Podcast CB SyR 493: Cosmología inhomogénea timescape, bacteria superman, consumo de café y microbioma

Te recomiendo disfrutar del episodio 493 del podcast Coffee Break: Señal y Ruido [iVoox A, iVoox B; ApplePodcast A, ApplePodcast B], titulado “Cosmología Timescape; Bacterias Superheroínas; Café y Bacterias”, 02 ene 2025. «La tertulia semanal en la que repasamos las últimas noticias de la actualidad científica. Cara A: Anuncio: colaboración con iVoox (13:00). La cosmología alternativa de timescapes (20:00). Cara B: -La cosmología alternativa de timescapes. Continuación (00:01). Bacteria Superman (51:38). Consumo de café y bioma intestinal (Lawsonibacter asaccharolyticus) (1:15:38). Señales de los oyentes (1:31:25). Imagen de portada realizada por Héctor Socas. Todos los comentarios vertidos durante la tertulia representan únicamente la opinión de quien los hace… y a veces ni eso».

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¡Feliz 2025! Disfruta de nuestro vídeo de felicitación anual, diseñado y editado por la genial Sara Robisco. ¡Que la ciencia os acompañe!

Como muestra el vídeo participamos por videoconferencia Héctor Socas Navarro @HSocasNavarro / @HSocasNavarro@bird (@pCoffeeBreak / @pCoffeeBreak.bsky), Sara Robisco Cavite @SaraRC83 / @ViajandoConCiencia.bsky, Héctor Vives-Arias @DarkSapiens / @DarkSapiens.bsky, Juan Carlos Gil Montoro @Ooxine (@ApuntesCiencia / @ApuntesCiencia.bsky / @ApuntesCiencia@astrodon), y Francis Villatoro @eMuleNews / @eMuleNews.bsky / @eMuleNews@mathstodon. Por cierto, agradezco a Manu Pombrol @ManuPombrol el diseño de mi fondo para Zoom; muchas gracias, Manu.

Tras la presentación, Héctor nos comenta que se ha caído la página web del podcast (https://señalyruido.com). También nos comenta que un oyente, Daniel Masjuan, nos ha comentado en privado que participó como Study Lead en los ensayos clínicos del lenacapavir de Gilead Sciences para el SIDA (contra el retrovirus VIH). Comento que he buceado en dichos ensayos clínicos (https://clinicaltrials.gov/study/NCT04994509 y https://clinicaltrials.gov/study/NCT04925752), pero no aparece su nombre. No aparece ningún Study Lead, solo aparece el Study Director, pero sin especificar el nombre de la persona; solo aparece el cargo Gilead Study Director (afiliado al Gilead Clinical Study Information Center). Quizás Masjuan ocupe dicho cargo.

Héctor anuncia una nueva colaboración con iVoox para el año 2025 (ya nos dará detalles en el futuro). Además, nos comenta un vídeo en YouTube de Sabine Hossenfelder sobre la noticia que nos comentó en el episodio 491 en relación a las superfulguraciones solares (LCMF, 19 dic 2024). Héctor comenta que ella incurre en algunas erratas, pero que, en general, se agradece que también divulgue física solar.

Héctor, Héctor Vives y yo comentamos una nueva cosmología llamada del paisaje temporal (timescape cosmology), cuyo nombre original era cosmología de la burbuja fractal (fractal bubble cosmology). La cosmología de consenso LCDM usa las hipótesis de isotropía y homogeneidad; esta hipótesis es cierta a gran escala (así lo confirman el fondo cósmico de microondas y todas las demás observaciones cosmológicas). Pero dicha hipótesis no es cierta a pequeña escala (a escala astrofísica, donde es de esperar que la cosmología no sea aplicable). Se llama cosmología inhomogénea (también cosmología reciente, o late-time cosmology) a la que considera los efectos cosmológicos de dichas inhomogeneidades astrofísicas (como si fueran cosmológicas).

La fuente más obvia de inhomogeneidad es la web cósmica (la estructura en forma de espuma de la distribución de materia en el universo, que presenta grandes vacíos (o subdensidades) separados entre sí por sobredensidades, donde se encuentran las galaxias y los supercúmulos galácticos). Como la diferencia de densidad entre los vacíos y las sobredensidades es del orden del 10 %, en general, el efecto de las inhomogeneidades es despreciable a escala cosmológica. Pero dicho porcentaje parece similar al necesario para resolver problemas como el de la constante de Hubble (aunque hay decenas de estudios que demuestran que los grandes vacíos son incapaces de resolver dicho problema). Además, dichas inhomogeneidades podrían explicar la aceleración de la expansión cósmica, sin necesidad de energía oscura (y ya se sabe que ir en contra de la energía oscura y/o de la materia oscura genera un gran eco mediático, tanto como ir en contra de Einstein).

