Astronomía

¿Sigue preocupada la comunidad de astronomía por la irregularidad de la distribución de la materia en el universo?

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Hace aproximadamente una década, cuando todavía era un estudiante de ciencias, una de las preguntas abiertas en astrofísica era explicar la distribución desigual de las galaxias en el universo observable. Es decir, ¿por qué el universo parecía abultado en lugar de distribuido uniformemente?

¿Sigue siendo una pregunta abierta y, de ser así, quién está trabajando en ella?


La distribución "grumosa" de las galaxias en el universo ahora se comprende bien. En el paradigma cosmológico actual, el Universo temprano se sembró con fluctuaciones en la distribución de materia y energía. Algunas regiones del universo resultaron ser un poco más densas que el promedio, y algunas resultaron ser un poco menos densas.

Con el tiempo, estas perturbaciones evolucionan. La gravedad, por ejemplo, hará que las regiones inicialmente demasiado densas se vuelvan más demasiado densas. Cuando se produce la formación de galaxias, suele ocurrir en las regiones densas donde hay más material con el que formar galaxias. Por lo tanto, las galaxias tenderán a rastrear (hasta cierto punto) las fluctuaciones subyacentes en la densidad de la materia.

En resumen, la distribución irregular de las galaxias es el resultado de (a) las fluctuaciones de densidad iniciales establecidas en el universo temprano, y (b) la evolución de estas fluctuaciones de acuerdo con leyes de la física bien conocidas. Los cosmólogos modelan con frecuencia la distribución irregular de las galaxias utilizando, por ejemplo, simulaciones numéricas o modelos teóricos; encontramos que estos modelos concuerdan extremadamente bien con la distribución observada de galaxias en nuestro Universo. De hecho, la medición de la distribución de galaxias se utiliza como una herramienta poderosa para probar y restringir nuestros modelos cosmológicos.

Por supuesto, la respuesta anterior no explica el proceso responsable de establecer las perturbaciones de densidad iniciales. Una teoría que intenta abordar esta cuestión se llama inflación.


La cuestión es doble: (a) si la formación de la estructura cosmológica es una cuestión abierta y (b) si ese es el caso, ¿quién está trabajando en ella? La formación de estructuras siempre fue y sigue siendo un tema importante para la cosmología, ya que necesitamos entender esa estructura para poder decir que entendemos nuestro Universo. Como ocurre con todos los aspectos de la ciencia, la naturaleza del estudio de la formación de estructuras ha cambiado considerablemente en las últimas décadas: los problemas de hoy son bastante diferentes de los de ayer. Por un lado, ahora nos damos cuenta de que el componente bariónico del Universo es solo un pequeño porcentaje de la densidad de masa total. Más del 97% de nuestro Universo está formado por materia oscura y energía oscura. El juego ha cambiado.

(a) La cuestión de la formación de estructuras cosmológicas se remonta al trabajo de Gamow en la década de 1940, pero ahora tenemos pruebas muy sólidas, diría casi incontrovertibles, de que la formación de la estructura a gran escala fue impulsada por la gravedad. Entendemos la formación de lo que se conoce como la "red cósmica", las estructuras filamentosas a gran escala que rodean los grandes vacíos que dominan la estructura observada. Este es el entorno para la formación de las galaxias que vemos. Disponemos de modelos para el proceso de formación de galaxias. Estos se basan en modelos numéricos gravitacionales de N-Body vestidos con descripciones semi-analíticas del proceso de formación de estrellas. Los resultados pueden verse bastante bien: http://www.illustris-project.org/ y podemos elegir parámetros que pongan dichos modelos en algún tipo de acuerdo con lo observado.

Los modelos nos dicen, por ejemplo, cómo podríamos estudiar el componente de materia oscura a través de observaciones de galaxias satélites de galaxias más grandes. Dado que podemos observar el proceso de formación de galaxias con desplazamientos al rojo de 2 o más (la galaxia más distante observada tiene un desplazamiento al rojo superior a 8), podemos comprobar la evolución observada en los modelos. Si es un cínico, podría decir que podemos "reajustar" los modelos.

(b) Ahora estamos midiendo los 6-7 parámetros que describen nuestro universo al observar varios aspectos de esa estructura a gran escala. Por ejemplo, podemos observar el agrupamiento en una escala> 100Mpc y detectar un exceso de agrupamiento en lo que se llama la escala de Oscilación Acústica Bariónica (BAO), una característica que emerge del Universo primordial. También podemos mirar los vacíos en la red cósmica para hacer lo mismo de una manera completamente diferente. Todo eso puede ser calibrado por modelos N-Body y comparado con las respuestas obtenidas del fondo cósmico de microondas. Así que encontramos grupos con buenos nombres como WiggleZ mirando los BAO: http://wigglez.swin.edu.au/site/ que utilizan encuestas de desplazamiento al rojo que contienen millones de galaxias. Es bastante sorprendente, incluso para quien trabaja en este campo.

¿Cuál es la importancia de todo esto? Descubrimos que el Universo se puede describir con solo 6 parámetros. Podemos medir estos parámetros con cualquiera de estos métodos con una precisión de un pequeño porcentaje o mejor. Lo que nos convence de que tenemos un buen modelo es que todas estas formas bastante independientes de medir los 6 parámetros dan la misma respuesta dentro de la precisión experimental. Esto es "Cosmología de precisión". Podemos estar seguros de que el Universo está compuesto por ~ 70% de energía oscura porque detectamos su influencia de diferentes formas y todas esas formas proporcionan los mismos valores. ¿Qué es? Esa es la pregunta del siglo XXI.

En resumen, las preguntas importantes siguen abiertas y cientos, si no miles, de astrónomos están trabajando en ello.


El mapa cósmico revela un Universo no tan abultado

Los resultados extraños aún podrían ser consistentes con el "modelo estándar" de cosmología.

Los cosmólogos han elaborado el mapa más grande hasta ahora de la estructura del Universo y han descubierto que la materia podría extenderse de manera más uniforme de lo que se pensaba anteriormente.

Los resultados, que forman parte del Dark Energy Survey (DES) en curso, trazan la distribución de la materia en parte midiendo cómo la masa dobla la luz, un efecto conocido como lente gravitacional débil. Era la primera vez que la técnica había recibido suficientes datos para medir algunas de las características cruciales de la evolución cósmica con una precisión cercana a la de los mapas generados a partir de datos de fondo de microondas cósmico (CMB), que miden el resplandor del Big Bang y son el patrón oro de la cosmología. "Creemos que, con estos resultados, ya no somos el primo pobre" de otros esfuerzos, dice el líder del DES, Joshua Frieman, cosmólogo del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) en Batavia, Illinois. "Ahora tenemos resultados que tienen un poder comparable para restringir la cosmología".

Todavía existen algunas discrepancias con encuestas anteriores sobre mediciones como la formación de grumos en la masa, pero están dentro de los márgenes de error de los experimentos. A medida que el DES mapea volúmenes más grandes de espacio, debería quedar claro si los desacuerdos son reales, dice el cosmólogo Anthony Tyson, pionero de las lentes gravitacionales débiles en la Universidad de California, Davis. Hasta ahora, dice, “creo que han sido muy cuidadosos y conservadores en sus interpretaciones”.

El DES, una colaboración de más de 400 investigadores, recopila sus datos utilizando el telescopio Víctor M. Blanco de 4 metros, parte del Observatorio Interamericano Cerro Tololo en Chile. La recopilación de datos comenzó en 2013, el mapa actual se basa en el primer año de mediciones, que registró 26 millones de galaxias en el cielo del sur y sus formas aparentes.

Según la teoría de la relatividad general de Albert Einstein, la masa deforma el espacio, por lo que una gran cantidad de materia en el primer plano de una galaxia puede doblar su luz de una manera que hace que la galaxia parezca ligeramente aplastada. Esto es cierto tanto si la masa de primer plano está hecha de materia ordinaria como de materia oscura invisible. Las galaxias pueden aparecer aplastadas por otras razones, incluidas sus formas y orientaciones reales. Pero si muchas galaxias en una determinada región del cielo parecen en promedio estar sesgadas en la misma dirección, la lente gravitacional es el probable culpable.

