cálculos es una herramienta tan potente como las propias leyes físicas, yo diría que más incluso, por que aprender que dos contrafuertes opuestos mejoraban la estabilidad de una iglesia Gótica era algo conocido incluso antes de que Newton formulara sus leyes de la mecánica clásica, también se utiliza en sistemas menos evidentes, en el diseño de circuitos para anular los efectos de los aumentos de temperatura sobre los transistores y permitirles operar en un rango de temperaturas mayor o también aparece en los comportamientos humanos, parece ser que nuestra percepción de belleza tiene mucho que ver con la simetría, esta percepción de belleza aumenta en los individuos con rasgos simétricos, mientras que la fealdad estaría ligado a lo contrario, a la asimetría. Esto tiene una explicación más sencilla de lo que pudiese parecer en un primer momento, si evaluamos la simetría es para conocer la calidad genética y de salud de la persona, una cara asimétrica significa una peor calidad genética y una pero salud, su simetría se ha roto por accidente o enfermedad, la simetría funcionaria como un CRC que rápidamente seríamos capaces de tener una evaluación, con lo cual mejoraríamos nuestra toma de decisión para procesos como elegir una pareja, así de simple o así de complicado.

La era del spin (y III)

Hasta ahora la aplicación que le hemos dado a nuestra “válvula de spin”, que así es como aparece en la literatura de estado sólido tampoco aporta una mejora sobre lo que teníamos antes, afín de cuentas los discos duros tienen partes móviles que es una gran limitación en cuanto a velocidad, ya que los movimientos de los cabezales para seleccionar en que parte de la superficie del disco posicionarse para leer siempre es mucho más lenta que la lectura por cualquier medio, problema que se agrava si aumentamos la densidad de datos sobre las superficies, además esta lentitud que nos imponen las partes mecánicas terminan por condicionarnos el rendimiento de todos los dispositivos de tratamiento de información, que en el caso de los ordenadores, puede llegar a ser dramático, lógico sería utilizar otro tipo de almacenamiento o memoria, por eso los ordenadores tiene memoria RAM, pero la memoria RAM si bien es muy rápida, tiene el inconveniente de ser volátil, con lo cual necesitábamos los discos magnéticos o discos duros para almacenar la información permanentemente, o perderla una vez apagado el ordenador, pero la RAM tiene otra desventaja operativa y es que debe ser alimentada constantemente, para resolver estos inconvenientes han ido apareciendo dispositivos de almacenamiento que se denominaban genéricamente memoria y discos de estado sólido, lo cual es como ir a un restaurante y pedir chuletas de vertebrado.

Todos estos productos intentan superar la limitación de la volatilidad y la lentitud por las partes mecánicas de los anteriores dispositivos, y están basados en las propiedades magnéticas de la materia, pero a su vez no tiene un comportamiento optimo por varias razones, primero las velocidades de escritura son inferiores a las memorias RAM, y segundo tiene una limitación en el numero de escrituras, lo que limita la vida y requiere de una electrónica extra para gestionar las pérdidas de almacenamiento, esto ha encontrado un dispositivo con prestaciones aceptables para la sustitución de los discos duros, o de caches aceleradoras para ellos, y sobre todo en dispositivos portátiles ya tienen un menor peso, un menor gasto energético y mayor velocidad, pero con todo todavía se pueden mejorar estos dispositivos, si ya tenemos que nuestra válvula puede estar magnetiza paralelamente o antiparalelamente, haciendo que varié su resistencia al paso de la electricidad, entonces si creamos una rejilla de conductores con la válvula en cada nodo habremos creado una memoria, funcionalmente igual a una memoria RAM, pero tiene varias ventajas con respecto a esta, en primer lugar para preservar el estado de la memoria no necesita alimentación, dicho de otra manera, cuando apaguemos el ordenador y volvamos a encenderlo, los datos no se habrán perdido, por otra parte es mucho más sencillo que una celda de memoria RAM, formada por múltiples transistores y por último permite ser integrado con una tamaño menor, con estructura casi moleculares, este tipo de memorias se denominan Magnetoresistentes RAM o MRAM, y se usan en dispositivos como los ipod.