David L. Wiltshire es uno de esos soberbios cosmólogos teóricos (que por fortuna son muy pocos) que consideran que si la Naturaleza contradice sus teorías, entonces la «Naturaleza está equivocada». Faltaría más, cómo va a ser que sus «bellas teorías» estén equivocadas. Las observaciones que refutan las teorías cosmológicas inhomogéneas tienen que estar mal, porque dichas inhomogeneidades alteran las reglas de medida para el tiempo y el espacio que se usan para interpretar dichas observaciones. En rigor, hay que empezar desde cero, para reinterpretar las observaciones astrofísicas de tal forma que confirmen sus teorías cosmológicas (que, repito, no pueden estar equivocadas). Las observaciones de supernovas Ia de cartografiados como JLA y Pantheon+ se interpretan aplicando a sus curvas de luz la famosa fórmula de Tripp (algoritmo SALT2). Las inhomogeneidades implican que dicha fórmula tiene que estar mal (pues usando dicha fórmula la cosmología inhomogénea es refutada por las observaciones).

Por ello, proponen ajustar de forma simultánea su modelo cosmológico y una fórmula empírica que reemplace la de Tripp. En lugar de ajustar los 6 parámetros del modelo cosmológico LCDM a las supernovas Ia ajustadas usando la fórmula de Tripp (lo que hacen todos los cosmólogos de pro), proponen ajustar los 7 parámetros de su nuevo modelo cosmológico (el séptimo es la fracción de vacío f_V asociada a la web cósmica) junto con 4 parámetros para una nueva ley astrofísica (α, β, x₁, y c), un total de 11 parámetros. Como es de esperar, ajustar 11 parámetros siempre conduce a un resultado mejor que ajustar 6 parámetros, siempre y cuando el resultado de dicho ajuste no dependa de las supernovas Ia que se ajusten. Por desgracia, como también es de esperar, ese no es el caso.

Parece fácil, pero todo es mucho más complicado. En rigor la fracción de vacío f_V depende de la escala, es decir, del desplazamiento al rojo. Así que hay que ajustar 11 parámetros que dependen del desplazamiento al rojo z (que para 22 valores entre z = 0.0 y 0.1 corresponden a 242 parámetros). Una labor imposible (por el alto coste computacional de ajustar 242 parámetros), máxime cuando debe ser realizada por Wiltshire y sus 4 estudiantes. Por ello se limitan a ajustar 5 parámetros (la fracción cósmica de masa Ω_M y los parámetros astrofísicos de su fórmula α, β, x₁, y c) en un artículo publicado en MNRAS (Zachary G Lane, Antonia Seifert, …, David L Wiltshire, «Cosmological foundations revisited with Pantheon+,» MNRAS 536: 1752-1777 (19 Dec 2024), doi: https://doi.org/10.1093/mnras/stae2437); en un segundo artículo ajustan 6 parámetros (además de Ω_M incluyen la fracción de vacío f_V), Antonia Seifert, Zachary G Lane, …, David L Wiltshire, «Supernovae evidence for foundational change to cosmological models,» MNRAS Letters 537: L55-L60 (19 Dec 2024), doi: https://doi.org/10.1093/mnrasl/slae112).

Como es obvio, si su modelo cosmológico inhomogéneo fuera correcto, el ajuste del parámetro cosmológico y los parámetros astrofísicos sería independiente del conjunto de supernovas Ia usado (porque la Naturaleza es única por definición). Por desgracia, como muestra la tabla (del primer artículo, para un desplazamiento al rojo de z = 0.075), los resultados «bailan una sevillana a ritmo de una rumba». Por ejemplo, con el análisis bayesiano (pues las diferencias son mayores para el análisis frecuentista), resulta que 100 Ω_M se estima en 30.5 ± 1.8 para JLA580 (580 supernovas de JLA), 33.8 ± 0.9 para JLA740, 29.1 ± 0.8 para P+580 (580 supernovas de Pantheon+) y 46.2 ± 0.9 para P+1690; nótese, por ejemplo, que entre JLA740 y P+1690 hay (46.2 − 29.1)/0.9  = 19 sigmas (desviaciones típicas) de diferencia, o que entre JLA580 y JLA740 hay (33.8 − 29.1)/0.9 = 5.2 sigmas de diferencia.