Los cosmólogos del DES fueron capaces de desentrañar la composición del Universo de una manera similar a como lo han hecho los estudios del CMB en el pasado, más recientemente utilizando el satélite Planck de la Agencia Espacial Europea. Sus resultados confirman que la materia ordinaria constituye solo el 4% del contenido del Universo. Pero muestran una cantidad ligeramente menor de materia oscura, alrededor del 26%, que el 29% estimado por Planck, y el resto lo absorbe la "energía oscura", la materia que se cree que está separando el cosmos a una velocidad acelerada.

Más intrigante, el DES parece haber encontrado una desviación de la predicción de Planck sobre la actual presencia de grumos en la materia. Mientras que la materia ordinaria y oscura se distribuyeron uniformemente en la infancia del Universo hace 14 mil millones de años, ese no es el caso en las galaxias actuales. La gravedad ha estado uniendo las materias en una estructura similar a una red de grupos y filamentos, con enormes vacíos en el medio. La concentración medida por el DES es un 7% menor que la predicha por el modelo estándar de cosmología.

La brecha no es estadísticamente grande, alrededor de una desviación estándar. Pero otro proyecto de lente débil, el Kilo Degree Survey (KiDS), encontró el mismo tipo de desviación el año pasado 1.

Si se confirma, la discrepancia podría significar que, a lo largo de la historia cósmica, la masa se ha estado agrupando más lentamente de lo esperado. Y eso podría revelar una nueva física, como interacciones inesperadas entre la materia oscura y la energía oscura o nuevos tipos de neutrinos. El DES presentó sus resultados el 3 de agosto en una reunión de la Sociedad Estadounidense de Física en Fermilab, y los autores publicaron una batería de diez artículos en línea (consulte go.nature.com/2ubhr8l).

Aunque las observaciones cosmológicas han estado convergiendo hacia una imagen consistente y detallada en las últimas décadas, las observaciones de lentes débiles no son las únicas que todavía preocupan a los investigadores. Los astrónomos, por ejemplo, han descubierto que el cosmos se está expandiendo más rápido de lo previsto según los datos de Planck. George Efstathiou, director del Instituto Kavli de Cosmología en Cambridge, Reino Unido, y miembro de las colaboraciones de Planck y DES, dice que la discrepancia acumulada es potencialmente más preocupante que la relacionada con la expansión cósmica.

En general, los investigadores están emocionados de tener otra herramienta con la que explorar el cosmos con mayor detalle. “Mi propia opinión de todas estas mediciones es que son pruebas asombrosas del modelo cosmológico, y la precisión y la exactitud solo mejoran cada vez más”, dice la astrónoma Wendy Freedman de la Universidad de Chicago en Illinois.

La encuesta final, que concluirá en 2018, cubrirá una octava parte del cielo; los resultados podrían estar disponibles en algún momento de 2020, dice Frieman. En última instancia, el DES apunta a trazar un mapa de una región lo suficientemente grande para ver cómo la influencia de la energía oscura ha evolucionado a lo largo de la historia reciente del Universo.

"Esto es emocionante", dice Tyson. "El futuro parece brillante para lentes gravitacionales débiles".


Comentarios

31 de enero de 2014 a las 9:15 am

Camille comenta: que los resultados recientes de Planck fueron "un acuerdo fenomenal con el modelo cosmológico de statu quo".

Estoy mirando el documento de misión de Planck publicado en arXiv.org por Planck Collaboration mientras escribo esto.

Se han encontrado y confirmado desviaciones de la isotropía, al igual que la sorprendente alineación cuadrupolo-octopolar y una persistencia de la asimetría de potencia dipolar a escalas angulares mucho más pequeñas.

Si mal no recuerdo, la misión Planck también descubrió una tasa de expansión significativamente más lenta de lo previsto.

El resumen de Planck Collaboration finaliza con el comentario: todavía falta una explicación satisfactoria de la cuota basada en modelos motivados físicamente.

Camille, vuelve a leer la última oración y sé un poco más cuidadosa al caracterizar el estado actual de la investigación cosmológica.

Todavía andamos a tientas en la oscuridad y utilizamos modelos cuestionables sobreidealizados que se contradicen observacionalmente.

Robert L. Oldershaw
Relatividad de escala discreta / Cosmología fractal

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31 de enero de 2014 a las 9:20 am

Una posible explicación para la anisotropía dipolo (direccionalidad inherente) recién verificada en el CMB (ver los últimos resultados de Planck) es que la estructura del cosmos tiene una geometría fractal y que la jerarquía de la naturaleza se extiende mucho más allá del universo observable.

A diferencia de la dudosa y extravagante idea de un multiverso que contiene 10 ^ 500 universos diferentes con propiedades aleatorias, el paradigma fractal discreto propone una física unificada para todo el cosmos. Es un nuevo paradigma que se basa en ampliar las propiedades de simetría de la naturaleza (para incluir la simetría conformal discreta global), en lugar de invocar especulaciones ad hoc y efectivamente no comprobables.

rloldershaw
Relatividad de escala discreta / Cosmología fractal

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31 de enero de 2014 a las 10:38 am

Sin embargo, Robert, mantengo lo que dije. El acuerdo entre la publicación de datos inicial de Planck y el modelo cosmológico actual es impresionante: consulte el gráfico en mi blog (http://skyandtelescope.org/community/skyblog/newsblog/Best-Map-Yet-of-the-Universe-199410221 .html), que muestra el ajuste perfecto. Ese resultado * es * fenomenal. Pero como señalé anteriormente, no * todo * está resuelto. (Notarás cómo dije "* en gran parte * en fenomenal acuerdo". ¡Palabra clave!) Ciertamente hay preguntas duraderas, y este misterio de cúmulos de galaxias es una de ellas.

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31 de enero de 2014 a las 1:45 pm

Ok, es una situación medio llena, medio vacía.

Uno puede quedar impresionado con lo que el paradigma cosmológico actual hace bien.

O uno puede quedar impresionado por lo que el paradigma cosmológico actual nunca predijo y / o no puede explicar, como la materia oscura, la formación de galaxias, la red filamentosa cósmica, la expansión acelerada (aunque más lenta de lo que se pensaba originalmente), ¿por qué el GRAN (¿Pequeño?) BANG. sucedió en absoluto, y así sucesivamente.

Claramente, tenemos un largo camino por recorrer antes de que podamos decir que tenemos una buena comprensión del cosmos.

Relatividad de escala discreta / Cosmología fractal

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31 de enero de 2014 a las 4:15 pm

A riesgo de llegar demasiado fuerte aquí, y con disculpas a quienes así lo creen, aquí está la reinterpretación de la Relatividad de Escala Discreta del & quotBig Bang & quot.

Considere este paradigma simple y natural para comprender el Big Bang, la expansión global, las grandes velocidades peculiares de las galaxias y un comienzo de baja entropía del Big Bang sin que sea el "nacimiento" acausal de todo el Universo, etc.

El paradigma discreto auto-similar (fractal) propone que todo el universo observable constituye una región casi infinitesimal de un objeto de escala metagaláctica. Las galaxias dentro de esta región están apiñadas
a densidades muy altas. Los objetos de la escala galáctica también se mueven caóticamente a altas velocidades y esto indica una temperatura ambiente extremadamente alta. La combinación de muy alta temperatura y densidad.
produce frecuentes interacciones y fusiones galácticas. El espectro de masas de las galaxias es relativamente plano, a diferencia de las tendencias de abundancia en las escalas atómica y estelar, y por lo tanto están presentes cantidades significativas de sistemas moderadamente masivos y muy masivos. La evidencia de un entorno de energía extremadamente alta, la presencia de un número sustancial de sistemas galácticos masivos y la fuerte evidencia de expansión global, sugieren una analogía razonablemente única con el interior de una supernova poco después de la detonación. En esta analogía, los sistemas galácticos desempeñan el papel de partículas y núcleos de escala atómica completamente ionizados en condiciones de plasma de muy alta energía. El paradigma fractal discreto conduce inevitablemente a esta reinterpretación radical del modelo estándar del Big Bang para el "origen" del "universo".

