Teller y Rosenbluth, ellas

Uno de los muchos obituarios que han pasado inadvertidos durante el fatídico 2020 ha sido el de Arianna Rosenbluth. Murió a los 93 años por complicaciones del coronavirus.

Colaboró en la construcción de un algoritmo clave en muchos estudios en los que sea necesario utilizar algún tipo de simulación. Ese algoritmo es conocido como Metropolis, una técnica que fue ideada para dar explicación a un problema fundamental: la reorganización de los átomos cuando los sólidos se funden, es decir, cuando pasan a un estado donde están menos ordenados. Ya intuimos que hacer cálculos de forma exacta sobre esta reestructuración es casi imposible. Para eso están las simulaciones.

En este problema y en otros igual de interesantes y complejos, aparecen muchas variables que impiden una solución determinista. El algoritmo en el que participó Arianna, junto con otros cuatro colegas que veremos más adelante, es una aplicación del método de Montecarlo, y ¿para qué se utiliza este método?

Es una herramienta computacional, basada en el empleo de números aleatorios, que permite estudiar problemas que contienen una gran cantidad de datos, como los átomos que cambian de sitio con un cambio de estado. En ocasiones se valora buscar una solución exacta, con sus números y sus resultados, pero la ingente cantidad de información requerida hace que este enfoque no sea viable. Entonces se simulan muchísimas situaciones probables y se infiere así una solución estadística.

Montecarlo tiene muchas aplicaciones, desde estudios de sistemas de partículas de interés en física, química o biología, hasta problemas de ingeniería, matemáticas, economía o videojuegos. Incluso el servicio de guardacostas de Estados Unidos emplea Montecarlo en sus ordenadores para hacerse una idea de dónde buscar un barco que se ha perdido.

Cuando queremos estudiar sistemas compuestos por muchas partículas necesitamos contar (muchas) configuraciones aleatorias de esas partículas. El problema es que no todas son equivalentes; la Física Estadística nos enseña que algunas son más probables y otras menos, por ejemplo, son más probables, tienen más peso, los estados de menor energía. Por tanto, para aplicar Montecarlo de manera eficiente hay que saber generar configuraciones de forma adecuada, dando más peso a las más probables y menos a las improbables. Y esto lo hace Metropolis: su objetivo es cambiar poco a poco el estado del sistema (por ejemplo, moviendo las partículas aleatoriamente una a una) siguiendo una regla sencilla que hace que se respeten las probabilidades y los pesos que hemos mencionado antes.

Este brillante método fue construido por un gran equipo en el que participaron nuestras protagonistas: Augusta Teller y Arianna Rosenbluth.

Trabajaron con sus maridos, Edward Teller y Marshall Rosenbluth, junto a Nick Metropolis, y desarrollaron un programa para el potente ordenador construido por este último. Como se indica en las memorias de Edward Teller, el programa utilizó una “aplicación repetitiva de selección probabilística para describir un modelo bidimensional simple de un líquido”. Juntos, diseñaron una de las primeras aplicaciones prácticas del método Montecarlo, que había sido creado recientemente por Stan Ulam y John von Neumann. En 1953, el grupo publicó un artículo titulado Equation of State Calculations by Fast Computing Machines en Journal of Chemical Physics, citado más de 22 000 veces hasta hoy. Es considerado como uno de los más trascendentales en física computacional y física estadística.

James Gubernatis, un físico ahora retirado del Laboratorio Nacional de Los Álamos en Nuevo México, dijo que llamó a Arianna Rosenbluth en 2003, en el 50 aniversario del artículo, y le preguntó por sus recuerdos del desarrollo del algoritmo Metropolis. “Ella realmente no era consciente del impacto que ha tenido”, dijo. “Fue como, ‘Oh, esa cosa’. Le sorprendió que alguien lo recordara”. Casi 70 años después, todavía se enseña en todos los cursos iniciales de física computacional.

Pero, ¿cómo fue la vida de Augusta y Arianna hasta su contribución a Metropolis?

Augusta M. Schütz-Harkányi (1909-2000) fue una científica nacida en Budapest, Hungría. Mici, como se la conocía cariñosamente, conoció a Edward Teller, amigo de su hermano Ede, en 1924. En sus memorias, Edward describió a Mici como una mujer independiente y de espíritu libre. En 1926, Mici comenzó a estudiar matemáticas en la Universidad de Budapest. Mientras estuvo allí también fue profesora durante los veranos en la Odenwaldschule en Alemania.

A pesar de su estrecha relación con Edward, decidió romper con él y mudarse a los Estados Unidos para estudiar en el extranjero durante unos años. En la Universidad de Pittsburgh, estudió sociología y psicología mientras hacía un Máster sobre Recursos Humanos en 1933. Tras acabar sus estudios volvió a Hungría, donde retomaría el contacto con Edward Teller. Pese a las desavenencias iniciales (Edward desaprobaba los recién inventados test de inteligencia, que Mici encontraba muy interesantes), la pareja se comprometió y finalmente se casaron el 24 de febrero de 1934 en Budapest. Se mudaron a los Estados Unidos, en concreto a Washington, en 1935. Tanto Mici como Edward decidieron nacionalizarse y se convirtieron en ciudadanos estadounidenses en 1941. Poco después Edward, como muchos otros físicos teóricos, fue reclutado para participar en el Proyecto Manhattan y se trasladó a Los Álamos.

En abril de 1943, Mici se unió a Edward y comenzó a trabajar a tiempo parcial junto a otras mujeres de científicos en la sección de computación. En 1944, el hermano de Mici, Suki, fue asesinado en el campo de concentración de Mauthausen. Esta terrible noticia le causó mucho dolor a Mici y no fue capaz de volver a hablar sobre ello. A fines de la década de 1940, los Teller se trasladaron al área de Chicago, donde comenzaron a trabajar en el Laboratorio Nacional Argonne. Mici desarrolló su actividad en programar los primeros ordenadores que se estaban construyendo allí.