A pesar de todo esta tecnología es más interesante por lo que promete que por lo que en estos momentos es capaz de hacer, por ejemplo podríamos esperar que hubiese procesadores cuyos bloques funcionales se pudiesen reprogramar, así como en electrónica la circuitería de cálculo de coma frotante solo hace eso, con esta electrónica podríamos cambiar la polarización para cambiar la función que realiza, esto supone que los procesadores tendrían una arquitectura muy flexible, y que podrían reconfigurarse para adaptarse a la virtualización, o crear un runtime con un conjunto de instrucciones de java y sobre todo que los bloques funcionales que no se utilizasen convertirlos en otros, con un mejor aprovechamiento de los recursos, pero además podríamos tener la memoria también dentro del procesador, con lo cual la limitación de los chipset de comunicación memoria-procesador se superaría, también el software sería más sencillo, por poner un ejemplo un gestor de base de datos ya no tendrá que tener procesos que se encargue de que los datos en memoria pasen a los discos de almacenamiento, ni los mecanismos para que esto sea consistente, con lo cual solo tendrá que preocuparse de las operaciones de datos, para lo cual dispondrá de más CPU y mejor acceso a los datos, pero en el caso de los dispositivos móviles se dispondrá de mucho memoria y CPU con un bajo coste de energía y un peso muy liviano, pero claro hay que saber cuando esto estará disponible, preguntado por esto Fert respondió que diez años, bueno los científicos tienden a ser más optimistas de lo que debieran, hay que recordar que anteriormente ya se pusieron plazos para la vacuna contra la malaria, la cura del cáncer o el primer ordenador óptico, y todas las previsiones sean superado, también hay que entender que la gente que trabaja en investigación necesita fondos, y con previsiones negativas estos no llegan, además I+D+I afín de cuentas son proyectos de alto riesgo, y los riesgos se gestionan con tiempo y dinero.

La era del spin (II)

Sería difícil volver a un mundo sin electrónica, sin todos esos dispositivos que utilizamos todos los días, incluso los que no son visibles en nuestro día a día, seguramente nos levantamos por la mañana y nos despierta un radio-despertador digital, nos damos una ducha y nos calentamos el desayuno en un aparato microondas, mientras vemos la televisión desayunamos y cogemos el autobús, que mandando un sms con nuestro móvil no dice cuanto tiempo falta para el siguiente y seguramente en el trabajo nos espera un ordenador, una maquina de fichar, un coche con gps y electrónica de control, bueno a estas alturas creo que nadie tendrá la mínima duda que vivimos en la era de la electrónica, y si tiene dudas intente vivir solo una semana sin ningún dispositivo electrónico, imposible, pero no solo esto sino que cada vez parece que tenemos nuevas necesidades que las cubrimos con nuevos aparatos más rápidos, más bonitos y que nos ofrecen nuevas funcionalidades, sin ir más lejos acabo de ver un programa de televisión donde un brazo biónico se ofrece como solución para quien pierda el suyo, con la promesa de nuevas funcionalidades dentro de poco, la electrónica nos ha ofrecido un montón de usos y de capacidad de cálculo a un precio razonable durante mucho tiempo, pero parece que ya la hemos exprimido hasta el límite le pedimos más en menos, y empieza a mostrar sus limitaciones, demasiado calor en los CPD, y demasiado consumo eléctrico y lo que nos parecía tan pequeño a fuerza de convivir con ello, ahora nos parece enorme.