Relatividad de escala discreta / Cosmología fractal

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1 de febrero de 2014 a las 6:57 pm

Materia oscura. energía oscura. racimos oscuros? Los cosmólogos se han metido en un rincón, por así decirlo, donde nadie puede seguirlos. Las observaciones del CMB están fenomenalmente de acuerdo con el modelo, pero la mayor parte de ese acuerdo es & ldquogeneric & rdquo. Puedo predecir que & ldquoheight & rdquo en una población seguirá una distribución gaussiana, o que la frecuencia de terremotos versus la magnitud seguirá una distribución de ley de potencias. . Mis predicciones estarán & ldquofenomenal acuerdo & rdquo con los datos, pero de uso limitado. Solo obtenemos información en situaciones en las que falla la predicción. En el extremo superior, los "terremotos en exceso" nos informan sobre la fuerza (o debilidad) inherente de la corteza terrestre, que solo puede soportar tanto estrés en el extremo inferior, los "terremotos en exceso" nos brindan información sobre el viento, las olas y los camiones que pasan. , etc. Y algunos de nosotros somos de Missouri. Seguimos esperando ver un mapa del CMB junto con un mapa óptico de cúmulos de galaxias. Robert puede tener una queja legítima que puede que no. ¿Alguien no está confundido por esta última pieza faltante del rompecabezas?

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2 de febrero de 2014 a las 11:23 am

Sr. Oldershaw, ¿debe infestar TODOS los foros de Internet con su supuesta brillantez? Apágate, por favor.

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3 de febrero de 2014 a las 6:31 pm

Si nuevas ideas, especialmente un nuevo paradigma integral para toda la naturaleza, le causan niveles inaceptables de ansiedad, podría desviar la mirada.

O haz lo que hace el proverbial avestruz.

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7 de febrero de 2014 a las 11:28 am

La libertad de expresión, aunque concedida, -como cualquier libertad o libertad- no es absoluta. Un ejemplo sencillo: casi todos los estados constitucionales sensibles (repúblicas, democracias) también conocen un estatuto o norma que prohíbe el insulto o la difamación. Por tanto, Roberts tiene razón en señalar su problema, así como es tu derecho, Anton, expresar tu disgusto con él, SIEMPRE que ambos cumplan -entre otras cosas- con dicha ley del insulto. Sin embargo, la palabra & quotinfest & quot; junto al tono general de voz en sus pocas líneas, Anton, parece estar, por un pelo, extremadamente cerca de ese límite, ya sea que ya esté más allá o aún dentro de este lado de esa línea, probablemente habría para ser decidido por un juez y su jurado, debería surgir. Además, la & quot; brillantez quotalleged & quot, como yo lo veo, es una acusación y una insinuación en sí misma. En cualquier caso, no puedo discernir nada ni siquiera cercano a un insulto en la declaración de Robert o la frecuencia de sus publicaciones. ¿Lo que estoy diciendo debe ser impugnado?

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8 de febrero de 2014 a las 4:10 pm

Mike, usted presenta un caso excelente a favor de la libertad de expresión y expresión, que a mí también me gusta ejercitar con bastante frecuencia. Así que ha servido bien al Sr. Oldershaw como su abogado. (Tenga en cuenta que no puse nada despectivo antes de la palabra & ldquoadvocate & rdquo.) Si bien reconozco que hay aspectos del universo fractal del Sr. Oldershaw & rsquos que son interesantes y que su nuevo paradigma radical ha demostrado cierto valor predictivo, me alejaron de su nociones por la sugerencia de que, al igual que los átomos, los sistemas estelares vienen en unidades de masa discretas, cuando se observa que los sistemas estelares pierden masa casi a lo largo de toda su vida. I & rsquom también repelió la noción de que no hay comienzo, que todo siempre se ha estado expandiendo durante un tiempo infinito y en niveles infinitos. Por lo tanto, entiendo el punto de Anton & rsquos y su frustración también.

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11 de febrero de 2014 a las 9:05 am

Entiendo más que simplemente lo que estás diciendo, Bruce. Incluso secundo tus dos puntos principales de duda, aunque posiblemente no por los mismos motivos exactos. Ni siquiera he llegado tan lejos como para haber leído lo que las teorías de Robert postulan exactamente y, por lo tanto, no estoy en condiciones de atacar (o segundo) este o aquel argumento en particular. --- Mi principal problema, aunque posiblemente mal expresado, fue la forma real en que uno se expresa. Claro, no siempre es fácil controlar las palabras de uno en todo momento (¡mientras que usted mismo es un ejemplo perfecto de lo contrario!). Sin embargo, y más aún en foros con inclinaciones científicas, uno debe esforzarse por no usar palabras despectivas o francamente insultantes o implicaciones bastante claras de las mismas. Creo que no es la menor razón para eso, es que por lo general tales declaraciones no solo NO contribuyen al problema en cuestión (¡o en realidad a CUALQUIER problema fáctico por completo!), Sino que más bien incitan sentimientos desagradables (¡e innecesarios!), Incluso malos. En otras palabras, construyen artificialmente y fomentan el conflicto del tipo enojado e improductivo donde no hay una razón real (fáctica) para apoyar tal cosa. --- La libertad de expresión (más todas las demás leyes, ya sean reales o morales y éticas) permiten absolutamente que Anton diga: “Me siento terriblemente frustrado por las teorías de Robert y la frecuencia de sus publicaciones. Estos son mis puntos: etc., etc. & quot. Más o menos de la forma en que tú mismo lo dijiste, Bruce. Pero otra cosa es decir: "este tipo me está poniendo de los nervios: está infestando foros con teorías que solo él cree que son brillantes". Etc., etc. & quot. ¿Lo estoy viendo mal?

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12 de febrero de 2014 a las 8:52 pm

Mike, esos dos últimos comentarios tuyos son, en mi opinión, los mejor expresados ​​que hayas publicado en este foro. De ninguna manera se expresaron mal. También estoy totalmente de acuerdo con su llamado a la cortesía. Mi punto fue simplemente que entendí el comentario de Anton & rsquos, pero tenías y tienes razón en objetar lo que fue un intento de intimidar a Robert L. Oldershaw fuera de este foro. No, no lo estabas viendo mal en absoluto. Y a los editores, permítanme agradecer nuevamente por permitir que se expresen diversas ideas aquí mientras se mantienen reglas que promueven una discusión cortés.

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15 de febrero de 2014 a las 11:15 am

Estoy feliz de que parezcamos estar de acuerdo en esto, Bruce. Me atrevo a interpretar el silencio de Robert y Anton (y otros) como una conformidad implícita también. Aún así, creo que hay más puntos que destacar o diferenciar: no es como si Robert hubiera llegado y hubiera dicho: "¡Gente! No todos lo entienden: la Tierra no es plana, ni es una esfera, es más bien un cubo, nadando en la esencia del pegamento tetradimensional. bla-bla & quot. Una vez más, no he leído más de tres o cuatro páginas o elementos de la página web de Robert (por cierto, bastante bien) presentada. Soy absolutamente incapaz de emitir un juicio sensato de todo el constructo de Robert en cuanto a la facticidad, sus fallas, su corrección, aparte de las dudas. Exactamente por la misma razón no puedo condenar, y mucho menos repudiar algo que, a primera vista, parece bastante completo, es accesible con total libertad, para que todos puedan juzgarlo y no parece revelar fallas básicas abiertas o fáciles que se deben demostrar de manera clara y precisa. fácilmente.

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15 de febrero de 2014 a las 11:16 am

. Todo esto suena bastante más cercano a lo que uno esperaría que cumpliera la ciencia "real". En otras palabras, existen, aunque sea bastante difícil de precisar, diferentes niveles o formas de enunciado, afirmación y su forma de presentarlos al público. Para empezar y para ayudar a discernir tales niveles, siempre es bueno presentar una teoría o afirmación de una manera no agitada, no excitada, bastante clara y ordenada y otorgar a cualquiera acceso a sus premisas para juzgar por sí mismos, incluso objetar, discutir. y evaluar. Por lo general, el tipo "malo" o rotundamente "loco" de "bolas de juguete" no cumple ni siquiera con estos requisitos primarios. Los procedimientos completamente abiertos y democráticamente libres suelen insinuar personas del mismo tipo y, muchas veces, problemas del mismo tipo. que NUNCA, repito: NUNCA equivalen a construcciones absolutamente impecables, ya sea en teoría, experimentación y práctica o modelado. Tal cosa simplemente NO existe. O bien, para empezar, no era ciencia. Además, se ha demostrado que las personas completamente normales y cuerdas pueden convertirse en adictos al crack. y, a veces incluso al revés, con el tiempo. Por lo tanto, no todos estamos a salvo de cometer errores. Todos somos humanos. o somos nosotros


Anillos en el CMB

Este artículo es presentado porTodo sobre el espacio.

