muestreo anidado

Un intérprete se distrae con cada susurro en la sala, y una reunión de una hora se convierte en dos. Algo así les ocurría a los detectores de ondas gravitacionales al analizar señales largas: cada giro de la Tierra añadía ruido a los cálculos, y el procesamiento de una fusión de estrellas de neutrones que dura un día amenazaba con extenderse durante semanas.

Cuando dos núcleos pesados chocan entre sí a gran velocidad, no se golpean por completo, como bolas de billar. Solo una parte de su materia entra en contacto. Cuántos nucleones (protones y neutrones) participaron realmente en la colisión y cuántos pasaron de largo no se sabe de antemano. De este número dependen todas las mediciones posteriores, pero no se puede ver directamente.

La célula de la ameba Dictyostelium se arrastra sobre el vidrio. Su camino queda registrado: una cadena de puntos en el plano. Pero, ¿qué fuerzas la empujan? Dentro de la célula trabaja un motor molecular: las proteínas tiran, la membrana se estira, el agua presiona.

Doscientos millones de estrellas. En el centro de la Galaxia, donde apuntará el futuro estudio del telescopio Nancy Grace Roman, unas 250 veces durante la misión la luz de una de ellas temblará por un toque invisible.

Hace 13,8 mil millones de años, el Universo giraba en un vals. El giro a la derecha estaba prohibido. Hoy, los ecos de ese baile cósmico nos llegan en forma de una ondulación casi imperceptible del espacio-tiempo: las ondas gravitacionales. Su existencia fue predicha por Albert Einstein.

Reconstruir una imagen completa a partir de fragmentos es como distinguir la melodía de una orquesta en una sala ruidosa. Este tipo de tareas se presentan en la fotometría, donde a partir de un tenue centelleo se recupera el brillo de una estrella. Los métodos tradicionales requieren información precisa sobre el ruido, que casi nunca se conoce.

Mira el cielo nocturno: no es un puñado de luces, sino un manuscrito de múltiples capas. Bajo la brillante tinta de las estrellas y las galaxias aflora un texto pálido, casi borrado.

En un mapa topográfico, las gotas de lluvia eligen su camino: al caer en una ladera, fluyen hacia el río A; en otra, hacia el río B. El observador solo ve los meandros de los ríos (variables de respuesta Y) y sabe de qué ladera proviene el agua (instrumento Z), pero no ve las gotas en sí (factores no observables ε).

La luz de galaxias lejanas galaxias viaja miles de millones de años hacia nosotros, pero en el camino la invisible telaraña de materia oscura la dobla y distorsiona. Este efecto, predicho por Einstein en el marco de la relatividad general, se conoce como lente gravitacional.

El Universo no está en silencio: está lleno de un continuo rumor de ondas gravitacionales. Dentro de una década, el observatorio espacial LISA afinará sus «oídos» al rango de milihercios, y la fuente más rica resultará ser nuestra Galaxia: decenas de miles de pares de enanas blancas girando en una danza…

Estamos acostumbrados a pensar que notar solo las confirmaciones de nuestras suposiciones es un error. Pero cálculos recientes, inspirados en el comportamiento de las ondas, le dan la vuelta a esta visión. Resulta que el hábito de buscar lo familiar es la mejor manera de reducir el ruido informativo (los científicos lo llaman entropía).

Cuando uno emprende una reforma, no compra la pintura a ojo, sino según la superficie de las paredes. En ciencia, contar muestras es una estimación parecida, solo que las apuestas son más altas. Si te quedas corto, el trabajo se convierte en una lotería: puedes pasarte por alto un efecto real, o puedes confundir el ruido con un descubrimiento.

Seleccionar un solo microchip defectuoso entre un millón, sin ninguna pista de cómo es el fallo, es un clásico problema de buscar una aguja en un pajar. Una computadora clásica probaría cada chip uno por uno.

Un espectro es como una fotografía del interior de una sustancia, tomada con luz. Cuando un haz atraviesa la muestra o se refleja en ella, las moléculas dejan en esa foto unas bandas oscuras características: los picos. Pero si la imagen está sobreexpuesta o cubierta por un velo gris, distinguir los detalles resulta casi imposible.

Una grabación de dictáfono de una plaza urbana. Se oye el murmullo de la multitud, pasos, fragmentos de conversaciones, el ruido de los coches. En algún lugar de esa mezcla de sonidos, un músico callejero toca una melodía simple con una flauta. No es fácil oírla: hay demasiado mezclado.

La mano descansa sobre la mesa y llegan dos vibraciones cortas a la muñeca, una tras otra. Hay que decir cuál es más fuerte. La tarea parece simple, pero la respuesta depende de cuál vibración fue primero. Si la primera es débil y la segunda fuerte, la diferencia parece mayor que cuando se invierten.

Cuando un neutrón o un protón penetra en un núcleo atómico, se comporta como una pelota que golpea una pared irregular: puede rebotar de muchas maneras, dependiendo de dónde impacte.

La luz nacida en el momento del Big Bang tardó casi 14 mil millones de años en llegar hasta nosotros. Pero en su camino atravesó los campos gravitacionales de galaxias y cúmulos de materia oscura, que curvaron sus rayos. Para un observador, esto se ve como una imagen estirada y borrosa, como a través de un vidrio viejo de ventana.

Miles de modelos hierven en un mismo caldero, y el vapor que desprenden es denso e impenetrable. Cada uno susurra algo sobre el futuro de El Niño, pero en el ruido general no se distingue quién tiene razón y quién solo se está calentando.

En una máquina de circulación extracorpórea, la sangre fluye a través de tubos estrechos y aspas de bomba que giran rápidamente. A veces los glóbulos rojos no aguantan: su membrana se rompe y la hemoglobina se vierte en el plasma. Para el paciente, es como si alguien echara arena en el sistema de combustible de un automóvil: los pequeños daños se acumulan y estropean todo el mecanismo.

El diagnóstico genético se parece a comparar dos fotografías tomadas con cámaras distintas. Si una cámara altera un poco los colores, en la imagen aparecen «defectos» que no existen en la realidad.

Un laboratorio de ensayos mecánicos se parece a una cocina donde el chef prueba un plato para adivinar la receta. Para un material anisótropo, uno que es más rígido a lo largo de las fibras que a través de ellas, una sola prueba no basta. Se necesitan tres, o incluso más, ensayos separados, cada uno con su propia probeta.