Comprendiendo nuestro lugar en el universo

Understanding our place in the universe.

El becario Martin Luther King Jr., Brian Nord, entrena a las máquinas para explorar el cosmos y lucha por la equidad en la investigación.

Brian Nord se enamoró por primera vez de la física cuando era un adolescente creciendo en Wisconsin. Su programa de física de la escuela secundaria no era excepcional, y a veces luchaba por mantenerse al día con el material de la clase, pero esas dificultades no disminuyeron su interés en el tema. Además del plan de estudios principal, se animaba a los estudiantes a estudiar de forma independiente los temas que les interesaban, y Nord desarrolló rápidamente una fascinación por el cosmos. “Un punto de referencia al que a menudo vuelvo es el espacio”, dice. “El misterio de viajar en él y ver lo que está en el borde”.

Nord era un ávido lector de cómics, y la astrofísica apelaba a su deseo de convertirse en parte de algo más grande. “Siempre parecía haber algo especial en tener esta afinidad con el universo que te rodea”, recuerda. “Siempre pensé que sería genial si pudiera tener esa conexión profunda con la física”.

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Nord comenzó a cultivar esa conexión como estudiante universitario en la Universidad Johns Hopkins. Después de graduarse con una licenciatura en física, continuó estudiando en la Universidad de Michigan, donde obtuvo una maestría y un doctorado en el mismo campo. En este punto, ya estaba pensando en grande, pero quería pensar aún más grande. Este deseo de una comprensión más completa del universo lo llevó lejos de la astrofísica y hacia el campo más expansivo de la cosmología. “La cosmología trata con todo el conjunto, el paquete completo”, explica. “Nuestras preguntas más importantes son sobre el origen y el destino del universo”.

Misterios oscuros

Nord estaba particularmente interesado en partes del universo que no se pueden observar a través de medios tradicionales. Las pruebas sugieren que la materia oscura constituye la mayoría de la masa en el universo y proporciona la mayor parte de su gravedad, pero su naturaleza sigue siendo en gran parte hipótesis y especulación. No absorbe, refleja ni emite ningún tipo de radiación electromagnética, lo que hace que sea casi imposible para los científicos detectarla. Pero mientras que la materia oscura proporciona gravedad para unir el universo, una fuerza igualmente misteriosa, la energía oscura, lo está separando. “Sabemos aún menos sobre la energía oscura que sobre la materia oscura”, explica Nord.

Durante los últimos 15 años, Nord ha estado intentando cerrar esa brecha en nuestro conocimiento. Parte de su trabajo se centra en la modelización estadística de los cúmulos de galaxias y su capacidad para distorsionar y ampliar la luz a medida que viaja por el cosmos. Este efecto, conocido como lente gravitacional fuerte, es una herramienta útil para detectar la influencia de la materia oscura en la gravedad y para medir cómo la energía oscura afecta la tasa de expansión del universo.

Después de obtener su doctorado, Nord se quedó en la Universidad de Michigan para continuar su investigación como parte de una beca postdoctoral. Actualmente ocupa un puesto en el Laboratorio Nacional Fermi y es miembro senior del Instituto Kavli de Física Cosmológica de la Universidad de Chicago. Continúa investigando preguntas sobre el origen y el destino del universo, pero su trabajo más reciente también se ha centrado en mejorar las formas en que hacemos descubrimientos científicos.

Potenciación de la IA

Cuando se trata de abordar grandes preguntas sobre la naturaleza del cosmos, Nord ha encontrado consistentemente un problema importante: aunque su dominio de la física a veces puede hacer que se sienta como un superhéroe, es solo humano, y los humanos no son perfectos. Cometen errores, se adaptan lentamente a nueva información y tardan mucho tiempo en hacer las cosas.

La solución, argumenta Nord, es ir más allá de lo humano, hacia el mundo de los algoritmos y modelos. Como parte del Proyecto de Inteligencia Artificial de Fermilab, pasa sus días enseñando a las máquinas cómo analizar datos cosmológicos, una tarea para la cual son más adecuadas que la mayoría de los científicos humanos. “La inteligencia artificial puede darnos modelos que son más flexibles que lo que podemos crear nosotros mismos con papel y lápiz”, explica Nord. “En muchos casos, lo hace mejor que los humanos”.