La revista All About Space te lleva a un viaje asombroso a través de nuestro sistema solar y más allá, desde la increíble tecnología y naves espaciales que permiten a la humanidad aventurarse en órbita, hasta las complejidades de la ciencia espacial.

Penrose admite que es una sugerencia descabellada, pero cree que, como todas las buenas teorías científicas, podría probarse mediante experimentos y observaciones. Estas pruebas surgen de la idea de que nuestro eón y el que lo precede no estaban completamente aislados entre sí. "La información se transmite", dijo. "Se transmite en forma de onda de choque en la materia oscura inicial de nuestro universo".

La materia oscura, como la energía oscura, es una sustancia oscura, esta vez necesaria para explicar la forma en que se formaron estructuras como las galaxias y los cúmulos de galaxias en el universo temprano. Según los cálculos de Penrose, esa onda de choque habría tenido un efecto sobre el fondo cósmico de microondas (CMB), que es la radiación sobrante del Big Bang, liberada cuando el universo tenía menos de 400.000 años. "Vería anillos en el CMB que son un poco más cálidos o más fríos que la temperatura promedio", dijo.

Las ecuaciones de CCC predicen que una onda de choque proveniente de un eón anterior habría arrastrado materia a nuestro universo. Si eso hiciera que el material se dirigiera hacia nosotros, veríamos que la luz de esa región se desvía a longitudes de onda más cortas, un efecto que los astrónomos denominan desplazamiento azul. Del mismo modo, una región alejada de nosotros por una onda de choque CCC se desplazaría al rojo, lo que significa que su longitud de onda se alargaría.

Las regiones desplazadas al azul aparecerían más calientes y las zonas desplazadas al rojo más frías. Son estos cambios que Penrose cree que veríamos como anillos en el fondo cósmico de microondas. Múltiples ondas de choque podrían incluso haber producido una serie de anillos concéntricos. "Pregunté si alguien había buscado estos anillos en el cielo", dijo Penrose.

"Estas estructuras son reales. No hay duda de que nuestros cálculos son fiables y correctos".

- Físico Vahe Gurzadyan

Hace varios años, parecía que se habían encontrado esos anillos, una verdadera pistola humeante para CCC. "Excepto que nadie nos creyó. Dijeron que debe haber sido una casualidad o algo así", dijo Penrose.

"Pero esas firmas han sido confirmadas por grupos alternativos", dijo Vahe Gurzadyan, físico del Instituto de Física de Ereván en Armenia y colaborador de Penrose en CCC desde hace mucho tiempo.

Los científicos señalan el hecho de que un equipo de investigadores polacos y canadienses confirmaron la presencia de los anillos a un nivel de confianza del 99,7%. Sin embargo, todavía hay muchos escépticos. Gurzadyan se mantiene firme. "Estas estructuras son reales y no hay duda de que nuestros cálculos son confiables y correctos", dijo. Aún así, Penrose ha estado explorando otros enfoques que podrían respaldar aún más las afirmaciones de la pareja sobre CCC y un tiempo antes del Big Bang.

La transición entre eones haría algo más fundamental que simplemente crearía una onda de choque en nuestra materia oscura y anillos en el fondo cósmico de microondas. "Un nuevo material, el material dominante en el universo, se crea en el cruce", dijo Penrose. Considera que ese nuevo material es la forma inicial de la propia materia oscura.

"Pero para que no se acumule de un eón a otro, tiene que decaer", dijo. Él llama a estas partículas iniciales de materia oscura erebonos en honor a Erebos, el dios griego de la oscuridad.

En promedio, un erebón tardaría 100 mil millones de años en descomponerse, pero hay algunos que se habrán descompuesto en los 14 mil millones de años de historia de nuestro universo. De manera crucial, a medida que se descomponen, Penrose dice que los erebones descargan toda su energía en ondas gravitacionales.


LEIDEN

Después de unas seis semanas trabajando en la estrella variable SV Centauri para el profesor Pieter Oosterhoff, fui llamado al servicio militar. Holanda estaba llevando a cabo una "acción policial" contra las Indias Orientales Holandesas, y se esperaba que me enviaran al final de la formación básica. Por suerte, la acción policial terminó e Indonesia se independizó. No solo eso, sino que también fui uno de una docena de reclutas que no obtuvieron ninguna asignación después del entrenamiento básico. Durante varias semanas escribí boletos de tren de fin de semana para mis compañeros soldados hasta que se nos concedió la libertad después de aproximadamente dos meses.

Cuando regresé a Leiden, descubrí que mi ayudantía había desaparecido, pero estaba lo suficientemente feliz de estar de regreso. El profesor Oort me pidió que estudiara el comportamiento de brillo de los cometas. Acababa de lanzar su teoría de que existe una nube de cometas alrededor del Sistema Solar que llega hasta la mitad de la estrella más cercana, ahora llamada nube de Oort. Hice un estudio de literatura sobre el brillo de los cometas, particularmente en el perihelio y en las mayores distancias observables. Descubrí que los cometas "nuevos" que vienen de las partes externas de la nube mostraban un aumento de brillo mucho más lento a medida que se acercaban que los cometas "viejos" que habían estado cerca del Sol muchas veces en el pasado, como el cometa periódico Encke. Este resultado a veces se ha pasado por alto, lo que ha llevado a predicciones demasiado optimistas del brillo esperado de los cometas recién descubiertos.


¿Sigue preocupada la comunidad de astronomía por la irregularidad de la distribución de la materia en el universo? - Astronomía

La letra pequeña: Los siguientes comentarios son propiedad de quién los escribe. No somos responsables de ellos de ninguna manera.

Tortugas, ¡hasta arriba! (Puntuación: 4, gracioso)

¿Quizás estamos al final de las tortugas después de todo?

Re: Tortugas, ¡hasta arriba! (Puntuación: 4, gracioso)

No sé sobre eso, ¿tal vez simplemente no podemos mirar partículas lo suficientemente pequeñas como para ver que también son tortugas hasta el fondo? ¿Quién sabe qué hay dentro de los quarks?

Re: (Puntuación: 2, Gracioso)

¿Quién sabe qué hay dentro de los quarks?

Algunas mesas de dabo y holocubiertas para empezar.

Re: (Puntuación: 2)

El universo está lleno de bultos (Puntuación: 2)

Como crema de trigo hecha descuidadamente.

Re: (Puntuación: 3)

Re: El universo está lleno de bultos (Puntuación: 4, Gracioso)

¿No es Kareem of Wheat a lo que Buckwheat cambió su nombre después de convertirse al Islam?

Re: (Puntuación: 1)

Esa es la versión corta, pero técnicamente era Yusef Mohammed Karim bin Al-Bukwiti Shabam Blujeanie Haro.

Re: (Puntuación: 2)

Re: (Puntuación: 2)

más como el trasero lleno de celulitis de una MILF

De esa descripción, suena más como un MINWTF (nunca quiero)

Re: (Puntuación: 2)

Como crema de trigo hecha descuidadamente.

O no tanto, y pasó por una fase hace 10G años que pasó de producir una abundancia relativa de estrellas propensas a supernovas de vida más corta a producir menos de ellas.

Ingrese a la metafísica (Puntuación: 5, Perspicaz)

La importancia real de tales observaciones y descubrimientos no radica en su capacidad para probar hipótesis existentes, sino en promover nuestra capacidad para formar nuevas.

Re: (Puntuación: 2)

Re: (Puntuación: 2)

Esto es lo mismo que el +1 físico que atomicxblue le enviaría por correo en un día normal.

Re: (Puntuación: 2)

Esto es lo mismo que el +1 físico que atomicxblue le enviaría por correo en un día normal.

¿Crees que el teclado que estás sosteniendo es. ¿verdadero?

Re: (Puntuación: 1)

Re: (Puntuación: 2, Interesante)

Al formar nuevas, supongo que te refieres a tomar una colección de algunas emisiones de radio aleatorias esparcidas por el universo y decidir arbitrariamente que son una "estructura".