Hasta ahora la electrónica sacaba provecho de las propiedades eléctricas del electrón para construir dispositivos (Transistores, diodos, etc.), y estos dispositivos se aprovechaban para construir funcional, analógicos o digitales que eran capaces de realizar las funciones deseadas, desde amplificadores, rectificadores, sumadores, etc. Pero el electrón tiene un número cuántico denominado spin, que puede tomar dos valores ½ y – ½ x H, donde H seria la constante de Planck, entonces el electrón no solo tendría energía eléctrica debido a su carga, sino magnética debido a su spin, la tecnología que intenta sacar provecho de estas propiedades, se le llama espintrónica o también computación cuántica. Para entender cómo se puede sacar provecho de esta propiedad hagamos una analogía con la electrónica digital, yo puedo tener un flujo de electrones con spin ½ ó – ½ , sería equivalente a Vcc que puede ser equivalente a 1 y Vbb que puede ser equivalente a 0, entonces imaginemos que nuestro dispositivo presenta una gran resistencia al spin positivo, y prácticamente nula al spin negativo , en el primer caso la resistencia haría que se produjera una diferencia de potencial Vcc=1, cosa que no ocurriría en el segundo con Vbb=0 osea = 0 logico, esto podría ser un dispositivo spintrónico. Bueno entonces para aprovechar las propiedades del spin necesitamos un comportamiento físico que dependa de esta magnitud, y ahí es donde hay que rebuscar entre el equipaje de la física de estado sólido.

Existe un efecto físico que se denomina en la literatura científica, la GMR, que se puede leer como magnetoresistencía gigante, y un campo magnético externo puede gobernar el valor de la resistencia del dispositivo, el efecto se observa cuando capas delgadas ferromagnéticas se alternas con otras no ferromagnéticas, las capas magnéticas tienen una magnetización antiparalelas por la influencia de los respectivos campos magnéticos, y el dispositivos mantiene una resistencia grande, pero si se aplica un campo magnético externo, ambas magnetizaciones se alinean y la resistencia del dispositivo cae apreciablemente, este descubrimiento supuso que el Francés Fert y el Alemán Grünberg les concedieron el Nobel de Física en 2007, este dispositivo tiene una aplicación inmediata en los dispositivos magnéticos de almacenamiento masivo, estos dispositivos están formados por materiales magnéticos, estos están divididos en pequeñas superficies llamadas dominios magnéticos, para almacenar información se orientan los campos de estos pequeños “imanes” o si están distribuidos aleatoriamente el campo magnético total es 0, estas dos situaciones se pueden utilizar para almacenar 1 y 0, si con nuestro dispositivos vamos recorriendo la superficie de este material, cuando encuentre un uno, tendremos un campo magnético, que hará que la resistencia de nuestro dispositivo sea pequeña, cuando encuentre un cero, no habrá campo magnético, con lo cual la resistencia del dispositivo será alta, ya tenemos una cabeza lectora de disco magnéticos, que tiene una ventaja sobra los tradicionales, es más sensible, con lo cual las celdas de magnetización pueden ser más pequeñas, lo que significa una mayor capacidad total, y es mucho más rápido lo cual significa mayor velocidad de lectura.

La era del spin (I)

En la edad media la mayoría de los hombres y mujeres podían vivir en una pequeña aldea de la cual no se alejarían en toda su vida, es más difícilmente se relacionarían con nadie que viviese en la pequeña aldea, ni recibirían influencia más de algo o alguien que estuviese mas allá de unas pocas calles o casas, en consecuencia su área de influencia era su aldea, que conformaría todo lo conocido, todo lo que le influía y todo lo que ella podría aspirar a influir, la esfera intima del aldeano con quien se comunica, de quien aprende, a quien enseña, con quien hace el amor coincidiría casi perfectamente con su aldea física. Solo unos pocos casos el buhonero, los cómicos o los soldados ampliarían esta zona geográfica a una región o quizás a un país, y solo en caso míticos como Marco Polo o González de Clavijo podrían conocer otras culturas y otras civilizaciones. La situación para estos últimos mejoró con el comercio y la revolución industrial con una mejora evidente en los medios de transporte gracias al vapor, o mejor dicho a la máquina de vapor, aun así la circulación de las ideas todavía tenía grandes barreras, pero ya al individuo moderno su aldea se fue ampliando poco a poco, pero en el siglo XX se aprovechó el desarrollo científico del electromagnetismo y aparecieron la radio, el teléfono, la televisión y por último los ordenadores y las comunicaciones digitales, cualquier persona que físicamente en la edad media estaba en su aldea de unas pocas casas, a principios del siglo XXI su esfera intima se extiende por todo el planeta, gracias a las comunicaciones digitales, ahora vive en una aldea global.