¿Qué significan las diferencias mostradas en la tabla? Que «torturar los datos para que confiesen» en favor de la nueva cosmología solo conduce a resultados que refutan dicha cosmología. Por supuesto, Wiltshire lo sabe, por ello usa el «truco del almendruco» para confundir a los revisores; en lugar de comparar el ajuste de su modelo cosmológico con cinco parámetros (Ω_M, α, β, x₁, y c) con el LCDM con parámetros fijados (cosa que no puede hacer porque entonces se refuta su modelo por muchas sigmas), compara usando un algoritmo bayesiano los ajustes de su modelo cosmológico con cinco parámetros ajustables y de un exótico LCDM también ajustado con dichos cinco parámetros. Este «magreo de datos» no tiene ni pies ni cabeza; en mi opinión, no debería ser aceptado en la revisión por pares. Pero parece que a los revisores de sus artículos en MNRAS (y en otras revistas) estas nimiedades les importan un comino. Más aún, Wiltshire recurre a comentar unas cuantas «chorradas» sobre filosofía popperiana, junto a una argumentación pseudofilosófica irrelevante, para tratar de justificar lo injustificable, que su «magreo de datos» es una metodología científica fetén.

En mi opinión este tipo de artículos son «ruido», sin ninguna «señal». Ya se sabe que «la mona, aunque se vista de seda, mona se queda». La cosmología de Wiltshire  se publicó en 2007 y fue refutada por sus primeros análisis de supernovas Ia en 2007. Pero desde entonces, ha seguido publicando nuevas refutaciones como si fueran avances positivos. Porque las «bellas teorías» nunca mueren. Sigue y seguirá publicando sus ideas en busca de eco mediático (un minuto de fama bien vale cientos de páginas en revistas científicas rellenas de «ruido»). ¿Cómo es posible que en la revisión por pares se acepte todo lo que aparenta tener una metodología científica rigurosa? En el podcast, mi papel de «poli malo» es compensado por Héctor Socas y Héctor Vives, que en su papel de «polis buenos» tratan de justificar que este tipo de artículos son necesarios y que se deben seguir publicando en prestigiosas revistas. En su opinión se trata de un trabajo en fase temprana, que podría tener un impacto significativo en el futuro. Más aún, Héctor Socas recalca que la labor de la revisión por pares no es rechazar artículos irrelevantes; solo se deben rechazar los artículos que estén mal.

Silverine McSilver pregunta: «A​ mí lo que me fascina es que el efecto de la supuesta energía oscura se perciba a partir de un cierto momento y no desde el principio…» Héctor contesta que en el modelo LCDM es la constante cosmológica, que es constante y siempre está presente. Pero su efecto es pequeño en comparación con el efecto de la materia, por ello solo se observa en los grandes vacíos de la web cósmica, donde su efecto se hace comparable, e incluso supera, al efecto de la materia. Apostillo aquí que el problema de la coincidencia, ¿por qué ahora la energía oscura domina el universo?, junto al problema de la magnitud, ¿por qué en unidades de Planck la constante cosmológica es tan pequeña?, son los dos grandes problemas asociados a la constante cosmológica que aún no tienen solución.

Héctor agradece el patrocinio de AICAD Business School (https://www.aicad.es). Aicad es la empresa de Inma Vega y Ermel, oyentes del programa desde hace nueve años y personas cientófilas. Nos anuncia la semana de la inteligencia artificial (IA Week 2025), un evento gratuito desde el 20 al 23 enero 2025 (inscripciones en https://www.aicad.es/events/ia-week-2025). También ofertan un máster de IA (para nuestros oyentes habrá un descuento, solo tienen que decir que lo son al inscribirse).