Re: Enter Metaphysics (Puntuación: 5, Perspicaz)

Dado que tenemos una articulación matemática relativamente bien desarrollada de 'aleatorio', y la probabilidad de que varios resultados surjan de una distribución aleatoria, presumiblemente debería ser posible determinar que un resultado observado dado es más o menos probable como resultado de un resultado aleatorio. distribución. Eso no necesariamente proporciona ninguna causal suspicion of having arisen other than randomly but it's still measurable.

"Structure" seems like a poor word, given the heavy connotations of purposeful design or systemic interaction but choosing a statistical cut-off and taking particular interest in outcomes less probable than that, given the assumptions about the underlying distribution, is in principle sound enough(though it may simply mean that an improbable outcome happened, rather than that the assumptions about the underlying distribution were wrong).

It's like watching the payouts of N slot machines over the course of an evening: If you know, or have a hypothesis, about the odds of the game, you can tell how far a given outcome deviates from the expected distribution, though even observing an extraordinarily unlikely one cannot prove that the game was being rigged, though it can suggest it strongly enough to send you looking for clues in that direction.

Re: (Puntuación: 2)

I'd like to propose a "hypothesis" that the reason we see these anomalous structures where we should be seeing more randomness would also explain some anomalies we currently blame on dark matter the influence via gravity of either other dimensions, or extra-Universe objects (basically, other Universes not directly tied to our own). It would mean Gravity is also an "extra dimensional" force or particle that isn't normally observable in our Space/Time.

I'm not totally convinced of this hypothesis -- but I thi

Re:Enter Metaphysics ( Score: 4, Interesting)

I'm no cosmologist, so I have no comment there but the difficultly of looking at what is basically a black box (almost 300 objects at 10 billion light years? Voyager might be a few years away. ) statistically is somewhat maddening.

Even a trivially simplified case (say I have a coin, that I allege is fair, and you get to flip it as many times as you want before deciding if you believe me) cannot be decided with certainty. Any finite sequence of flips is equally likely as any other (though sequences that are approximately 50/50 should be overwhelmingly more common if the coin is in fact fair, I have no idea how the behavior changes if you choose infinitely many flips), and you can only gain greater or lesser doubt in the fairness of my coin.

For a much more complex phenomenon, like the origin of the universe, deciding whether you are simply looking at an improbable but perfectly possible, local perturbation, or whether there is some 'tilt' in the system not covered by current accounts. It's a mathematically cogent exercise but 'mathematically cogent' and 'easy' are very, very, very different things.

Re: (Puntuación: 2)

I was attempting emphasis through understatement. Even if Voyager had the correct instruments, it might as well be sitting in my living room for all the difference its travel has made on this kind of scale (and, even if it could reach the site, we'll be waiting a longer than life has so far existed for the reports to come back. )

Unless physics are radically different than suspected, and in a deeply convenient way, something like this is observation only, period, full stop.

Are you saying. ( Score: 2)

Are you saying that gravitational lensing [wikipedia.org] is just an anomaly?

Gravitational lensing seems to be one of the major evidences in favor of dark matter/mass, but it'd be interesting to see you (or anyone for that matter) argue that it's just an anomaly given that it can be observed in multiple distinct locations.

(Now, I think we both agree that dark energy is todavía just a hypothesis, but I think you'd have to come up with something better than claiming that it's "just an anomaly" to explain the existing evidence.

Re: (Puntuación: 3)

I think you're serious, so I'll try to answer.

The things being observed are evidence of huge collections of small events (atoms, etc.) So their not being in the predicted distribution is very good evidence that something unexpected is happening. As to WHAT unexpected. that's less clear, which is part of what makes this interesting.

Even at normal human scales, random processes are rare. (Chaotic are less so, and it's often difficult to tell them apart. E.g., I suspect dice throws of being mainly chaotic

Re: (Puntuación: 2)

But it does test our existing hypothesis. It disconfirms that at a scale of 10 billion light years, matter in the universe is uniformly distributed. If you're into Bayesian epistemology, this means confidence in the Cosmological principle has just been adjusted downwards because of the evidence that has been discovered.

It is of course also important in the formulation of new hypotheses, as you rightly point out, but to imply the one is more important than the other is simply untrue.

Re: (Puntuación: 2)

I never said it didn't form a test, and I would not hesitate to imply that original thinking in pondering the unknown is always intrinsically more important than endlessly testing the ostensibly "known". Of course, YMMV.

What, again? ( Score: 2)

It wasn't such a long time since they discovered the (now second) largest before, was it?

Re:What, again? ( Score: 5, Informative)

1989
http://en.wikipedia.org/wiki/CfA2_Great_Wall [wikipedia.org]
The Great Wall (also called Coma Wall), sometimes specifically referred to as the CfA2 Great Wall, is one of the largest known superstructures in the Universe, (the largest being the Huge-LQG). It is a filament of galaxies approximately 200 million light-years away and has dimensions which measure over 500 million light-years long, 300 million light-years wide and 16 million light-years thick, and includes the Hercules Supercluster, the Coma Supercluster and the Leo Cluster.[1]
It was discovered in 1989 by Margaret Geller and John Huchra based on redshift survey data from the CfA Redshift Survey.

Re: (Puntuación: 2)

That was superceded 14 years later by the Sloan Great Wall: http://en.wikipedia.org/wiki/Sloan_Great_Wall [wikipedia.org]

Re: (Puntuación: 2)

Yeah, I was just meaning that the CfA Great Wall was superceded by the Sloan Great Wall. If this current structure turns out to genuinely be a structure, it supercedes the Sloan Great Wall by some considerable size.

Re: (Puntuación: 2)

They didn't discover the largest before they were just wrong in thinking it was the largest, just like they probably are this time. It's just arrogance to claim it is the largest when one hasn't yet examined the *entire* universe.

Re: (Puntuación: 3)

God is great? ( Score: 2, Flamebait)

Who tagged this "godisgreat"? Is it a joke?

All this seems to suggest is that God cooks up lumpy pudding.

Re: (Puntuación: 2)

Re: ( Score: 1)

Who tagged this "godisgreat"? Is it a joke?

All this seems to suggest is that God cooks up lumpy pudding.

Re: (Puntuación: 2)

Re: (Puntuación: 2)

Especially as it is 10 billion light years away from us, by the time the gamma rays and light have reach us, whatever was there, might not even exist anymore.

Re: (Puntuación: 2)

Heh. Be thankful for the lumps, we might not exist without them.

Re: (Puntuación: 2)

All this seems to suggest is that God cooks up lumpy pudding.

That makes me feel a lot better about how my pudding turns out.

Random distribution ( Score: 2, Insightful)

Random distribution means that lumps will form.

This is relatively obvious chaos theory.

Even more so when objects can grow closer due to huge centers of mass.
This might be how black holes start for all we know.

Re:Random distribution ( Score: 5, Interesting)

Thank God we have people on Slashdot to tell us things like this. Where would we have been if generations of cosmologists were entirely ignorant of statistics or gravitational physics? The mind boggles!

Sorry, but the problem isn't that there are lumps - if there weren't our existence would be a bit suspect since we live on the edge of a reasonably large lump (the Virgo supercluster) ourselves. The problem (if you want to call it a problem it's more an interesting question) concerns the *size* of the lumps. We can predict with reasonable certainty the probability of a bound structure of such and such a size appearing in the universe. That's quite straightforward in principle. And structures this big are pushing the bounds of the standard cosmological model quite hard basically, they shouldn't really be there. I don't know the actual probability but it's extremely low, and low enough that we would not expect to see it. That there are now three structures that are rather too large (this one, if it comes to be accepted as a genuine structure the Sloan great wall, if it turns out to actually be a structure and the CfA great wall) is getting interesting.

Re: (Puntuación: 2)

Sí, por supuesto. Thing is that we can't apply that logic here. We know that very large structures are extremely unlikely - in a brute force, frequentist approach which is the nearest analogy to flipping a coin a hundred times, we can make a hundred simulations. If in those hundred simulations we do not see a structure that size, we know that the likelihood of it occuring *within the confines of the model tested* - and that is a very important proviso we can only assign probabilities in this manner with resp

Re:Random distribution ( Score: 4, Insightful)

In the big bang theory there is no outside, so it isn't a lump. Indeed, it's exactly the opposite. In a true "big bang" theory the universe is totally smooth and featureless, and evolving. It's built on "homogeneous and isotropic surfaces". The main observational motivation for this is the microwave background, which to one part in 1000 is identical everywhere we look. That 1/1000 discrepency is a pure dipole -- nothing but a Doppler shift. What *causes* that is mildly debatable, but the effect has to mimic the Earth's motion with respect to the microwave background so closely that an alternative is liable to fall to Occam's razor. In any event, no matter what its source, we know how to remove pure dipoles, so we remove it. And we're left with something that is identical everywhere we look to one part in ten thousand!