Esta revolución en las comunicaciones e informática ha sido posible porque a su vez hubo un gran cambio económico y científico desde el siglo XIX cuando empezó la revolución industrial, ya en el siglo XIX el electromagnetismo clásico quedo formulado, pero hacia mitad del siglo XX se construyó el primer transistor, aunque este transistor era del tamaño de una botella. Por otra parte la lógica booleana había establecido que con un reducido conjunto de puertas lógicas se podía construir cualquier función, es más tanto las puertas NAND como XOR son un conjunto completo, lo cual significa que si yo tengo un dispositivo que se comporte como esa función puedo construir cualquier función, con lo cual puedo construir un ordenador digital. El transistor tiene un modo de funcionamiento, como inversor, que añadiéndole una segunda entrada forma fácilmente una puerta NAND, con lo cual ya tenemos un dispositivo candidato, pero no todos los problemas están resueltos, el gran tamaño de los transistores y la gran cantidad de ellos que se necesitan para cualquier maquina operativa, hacia que el tamaño y el consumo fueran gigantescos, se había mejorado con respecto a las válvulas, pero todavía no permitía toda las explosión de dispositivos que vendría en los años 70 y posteriores.

Hacia los años 60 aparecería la microelectrónica los primeros circuitos en una pequeña superficie, y como predijo uno de los pionero, estos se han estado haciendo cada vez más pequeños, y con una mayor cantidad de transistores, la ley de Moore, si se le puede llamar así, dice que cada 18 meses el número de transistores que se pueden integrar en una superficie se duplica, pero ¡ojo! este aumento tiene un límite, que en estos momentos estamos rozando, además que esfuerzo de duplicar aumenta con el tiempo. En los años 70 aparece la primera CPU, el 4004, con unos pocos miles de transistores, pero ya los procesadores Pentium saltaban a 55 millones de transistores, pero en todo este camino ha ocurrido un fenómeno de ida y vuelta, si la miniaturización permitió solventar los problemas de consumo eléctrico y disipación de calor, cuando aumento cada vez más las necesidades de cálculo, que aumentado más rápidamente que la integración, de nuevo los CPDs se convirtieron en grandes consumidores de electricidad, aire acondicionado y grandes espacios, con lo cual hemos vuelto a los problemas de esos grandes ordenadores como ENIAC, eso sí en el camino hemos ganado una gran capacidad de cálculo.

Arqueología tecnológica (y II)

Ha habido un tiempo pasado en los buscadores, cuando solo había servidores ftp, donde se ponía a disposición de la comunidad básicamente software, el problema era el mismo que existe ahora, como buscar algo. Para solucionar el problema apareció un servicio llamado archie, su funcionamiento era sencillo, había que hacer una conexión telnet, se tecleaba una palabra entonces te daba un listado de sitios ftp, con la ruta completa donde se podía encontrar el recurso, tuvo que extenderse el servicio web para que apareciese el primer buscador moderno que indexaba contenidos y que podía consultarse desde una página web, si mi memoria no me traiciona fue AltaVista, más tarde llegaría Yahoo y Google.

Internet ya desde un inicio, apareció como un gran repositorio de recursos, y con esto el problema principal, como encontrar este recurso que yo busco, y que seguramente no sé ni de su existencia, un herramienta como internet que cualquier usuario puede compartir cualquier recurso, en cualquier momento y en cualquier lugar, o el caso contrario retirarlo, podía llegar a ser un tanto caótico, conforme el crecimiento aumenta, el problema también. Para intentar solucionar esto aparecieron los buscadores, el primero con vocación universal fue AltaVista cuyo funcionamiento consistía en intentar indexar cualquier contenido por fuerza bruta, este buscador que nació de HP usaba los nuevos e increíbles, para su tiempo, procesadores Alfa. Cuando apareció Google supuso una revolución ya que consiguió mejorar las búsquedas priorizando por algunos parámetros globales, como el número de páginas que enlazaban el recurso en cuestión, pero todavía no parece que exista ese buscador definitivo, ese que solucione el silencio y el ruido documental, o sea que no aparezcan ocurrencias buscadas, o que aparezcan tantas cosas que sea igualmente inútil la búsqueda.