Nord está continuando esta investigación en el MIT como parte del Programa de Profesores y Académicos Visitantes Martin Luther King Jr. (MLK). A principios de este año, se unió al Laboratorio de Ciencias Nucleares (LNS), con Jesse Thaler en el Departamento de Física y el Centro de Física Teórica (CTP) como su anfitrión de la facultad. Thaler es el director del Instituto de Inteligencia Artificial y de Interacciones Fundamentales (IAIFI) de la Fundación Nacional de Ciencia. Desde su llegada al campus, Nord ha centrado sus esfuerzos en explorar el potencial de la IA para diseñar nuevos experimentos e instrumentos científicos. Estos procesos normalmente llevan una enorme cantidad de tiempo, explica, pero la IA podría acelerarlos rápidamente. “¿Podríamos diseñar el próximo colisionador de partículas o el próximo telescopio en menos de cinco años, en lugar de 30?” se pregunta.

Pero si Nord ha aprendido algo de los cómics de su juventud, es que con un gran poder viene una gran responsabilidad. La IA es un recurso científico increíble, pero también se puede utilizar para fines más nefastos. Los mismos algoritmos informáticos que podrían construir el próximo colisionador de partículas también subyacen a cosas como el software de reconocimiento facial y las herramientas de evaluación de riesgos que informan las decisiones de sentencia en el tribunal penal. Muchos de estos algoritmos están profundamente sesgados contra las personas de color. “Es una espada de doble filo”, explica Nord. “Porque si [la IA] funciona mejor para la ciencia, funciona mejor para el reconocimiento facial. Así que estoy trabajando en contra de mí mismo”.

Superpoderes para el cambio cultural

En los últimos años, Nord ha intentado desarrollar métodos para hacer que la aplicación de la inteligencia artificial sea más ética, y su trabajo se ha centrado en las amplias intersecciones entre la ética, la justicia y el descubrimiento científico. Sus esfuerzos por combatir el racismo en STEM lo han establecido como líder en el movimiento para abordar las desigualdades y la opresión en los entornos académicos e investigativos. En junio de 2020, colaboró con miembros de Particles for Justice, un grupo que cuenta con los profesores del MIT, Daniel Harlow y Tracy Slatyer, así como con la ex-becaria visitante del MLK y la investigadora del CTP, Chanda Prescod-Weinstein, para crear la huelga académica por las vidas negras. La huelga, que surgió como respuesta a los asesinatos policiales de George Floyd, Breonna Taylor y muchos otros, llamó a la comunidad académica a tomar una postura contra el racismo anti-negro.

Nord también es coautor de Black Light, un plan de estudios para aprender sobre las experiencias de los negros, y cofundador de Change Now, que produjo una lista de llamados a la acción para crear un entorno de laboratorio más justo en Fermilab. Como cofundador de Deep Skies, también se esfuerza por fomentar comunidades de investigación orientadas hacia la justicia, libres de jerarquías tradicionales y estructuras de poder opresivas. “La idea básica es simplemente la humanidad sobre la productividad”, explica.

Este trabajo ha llevado a Nord a reconsiderar lo que lo motivó a seguir una carrera en física en primer lugar. Cuando descubrió su pasión por la materia como adolescente, sabía que quería usar la física para ayudar a las personas, pero no estaba seguro de cómo. “Pensé que crearía alguna tecnología que salvaría vidas, y todavía espero hacerlo”, dice. “Pero creo que quizás más de mi impacto directo, al menos en esta etapa de mi carrera, es tratar de cambiar la cultura”.

La física puede no haber otorgado a Nord el vuelo o la visión de rayos X, al menos todavía. Pero a lo largo de su larga carrera, ha descubierto un poder más sustancial. “Si puedo entender el universo”, dice, “tal vez eso me ayudará a entenderme a mí mismo y mi lugar en el mundo y nuestro lugar como humanidad”.

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