So the microwave background is "isotropic" around Earth - everywhere we look it is identical, for all practical purposes. Any model of cosmology has to be able to explain that, and as a bonus also explain what those tiny fluctuations are doing on there and where they came from, and predict their statistical nature. (The big bang theory, plus inflation, does this as perfectly as we could ever ask. No-one seriously suggests that inflation is other than, at best, an effective field theory that describes a more fundamental underlying theory. Well, no-one except people who believe they can boil a moduli inflation out of one string theory or another, but those are still somewhat contrived. But the success of inflation tells us something that acted exactly like it had to happen. (The answer is easy: so-called R^2 inflation. The first inflationary model is believed in the West to be due to Alan Guth, of MIT. This isn't, strictly speaking, true, and Guth would never claim it was. Guth - and Tye - presented the first quantum field theoretical model of inflation, which they based on the Higgs. The first actual inflation came a few years earlier, behind the Iron Curtain, and due to Starobinsky who is a big name in cosmology but deserves to be bigger. Starobinsky was examining what happens when you look at the 'low-energy' limits of a wide variety of modified gravities. General relativity can be described by the equation L=R. Here L is the "Lagrangian density" from which the equations of the theory can be derived while R is the "Ricci scalar" which describes the curvature of spacetime for comparison, the Lagrangian of normal classical mechanics is L=K-V where K is the kinetic energy and V the potential energy. I'm brushing over the difference between a Lagrangian and a Lagrangian density but it's exactly what it sounds like. Anyway, Starobinsky started from the observation that virtually any modification of gravity will end up reducing, at energies beginning to approach sanity, to something of the form L=R + alpha * R^2 +. where the dots include a wide variety of grotesquely ugly terms alongside the expected R^3. The interesting thing here is that when R gets very large, as would happen in the very early universe, the Lagrangian becomes L=alpha R^2. Solve this and you find you have an exponentially growing universe -- inflation. Study it in more detail, and you find it acts exactly like a more normal inflation (with a potential V proportional to phi^2, I think it may be phi^4, I forget which), including exactly predicting the form of the perturabtions on the CMB. Actually, if you look at the recent Planck results, R^2 inflation is still stubbornly by *far* the best result. if you judge by eye. Its nearest widely-known competitor is only excluded at the one sigma level, which you'd be laughed at if you seriously tried to say that excluded it, but R^2 lies slap in the middle of every contour and will never be budged from there as long as we live, unless there is a significant detection of cosmological gravitational waves.)

There are two conclusions we can draw from the CMB:
1) The Earth is at the centre of the Universe. I don't know why religious crazies ne


Thread: Example of a closed system?

Once again, my refutations of creationists in other places lead me to some decent questions. This is not really one of them. I understand it is the product of the sort of, top down, inference that the creationist is begging but anyways.

What is an example of a closed system in reference to thermodynamics?

As always, your knowledge and answers are greatly appreciated!

Once again, my refutations of creationists in other places lead me to some decent questions. This is not really one of them. I understand it is the product of the sort of, top down, inference that the creationist is begging but anyways.

What is an example of a closed system in reference to thermodynamics?

As always, your knowledge and answers are greatly appreciated!

Most experiments in chemistry are conducted as closed systems. Closed here meanis that mass does not enter and leave the system. That is why many chemistry texts on thermodynamics emphasize closed systems.

Mechanical engineering texts on thermodynamics are more concerned with extraction of work from engines and turbines and therefore emphasize open systems.

If you include the flow of energy, there can't be any such thing as a truly absolutely closed system, not even one that's completely sealed against matter getting in or out. What you can get is one that's close enough that you can safely ignore the energy (or mass) that leaks into or out of it and still get answers that are accurate enough.

In other words, when the laws of thermodynamics that rely on closedness work well enough, the system is closed enough. When they don't, it isn't. No organism or ecosystem ever can be, though, because the amounts of matter and energy that constantly flow into and out of any organism or ecosystem are HUGE.

Acordado. Even vacuum in space isn't immune to energy being added or removed. A complete vaccum is composed, if I'm understanding what I've read correctly, of particles that are constantly appearing and disappearing from the observable universe every Planck length of a second.

Which is. weird. Is the only word. Where does it go to and where does it come from? Some other dimension which we can't detect? Another universe? Nowhere? I can't wrap my head around it.

Most experiments in chemistry are conducted as closed systems. Closed here meanis that mass does not enter and leave the system. That is why many chemistry texts on thermodynamics emphasize closed systems.

Mechanical engineering texts on thermodynamics are more concerned with extraction of work from engines and turbines and therefore emphasize open systems.

That's pretty much what I expected to hear.

What occurred to me during the my conversations was what Delvo was getting at. You can't really ever have a "isolated system" or "closed system" in nature in the macroscopic sense, ei and environment that is isolated from another environment. You can however have chemical mechanisms and reactions where only certain types of energy are relevant and thus might appropriately be examined in this respect as a closed system.


2. Testing Theories, the Bayesian Way

There are some subtle differences between the way physicists and philosophers use the Bayesian approach to probability theory that are important to our presentation of the FTA. I have discussed the Bayesian approach to reasoning in the physical sciences elsewhere (Barnes 2017 2018), and will summarise the important points here.

Bayesian probabilities (p(A|B)) are developed (for example, by Jaynes 2003) as an extension to classical logic, quantifying the degree of plausibility of the proposition (A) given the truth of the proposition (B) , or following Climenhaga (2019), we can speak of the degree of support that (B) gives to (A) . Why think that degrees of plausibility or support can be mathematically modelled by probabilities? There are a number of approaches that lead Bayesians to the probability axioms of Kolmogorov (1933) or similar, such as Dutch book arguments and representational theorems that trace back to Ramsey (1926). Better known among physicists is the theorem of Cox (1946 see also Caticha 2009 Jaynes 2003 Knuth & Skilling 2012), which show that the standard probability rules follow from some simple desiderata, such as “if a conclusion can be reasoned out in more than one way, then every possible way must lead to the same result.”

These give the usual product, sum and negation rules for each of the Boolean operations ‘and’ ( (AB) ), ‘or’ ( (A+B) and ‘not’ ( (ar) ) [1] . From the product rule, we can derive Bayes’ theorem (assuming (p(B | C) eq 0) ),

These are identities , holding for any propositions (A) , (B) and (C) for which the relevant quantities are defined. In philosophical presentations, Bayes theorem often comes attached to a narrative about prior beliefs, updating and conditioning none of this is essential. Assigning known propositions to (B) and (C) in Equation (1) is purely for convenience. This is worth stressing: there is nothing in the foundations of Bayesian probability theory, or in its actual use in the physical sciences, that mandates that we apply Bayes theorem in chronological order, that is, that in applying Equation (1), we must have learned (B) after we learned (C) . This chronological mandate is often imposed by philosophers I have never seen it imposed by scientists or statisticians. [2]

When Bayes theorem is used to calculate the probability of some hypothesis or theory (T) , given evidence (E) and background information (B) , the corresponding terms in Equation (1) are labelled as follows: (p(T|EB)) is the posterior probability , (p(T|B)) is the prior probability , (p(E|TB)) is the likelihood , and (p(E|B)) is the marginal likelihood . But remember: these are mere labels.

Our argument will focus on likelihoods. We can write Bayes theorem in the following form,

Note two important points. Firstly, all theory testing is theory comparison . In Equation (2), we must evaluate the term (p(E|arB)) which is the likelihood of the evidence given that the theory (T) is not true. We must compare the expectations of our theory of interest with the expectations of rival theories, considered together as (ar) .