Juan Carlos nos habla de un artículo en Nature Catalysis que propone cómo transformar bacterias en bacterias superman (gracias a una supercapa protectora, una «capa de superman»). La idea es modificar las membranas celulares de bacterias Escherichia coli mediante polímeros catalíticos que las protegen de la catálisis fotoenzimática. Se usa la polimerización vía radicales por transferencia de átomos (ATRP, siglas de Atom Transfer Radical Polymerization) para insertar polímeros funcionales en la membrana; se ha demostrado con dos catalizadores: un fotocatalizador basado en antraquinona (P1 en la figura) y un polimerizador organometálico con rutenio (P2 en la figura).

El artículo es una prueba de concepto; se demuestra una reacción en cascada que convierte alcohol bencílico en benzaldehído y luego en benzoin, logrando rendimientos hasta 15 veces superior a los controles. Las  células con polímeros insertados mantienen su función bajo los procedimientos estándares en la industria(como la centrifugación). El resultado es relevante química sintética, biotecnología y catálisis sostenible, al prometer la inserción de catalizadores químicos y biológicos que se ya se usan en aplicaciones industriales. Además, podría ser interesante en química verde, al permitir procesos catalíticos más eficientes y respetuosos con el medio ambiente. Incluso podría tener aplicaciones en otros tipos de células, con aplicaciones biomédicas. Nos lo explica muy bien Juan Carlos, recomiendo disfrutar del audio. El artículo es Jian Ning, Zhiyong Sun, …, Changzhu Wu, «Engineering living cells with polymers for recyclable photoenzymatic catalysis,» Nature Catalysis 7: 1404-1416 (11 Dec 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41929-024-01259-5.

Sara nos cuenta un artículo en Nature Microbiology sobre la relación entre el consumo de café y el microbioma intestinal, en concreto, la bacteria Lawsonibacter asaccharolyticus. La abundancia de dicha bacteria está asociada al consumo de café con una AUC de 0.89 (AUC es un estadístico llamado área bajo la curva), según un estudio multiómico y multicohorte de la dieta de 22 867 participantes de EEUU y Reino Unido, así como de datos públicos de 211 cohortes (N = 54 198). Lo confirman estudios de laboratorio in vitro en los que el crecimiento de la bacteria L. asaccharolyticus es estimulado en un medio suplementado con café. Este hallazgo establece una conexión metabólica entre el café, sus metabolitos (como el ácido quínico y la trigonelina), y la microbiota intestinal.

Mediante técnicas de metagenómica y metabolómica se han desvelado los metabolitos más significativos en la asociación entre la microbiota intestinal y el consumo de café: destacan el ácido quínico y la trigonelina (compuestos bioactivos presentes en el café correlacionados con L.  asaccharolyticus), y la cafeína y algunos metabolitos derivados de su metabolismo (1-metilúrico, 1,7-dimetilúrico, 1-metilxantina, 3-metilxantina, y 5-acetilamino-6-amino-3-metiluracilo). Este estudio es relevante porque muestra como un alimento muy consumido interacciona con la microbiota, pero aún queda mucho más por estudiar en este campo. Sus potenciales aplicaciones son la investigación nutricional, en la personalización de dietas y en la identificación de nuevas estrategias terapéuticas basadas en la manipulación de la microbiota intestinal. El artículo es Paolo Manghi, Amrisha Bhosle, …, Mingyang Song, «Coffee consumption is associated with intestinal Lawsonibacter asaccharolyticus abundance and prevalence across multiple cohorts,» Nature Microbiology 9: 3120-3134 (18 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41564-024-01858-9; más información divulgativa en Nathan P. McNulty, Jeffrey I. Gordon, «Coffee habits help shape gut communities,» News & Views, Nature Microbiology 9: 3088-3089 (20 Nov 2024), doi: https://doi.org/10.1038/s41564-024-01869-6.

Y pasamos a Señales de los Oyentes. Cristina Hernández García pregunta: «¿Por qué si la bacteria dependiera de la cafeína también ocurriría con el té? ¿El té lo modifica de otra forma?» Juan Carlos comenta que la teína y la cafeína son el mismo compuesto químico. Sara contesta que en el artículo se descarta que la cafeína sea la sustancia responsable del efecto en la microbiota, pues el café descafeinado también provoca dicho efecto. Son otras sustancias (metabolitos) en el café los causantes. Héctor Vives recuerda que el café estaba entre el grupo de sustancias probablemente cancerígenas, pero luego resultó que lo cancerígeno era el beber cosas muy calientes (mate, té, café, etc.), que aumenta la incidencia de cáncer de garganta.