Uno de los grandes servicios aparecidos últimamente en internet son las redes sociales, y la mensajería instantánea, que pueden parecer algo absolutamente novedoso en internet, bueno pues este rol lo cumplía otro servicio, que tiene una historia cuando menos curiosa, que demuestra que el fin con el que los creadores hacen la cosas, necesariamente no coincide con el uso que le dan los usuarios, y a pesar de todo son un éxito. La Universidad de Copenage, en concreto el departamento de Informática, se le ocurrió crear un juego interactivo, de temática la mitología vikinga, en principio el objetivo era aprender Inglés mientras se divierten los usuarios, es más alguien pensó que si se le dotaba de un runtime y un framework, además los chiquillos aprenderían a programar en C, y no solo eso sino que los “chiquillos” convirtieron el juego en un espacio para relacionarse, la primera red social, esto era Multi User Dungeon, o MUD.

Arqueología tecnológica (I)

Más de una vez he querido ser como Champollion, o mejor, como Indiana Jones, y aparecer ante los ojos del mundo como la persona que desvela los secretos que se esconden en las cosas antiguas, desvelar como fue el pasado, pero me he dado cuenta que ahora lo puedo hacer, y no porque me haya convertido en un avispado arqueólogo, sino porque tengo ya una cierta edad, y en tecnología lo que paso hace veinte años, hoy lo estudia la arqueología.

Hoy no podemos entender el funcionamiento de la red sin los navegadores, pero esto es un invento que está en la adolescencia. RedIris que fue la institución que en España fue pionera en la introducción de internet, se creó hacía 1988, esto no significa que antes no hubo nada, pero realmente era complicado utilizarlo y solo estaba al alcance de unos iniciados que se les observaba con asombro. El servicio que más se utilizaba era, desde luego, el correo electrónico, tal es así, que antes de estar disponibles, los circuitos de datos fijos que instaló Rediris, hacia 1990, todo lo que se podía utilizar era esto. Algo tan natural como descargarse un fichero, requería mucha paciencia, había que escribir los comandos ftp, por escrupuloso orden, en un correo electrónico, que se mandaba a una dirección de correo, en dirección de correo, había un interprete de comandos que ejecutaba los comandos del correo, y la respuesta se devolvía en un correo con el fichero “binhexeado”, que es una trasformación de código hexadecimal, a un código imprimible, con lo cual podía se adjuntado en un correo, y este correo se recibía al día siguiente, porque el correo solo se “enrutaba” una vez al día.

Cuando llego Rediris con sus circuitos permanentes fue un revolución, ya no tenias que esperar el fin de semana para recibir contestación a tus correos, entonces en la Universidad de Zaragoza, se utilizaban muchos Macs, que tenían un entorno grafico que en si mismo era otra revolución, entonces empezaron a aparecer unos programas gráficos que ayudaban mucho a los usuarios a descargar los ficheros, sin tener que conocer los comandos, realmente esta filosofía fue el origen de la web, pero antes hubo algún paso intermedio, que se llamaba gopher, y que añadía, una jerarquía global de todos los servidores, el gopherspace, que incorporaba un concepto clave, cada recurso en la red podía tener un clave única, que terminaría siendo el URL.

En esto apareció la web, como una herramienta que necesitaba el CERN para compartir sus datos con el resto de la comunidad científica, aunque no se popularizo hasta que una Universidad Americana, desarrollo un cliente grafico el Mosaic, a partir de entonces el número de usuarios de Internet creció por la facilidad de uso, y también por la mejora del acceso a la red.