Secondly, theories are rewarded according to how likely they make evidence. Likelihoods are normalised with respect to evidence : (p(E|TB) + p(ar|TB) = 1) . A theory is given one unit of probability to spend among the possible sets of evidence, and must choose wisely where to place its bets. A prodigal theory that squanders its likelihood on evidence that isn’t observed—by spreading it thinly over a wide range of incompatible outcomes, for example—is punished relative to more discerning theories. Such wasteful theories include what are known in probability theory as non-informative theories: a theory is non-informative with respect to a set of outcomes/statements if it gives us no reason to expect any particular member of the set. For finite sets, non-informative theories can justify the use of the principle of indifference, whereby we assign equal probabilities to each member of the set. For infinite sets, non-informative distributions have been derived for specific cases, and include flat distributions, the Jeffrey’s distribution, maximum entropy, and more (Kass & Wasserman 1996). It is an open question whether there are general principles that govern all non-informative distributions. Note well that non-informative theories do not automatically have low posterior probabilities. For example, the theory “Alice shuffled the deck of cards thoroughly” is non-informative with regard to the order of the deck, but is not thereby necessarily implausible.


Crowdsourcing the Universe: How Citizen Scientists are Driving Discovery (Kavli Roundtable)

Adam Hadhazy, writer and editor for The Kavli Foundation, contributed this article to Space.com'sExpert Voices: Op-Ed & Insights.

Astronomers are increasingly enlisting volunteer "citizen scientists" to help them examine a seemingly endless stream of images and measurements of the universe, and their combined efforts are having a powerful impact on the study of the cosmos.

Just last November, a citizen science project called Space Warps announced the discovery of 29 new gravitational lenses, regions in the universe where massive objects bend the paths of photons (from galaxies and other light sources) as they travel toward Earth. As cosmic phenomena go, the lenses are highly prized by scientists because they offer tantalizing glimpses of objects too distant, and dim, to be seen through existing telescopes, and information on the objects that are acting as lenses.

The Space Warps' haul of lenses is all the more impressive because of how it was obtained. During an eight-month period, about 37,000 volunteers individually combed more than 430,000 digital images in a huge, online photo library of deep space. Automated computer programs have identified most of the 500 gravitational lenses on astronomer&rsquos books. However, computers failed to flag the 29 lenses the Space Warps volunteers spotted, speaking to unique skills we humans possess.

The Kavli Foundation spoke with three researchers, all co-authors of two papers published in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (SPACE WARPS &ndash I. Crowdsourcing the discovery of gravitational lenses SPACE WARPS&ndash II. New gravitational lens candidates from the CFHTLS discovered through citizen science) describing the Space Warps findings. In our roundtable, the researchers discussed the findings and the critical role citizen science is playing in furthering astronomical discovery. The participants were:

    is a project researcher at the Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU) at the University of Tokyo. More is a co-principal investigator for Space Warps, a citizen project dedicated to identifying gravitational lenses. is a senior researcher in the department of physics at the University of Oxford. Verma is also a co-principal investigator for Space Warps. is a professor of astrophysics and the citizen science lead at the University of Oxford. Lintott is a co-founder of Galaxy Zoo, a citizen science project in which volunteers classify types of galaxies, and the principal investigator for the Zooniverse citizen science web portal.

The following is an edited transcript of the roundtable discussion. The participants have been provided the opportunity to amend or edit their remarks.

The Kavli Foundation: Anupreeta and Aprajita, where did you get the idea — along with your co-principal investigatorPhil Marshall of the Kavli Institute for Particle Astrophysics and Cosmology (KIPAC) at Stanford University — to put volunteers to work on identifying gravitational lenses starting back in 2013?

Anupreeta More: A few years ago, Chris Lintott gave a talk on citizen science at the Kavli Institute for Cosmological Physics in Chicago, where I was working at the time. It got me thinking about a lens search by citizen scientists.

Aprajita Verma: For Phil Marshall and I, Space Warps grew out of Galaxy Zoo. Soon after Galaxy Zoo launched, I started to look at some of the galaxies that were being posted on the Galaxy Zoo user forum that had potential lensed features surrounding them. This was a great by product of the core Galaxy Zoo project. However, we realized that to find these incredibly rare sources, which are often confused with other objects, we really needed a tailored interface to efficiently find lenses. This grew into Space Warps.

TKF: Chris, Galaxy Zoo itself was inspired by[email protected], the first astronomy-based citizen science project in which people played an active role. Until then, citizen scientists were often computer owners who offered up free processing power on their devices to aid in machine-driven data analysis. Were you concerned when you started Galaxy Zoo in 2007 that it would be hard to attract volunteers?

Chris Lintott: Since [email protected] involved people looking at images of a comet's dust grains brought back by NASA's Stardust space probe, we thought "Well, if people are willing to look at dust grains, then surely they'd be happy to look at our galaxies!" But that turned out to be almost beside the point. As we've done many of these citizen science projects over the years, we've discovered it's not the quality of the images that matter. After all, our galaxies aren't typically beautiful. They are not the Hubble Space Telescope shots that you&rsquod expect to find on the front page of the New York Times. Our galaxies are often fuzzy, little, enigmatic blobs. The Space Warps images are pretty, but again they're not the kind of thing you would sell as a poster in the gift shop at the Kennedy Space Center.

It's actually the ideas that get people excited. I think Space Warps and Galaxy Zoo have been successful because they have done a great job of explaining to people why we need their help. We're saying to them: "Look, if you do this simple task, it allows us to do science." This idea is best shown by Planet Hunters, a citizen science project that searches for exoplanets in data from NASA's Kepler spacecraft. Users are looking at graphs for fun. But because the idea is the discovery of exoplanets, people will put up with looking at data.

TKF: What sort of unique science is made possible because of Space Warps?

Verma: Gravitational lenses allow us to look at objects, such as very distant galaxies, that are fainter and in much more detail than with the telescopes we have now. It's enabling the kind of science we'll be routinely doing with extremely large telescopes in the future.

More: That's right. Something unique about gravitational lensing is that it acts like a natural telescope and allows us to study some really faint, distant galaxies which we wouldn't get to study otherwise. We're seeing these distant galaxies in the early stages of their life cycle, which helps us understand how galaxies evolve over time.

Also, in a gravitational lens system, it's possible for us to study the properties of the foreground galaxies or galaxy groups that are gravitationally lensing the background sources. For example, we can measure the mass of these foreground galaxies and also study how mass is distributed in them.

TKF: Space Warps and other citizen science projects flourish because computer programs sometimes struggle at identifying features in data. Why do computers have trouble spotting the characteristic arc or blobby shapes of gravitational lenses that humans can?

More: The problem is that these arc-like images of distant galaxies can have very different shapes and profiles. The process of lensing magnifies these galaxies' images and can distort them. Also, these distant galaxies emit light at different wavelengths and can appear to have different colors. Furthermore, there are structures in these galaxies that can change the shape of the arcs.

Verma: Also, lots of spiral galaxies have bluish spiral arms that can look like lenses. We call these objects "lens impostors" and we find many more of these false positives compared to rare, true gravitational lenses.

More: All these differences make it difficult to automate the process for finding lenses. But human beings are very good at pattern recognition. The dynamic range that our eyes and our brains offer is much greater than a computer algorithm.

Lintott: Another thing to bear in mind in astronomy, particularly in Space Warps, is that we're often looking for rare objects. A computer's performance depends very strongly on how many examples you have to "train" it with. When you're dealing with rare things, that's often very difficult to do. We can't assemble large collections of hundreds of thousands of examples of gravitational lenses because we don't have them yet.

Also, people — unlike computers — check beyond what we are telling them to look for when they review images. One of the great Space Warps examples is the discovery of a "red ring" gravitational lens. All the example lenses on the Space Warps site are blue in color. But because we have human classifiers, they had no trouble noticing this red thing that looks a little like these blue things they've been taught to keep an eye out for. Humans have an ability to make intuitive leaps like that, and that's very important.

Verma: I echo the point that it's very difficult to program diversity and adaptability into any computer algorithm, whereas we kind of get it for free from the citizen scientists! [Laughter]

TKF: Aprajita and Anupreeta, what&rsquos the importance of the red ring object Chris just mentioned that the Space Warps community discovered in 2014 and has nicknamed9io9?

Verma: This object was a really exciting find, and it's a classic example of something we hadn't seen before that citizen scientists quickly found. We think that inside the background galaxy there's both an active black hole, which is producing radio wave emissions, as well as regions of star-formation. They're both stretched by the lensing into these spectacular arcs. It's just a really nice example of what lensing can do. We're still putting in further observations to try and really understand what this object is like.