Cebra pregunta: ​»No tiene que ver con los temas de hoy, ¿cómo se enfrían átomos o moléculas con un láser?» Contesta Juan Carlos que es algo muy sencillo. Los átomos, a diferencia de las moléculas, que tienen grados de libertad vibracionales y torsionales, solo tienen grados de libertad traslacionales; por ello, su temperatura solo depende de su velocidad (su energía cinética). Para los átomos se mide su velocidad (vector con una dirección dada) y se lanza un pulso láser en la dirección contraria; el momento lineal de los fotones de la luz reducen el del átomo, con lo que lo frenan. Sería como frenar una bola de billar usando una pistola de agua.

Héctor Vives comenta que no hace falta ni medir su velocidad, sino que se usan pulsos con una frecuencia concreta que solo son absorbidos por átomos que superan cierta velocidad mínima. Héctor Socas comenta que se usa una transición electrónica muy probable del átomo y se ajusta la frecuencia de los pulsos de luz un poquito hacia el azul de esa transición, de forma que si la dirección del átomo se dirige hacia el láser, el pulso logra frenarlo. Se usan dos láseres por cada una de las tres direcciones espaciales para lograr frenar a los átomos. Enfriar es equivalente a frenar. Juan Carlos recomienda a los oyentes que disfruten de algún  libro básico de termodinámica estadística, pues es una materia poco conocida y abre mucho la mente.

Comento que no se enfrían átomos individuales, sino un gas de átomos. La temperatura se aplica a un conjunto de átomos en equilibrio. No se puede aplicar el concepto de temperatura a un solo átomo (aunque los pulsos del láser actúan sobre átomos individuales). Héctor Socas dice que ha visto artículos que asocian una temperatura a un átomo individual. Yo recalco que se trato de un abuso del lenguaje (de hecho, incluso se usa el concepto de temperatura para el espacio vacío usando variantes de la entropía de Bekenstein–Hawking para los agujeros negros). Pero, en rigor, un átomo no tiene temperatura. Héctor Socas enfatiza que la energía cinética es equivalente a la temperatura y que se puede asociar una temperatura a cualquier objeto que tenga energía cinética. Aunque se está abusando del lenguaje, se habla de temperatura de rayos cósmicos o incluso de neutrones individuales. Héctor Vives comenta que hay abusos de lenguaje similares cuando se reduce el espectro de un cuerpo negro con cierta temperatura a una frecuencia (o color), la de su máximo, y además se usa la idea para asociar una temperatura a un color.

Thomas Villa pregunta: «Si un ser muy bizarro hubiese realizado el experimento de doble rendija mientras acaecía la inflación [cósmica], ¿se observaría el [patrón] de interferencia en el CMB a pesar de que sería un dibujo no local?» Trato de contestar que, aunque ignoramos el modelo inflacionario correcto, los datos cosmológicos apoyan la existencia de una inflación cósmica que finalizó cuando el universo tenía 10⁻³⁰ segundos. Mientras que el fondo cómico de microondas se congeló a los 380.000 años, es decir, ~10¹³ segundos. No hay efectos de coherencia cuántica que sobrevivan a 43 órdenes de magnitud de evolución temporal (máxime cuando el universo estaba lleno durante todo ese tiempo). Héctor Socas cree que la pregunta se refiere al efecto de la desconexión causal entre las franjas del patrón de interferencia en la pantalla.

Cristina Hernandez García pregunta: «En el estado actual, la StarShip desechable todo y sin escudo térmico ¿podría situar en L2 un telescopio con el espejo y capacidades del GranTeCan? ¿Y uno superior CaraOscuraLuna?» Contestan Héctor Socas, Sara, Juan Carlos y Héctor Vives que no es cuestión fácil de contestar. Concluyen que no sería posible tomar el GTC y llevarlo al punto L2 (incluso montándolo a trocitos usando la Starship). Pero Héctor Socas destaca que sí sería posible montar un telescopio espacial con espejo y capacidades similares a GTC (cuyo espejo primario segmentado es de 10.4 metros), que sería mucho más ligero y con un diseño muy diferente, que se podría adaptar a la StarShip (de hecho, un Ariane 5, más pequeño que la StarShip, lanzó el telescopio JWST, cuyo espejo segmentado es de 6.4 metros).

Finaliza el programa con una conversación sobre la física youtuber Sabine Hossenfelder y su historia.

¡Que disfrutes del podcast!

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