Los Teller regresaron a las instalaciones de Los Álamos a principios de la década de 1950. Edward creía que Estados Unidos debía tener un arsenal militar fuerte y se dedicó a desarrollar la primera bomba de hidrógeno. En ese contexto se desarrolló el algoritmo Metropolis. Mici escribió una primera versión del código del algoritmo para el recién estrenado ordenador MANIAC, aunque el código final utilizado en la publicación fue escrito en su totalidad por Arianna Rosenbluth.

A finales de la década de 1950, los Teller se trasladaron a California, donde vivieron el resto de sus vidas. Mici abandonó su carrera científica para cuidar a su familia, aunque se involucró en programas de becas para estudiantes de secundaria que planeaban realizar estudios universitarios en ciencias y matemáticas. A la edad de 91 años, Augusta “Mici” Teller murió de una enfermedad pulmonar el 4 de junio de 2000.

Arianna Wright (1927-2020) nació en Houston, hija de una maestra de escuela y un oficinista. Arianna, hija única, era muy tímida y pasaba la mayor parte de su tiempo leyendo. Asistió a la Rice University en Houston con una beca completa y se licenció en física en 1946. Tenía 18 años. Arianna era una consumada tiradora de esgrima y ganaba no solo campeonatos femeninos sino también masculinos. Sus planes de competir en los Juegos Olímpicos se truncaron, primero por la cancelación de los juegos de 1944 durante la Segunda Guerra Mundial, y después por la falta de fondos para viajar a los Juegos de Londres en 1948.

Después de licenciarse comenzó sus estudios de doctorado en Harvard. En ese momento, las mujeres físicas eran extremadamente raras y no siempre eran bien acogidas en las aulas. Su hijo, Alan, también físico, cuenta que cuando su madre se propuso encontrar un director de tesis, se acercó al físico Félix Bloch. “Él le dijo rotundamente, sin malicia, pero como un hecho, que no se le ocurriría jamás dirigir la tesis a una mujer”. Finalmente hizo su investigación doctoral bajo la supervisión de John Hasbrouck Van Vleck. Defendió su tesis en 1949 con 22 años, la quinta mujer en obtener un doctorado en física en Harvard desde que comenzó a otorgarlos en 1873.

Después viajó al oeste para una beca postdoctoral en la Universidad de Stanford, financiada por la Comisión de Energía Atómica. Allí conoció a Marshall Rosenbluth, otro físico. Se casaron en 1951 y se mudaron a Nuevo México para trabajar en Los Álamos con Edward Teller, que había dirigido la tesis doctoral de Marshall.

Arianna perfeccionó sus habilidades informáticas y verificó los cálculos analíticos para la primera prueba a gran escala de una bomba termonuclear en 1952. Además, ella y su marido colaboraron con Edward y Mici Teller y el físico matemático Nicholas Metropolis para utilizar el muestreo aleatorio para simular un fenómeno específico en física: la reestructuración de los átomos cuando un sólido se derrite.

La contribución de Arianna Rosenbluth fue crucial. “Ella realmente hizo toda la codificación, que en ese momento era todo un nuevo reto para trabajar con estas máquinas”, dijo Marshall Rosenbluth en 2003. Todavía faltaban años para las sofisticadas herramientas de programación, por lo que Arianna programó en lenguaje máquina, es decir, las cadenas de 1 y 0 que entendía el ordenador.

En 1956, los Rosenbluth se mudaron a San Diego, donde Marshall pasó a estudiar física de plasmas para usos pacíficos de la energía atómica. Su matrimonio terminó en divorcio en 1978.

Después de Los Álamos, Arianna Rosenbluth no volvió a trabajar profesionalmente y se centró en la crianza de sus hijos. Estaba al inicio de una extraordinaria carrera, aportando muchísimo en esa etapa de su vida profesional. Hizo una contribución excepcional a la física estadística y apenas se ha hablado de ella.

Aún retirada, Arianna mantuvo su amor por la ciencia; no paraba de crear ecuaciones solo para su propio ejercicio mental. En lugar de crucigramas, ya mayor, investigaba sobre teoría de nudos, una rama de las matemáticas.

En la actualidad, muchas aplicaciones utilizan un programa llamado Stan, que se basa en una variante del algoritmo Metropolis. El nombre viene por Stan Ulam, que, como ya dijimos, participó en la creación del método Montecarlo. Pero tal vez deberían haberlo llamado Arianna.

Sin embargo, como tantas veces, los nombres de magníficas científicas se pierden en el fondo del tradicional recipiente azul de los grandes hombres de ciencia.

Referencias

• Augusta “Mici” Teller. Atomic Heritage Foundation
• Gubernatis JE (2003). The Heritage. AIP Conference Proceedings 690, 3. DOI: 10.1063/1.1632111
• Metropolis N, Rosenbluth AW, Rosenbluth MN, Teller AH, Teller E (1953). Equation of State Calculations by Fast Computing Machines. Journal of Chemical Physics 21(6): 1087-1092. DOI: 10.1063/1.1699114
• Rosenbluth MN (2003). Genesis of the Monte Carlo Algorithm for Statistical Mechanics. AIP Conference Proceedings 690, 22. DOI: 10.1063/1.1632112
• Katie Hafner, Arianna Rosenbluth Dies at 93; Pioneering Figure in Data Science, The New York Times, 9 febrero 2021

Sobre la autora

Marta Bueno Saz es licenciada en Física y Graduada en Pedagogía por la Universidad de Salamanca. Actualmente investiga en el ámbito de las neurociencias.