More: In this particular case with 9io9, there is the usual, main lensing galaxy, but then there is also another, small, satellite galaxy, whose mass and gravity are also contributing to the lensing. The satellite galaxy produces visible effects on the lensed images and we can use this to study its mass distribution. There are no other methods besides gravitational lensing which can provide as accurate a mass estimate for galaxies at such great distances.

TKF: Besides 9io9, citizen astrophysicists have turned up other bizarre, previously unknown phenomena. One example is Hanny&rsquos Voorwerp, a galaxy-size gas cloud discovered in 2007 in Galaxy Zoo. More recently, in 2015, Planet Hunters spotted huge decreases in the starlight coming from a star called KIC 8462. The cause could be an eclipsing swarm of comets another, albeit unlikely, possibility that has set off rampant speculation on the Internet is that an alien megastructure is blocking light from the star. Why does citizen science seemingly work so well at making completely unexpected discoveries?

Lintott: I often talk about the human ability to be distracted as a good thing. If we're doing a routine task and something unusual comes along, we stop to pay attention to it. That's rather hard to develop with automated computer systems. They can look for anomalies, but in astronomy, most anomalies are boring, such as satellites crossing in front of the telescope, or the telescope's camera malfunctions.

However, humans are really good at spotting interesting anomalies like Hanny's Voorwerp, which looks like either an amorphous green blob or an evil Kermit the Frog, depending on how you squint at it. [Laughter] The point is, it's something you want to pay attention to.

The other great thing about citizen science is that the volunteers who find these unusual things start to investigate and become advocates for them. Citizen scientists will jump up and down and tell us professional scientists we should pay attention to something. The great Zooniverse discoveries have always been from that combination of somebody who's distracted and then asks questions about what he or she has found.

TKF: Aprajita and Chris, you are both working on theLarge Synoptic Survey Telescope (LSST). It will conduct the largest-ever scan of the sky starting in 2022 and should turn up tons of new gravitational lenses. Do you envision a Space Warps-style citizen science project for LSST?

Verma: Citizens will play a huge role in the LSST, which is a game-changer for lensing. We know of about 500 lenses currently. LSST will find on the order of tens to hundreds of thousands of lenses. We will potentially require the skill that citizen scientists have in looking for exotic and challenging objects.

Also, LSST&rsquos dataset will have a time dimension. We're really going to make a movie of the universe, and this will turn up a number of surprises. I can see citizen scientists being instrumental in a lot of the discoveries LSST will make.

Lintott: One thing that's challenging about LSST is the sheer size of the dataset. If you were a citizen scientist, say, who had subscribed to receive text message alerts for when objects change in the sky as LSST makes its movie of the universe, then you would end up with a couple of billion text messages a night. Obviously that would not work. So that means we need to filter the data. We'll dynamically decide whether to assign a task to a machine or to a citizen scientist, or indeed to a professional scientist.

TKF: Chris, that comment reminds me of something you said toTIME magazine in 2008: "In many parts of science, we're not constrained by what data we can get, we're constrained by what we can do with the data we have. Citizen science is a very powerful way of solving that problem.&rdquo In this era of Big Data, how important do you all see citizen science being moving forward, given that computers will surely get better at visual recognition tasks?

Lintott: In astronomy, if you're looking at things that are routine, like a spiral galaxy or a common type of supernova, I think the machines will take over. They will do so having been trained on the large datasets that citizen scientists will provide. But I think there will be citizen involvement for a long while and it will become more interesting as we use machines to do more of the routine work and filter the data. The tasks for citizen scientists will involve more varied things — more of the unusual, Hanny's Voorwerp-type of discoveries. Plus, a lot of unusual discoveries will need to be followed up, and I'd like to see citizen scientists get further into the process of analysis. Without them, I think we're going to end up with a pile of interesting objects which professional scientists just don't have time to deal with.

Verma: We have already seen a huge commitment from citizen scientists, particularly those who've spent a long time on Galaxy Zoo and Space Warps. For example, on Space Warps, we have a group of people who are interested in doing gravitational lens modeling, which has long been the domain of the professional astronomer. So we know that there's an appetite there to do further analysis with the objects they&rsquove found. I think in the future, the citizen science community will work hand-in-hand with professional astronomers.

TKF: Are there new citizen astrophysicist opportunities on the horizon related to your projects?

Lintott: Galaxy Zoo has a new lease on life, actually. We just added in new galaxies from a telescope in Chile. These galaxies are relatively close and their images are beautiful. It's our first proper look at the southern sky, so we have an all-new part of the universe to explore. It gives users a chance to be the first to see galaxies — if they get over to Galaxy Zoo quickly!

Verma: For Space Warps, we are expecting new data and new projects to be online next year.

More: Here in Japan, we are leading an imaging survey called the Hyper Suprime-Cam (HSC) survey and it's going to be much larger and deeper than what we have been looking at so far. We expect to find more than an order of magnitude increase in the number of lenses. Currently, we are preparing images of the candidates from the HSC survey and hope to start a new lens search with Space Warps soon.

TKF: Is it the thrill of discovery that entices most citizen scientist volunteers? Some of the images in Galaxy Zoo have never been seen before because they were taken by a robotic telescope and stored away. Volunteers therefore have the chance to see something no one else ever has.

More: That discovery aspect is personal. I think it's always exciting for anyone.

Lintott: When we set up Galaxy Zoo, we thought it would be a huge motivation to see something that's yours and be the first human to lay eyes on a galaxy. Exploring space in that way is something that until Galaxy Zoo only happened on "Star Trek." [Laughter]

In the years since, we've also come to realize that citizen science is a collective endeavor. The people who've been through 10,000 images without finding anything have contributed to the discovery of something like the red ring galaxy just as much as the person who happens to stumble across it. You need to get rid of the empty data as well. I've been surprised by how much our volunteers believe that. It's a far cry from the traditional, public view of scientific discovery in which the lone genius makes the discovery and gets all the credit.

Verma: We set out with Space Warps for citizen scientists to be part of our collaboration and they've really enabled us to produce important findings. They've inspired us with their dedication and productivity. We've learned from our analysis that basically anyone who joins Space Warps has an impact on the results. We are also especially grateful for a very dedicated, diligent group that has made most of the lens classifications. We look forward to welcoming everyone back in our future projects!


Greek Philosophers

The famous ancient Greek philosophers had a tremendous impact on the development of western philosophical thought.

Social Studies, Ancient Civilizations

Greek Philosophers

Socrates and Plato are two famous Greek philosophers whose ideas still impact society today.

In ancient Greece, philosophers contemplated and theorized about many different ideas such as human nature, ethics, and moral dilemmas. Ancient Greek philosophers can be categorized into three groups: the Pre-Socratics, the Socratics, and the Post-Socratics.

Pre-Socratic philosophers mostly investigated natural phenomena. They believed that humans originated from a single substance, which could be water, air, or an unlimited substance called &ldquoapeiron.&rdquo One well-known philosopher from this group was Pythagoras, the mathematician who created the Pythagorean Theorem.

The Socratic philosophers in ancient Greece were Socrates, Plato, and Aristotle. These are some of the most well-known of all Greek philosophers. Socrates (470/469&ndash399 B.C.E.) is remembered for his teaching methods and for asking thought-provoking questions. Instead of lecturing his students, he asked them difficult questions in order to challenge their underlying assumptions&mdasha method still used in modern-day law schools. Because Socrates wrote little about his life or work, much of what we know comes from his student Plato.

Plato (428/427&ndash348/347 B.C.E.) studied ethics, virtue, justice, and other ideas relating to human behavior. Following in Socrates&rsquo footsteps, he became a teacher and inspired the work of the next great Greek philosopher, Aristotle. Aristotle (384&ndash322 B.C.E.), while also interested in ethics, studied different sciences like physics, biology, and astronomy. He is often credited with developing the study of logic, as well as the foundation for modern-day zoology.

The Post-Socratic philosophers established four schools of philosophy: Cynicism, Skepticism, Epicureanism, and Stoicism. The Post-Socratic philosophers focused their attention on the individual rather than on communal issues such as politics. For example, stoicism sought to understand and cultivate a certain way of life, based on one&rsquos virtues, or wisdom, courage, justice, and temperance. Modern philosophers and educators still employ the patterns of thinking and exploration established by ancient Greek philosophers, such as the application of logic to questions of thought and engaging in debate to better convey philosophical ideas.

Socrates and Plato are two famous Greek philosophers whose ideas still impact society today.


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