Mathematica simula el sonido del Big Bang

“Así que, un sábado por la mañana, cuando debería haber estado haciendo otra cosa, me senté y escribí un programa de 16 líneas en Mathematica que produce el sonido.”

El físico, profesor y columnista de ciencia John Cramer contó a Wolfram Research que recientemente utilizó Mathematica para producir una simulación de 100 segundos del sonido del Big Bang durante los primeros 760,000 años de la evolución del universo. Cramer, docente en la Universidad de Washington, informó: “El resultado suena más bien como un gran jet sobrevolando tu casa a una altitud de 100 pies en medio de la noche”.

Marcus Chown, escritor científico británico con quien Cramer interactúa con frecuencia, escribió una historia sobre la simulación de Cramer en la edición del 1 de noviembre de New Scientist. Esta historia “produjo una asombrosa explosión de atención mediática”, comenta Cramer. “Me han entrevistado repetidamente, incluyendo tres entrevistas separadas para BBC Radio 4, BBC Radio 5 y el Servicio internacional de la BBC. Un amigo en Polonia dijo que escuchó sobre mi trabajo en un noticiero nacional polaco. Entre otros lugares, aparecí en el titular principal de un periódico turco llamado SABAH, fui mencionado en el servicio de noticias árabe Al Jazeera, y en el periódico Shanghai Daily. Nuestro servidor web local se ha caído repetidamente bajo la carga de personas intentando descargar el archivo de sonido”.

Cramer explica: “La historia sobre cómo llegué a producir el sonido del Big Bang es la siguiente. Mi área principal de investigación es la física de iones pesados ultrarrelativistas. No trabajo mucho en cosmología y astrofísica, aunque he publicado uno o dos artículos en esas áreas. Sin embargo, también escribo una columna científica bimensual para la revista Analog que a menudo trata sobre cosmología. Una de esas columnas, titulada 'BOOMERanG and the Sound of the Big Bang' se publicó en la edición de enero de 2001 de Analog y también está disponible en la web. Describe el entonces reciente vuelo de un globo en la Antártida que mapeó la estructura de ángulo pequeño de la radiación cósmica de fondo. Siguiendo la línea de los científicos involucrados en el proyecto, describí las variaciones de temperatura que observaron como, en efecto, una grabación del ‘sonido del Big Bang’ cuando el universo tenía 376,000 años”.

“Hace aproximadamente un mes recibí un correo electrónico de una lectora. Ella dijo que su hijo de 11 años estaba haciendo un proyecto escolar sobre el Big Bang y que habían visto mencionado en mi columna en la web. Ella se preguntaba si el sonido del Big Bang estaba realmente grabado en algún lugar para que él pudiera reproducirlo para su clase. Mi respuesta fue ‘no’, pero su interesante pregunta me hizo considerar el problema. Con los datos disponibles de BOOMERanG y más recientemente de WMAP, no sería demasiado difícil simular el sonido usando Mathematica, el cual incluye la función de convertir funciones matemáticas en sonido que puede capturarse en archivos .wav”.

“La idea de sintetizar el sonido del Big Bang me rondó la cabeza durante varios días. Decidí que realmente necesitaba escuchar cómo sonaba el Big Bang. Así que, un sábado por la mañana, cuando debería haber estado haciendo otra cosa, me senté y escribí un programa de 16 líneas en Mathematica que produce el sonido y lo guardé como un archivo .wav. Descargué el espectro de frecuencias medido por el satélite WMAP de la NASA y lo usé como datos de entrada para el programa.”

“El cuaderno combina las frecuencias medidas por WMAP, adecuadamente escaladas para el oído humano, suponiendo que todos los sinusoides comienzan como máximo en t = 0 (el inicio del Big Bang). Se desplazan las frecuencias hacia abajo en el tiempo ^2/3 a medida que el universo se expande y se convierte más en un ‘instrumento de bajos’. La simulación dura 100 segundos, representando los primeros 760,000 años de evolución del universo, y varía la intensidad del sonido para que coincida con la microonda cósmica, que según WMAP alcanzó su punto máximo a los 376,000 años y cayó a 36 por ciento de intensidad en 110,000 años a cada lado del pico. Las frecuencias de sonido utilizadas en la simulación deben aumentarse en un enorme factor (aproximadamente 10²⁶) para coincidir con la respuesta del oído humano, porque las frecuencias reales del Big Bang eran demasiado bajas para ser escuchadas por los humanos (incluso si hubiera habido alguno presente)”.

“Después de producir el archivo .wav, envié una copia por correo electrónico a mi lectora. Ella informó que el proyecto escolar de su hijo fue un gran éxito”.

El cuaderno de Mathematica de Cramer, el archivo .wav y los datos de entrada para la simulación pueden encontrarse en "The Sound of the Big Bang" en el Centro de información de Wolfram. Para más información sobre Cramer y su trabajo, visite su página personal.