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Bolitas en urnas, paseos al azar y el comportamiento microscópico ...

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<strong>Bolitas</strong> <strong>en</strong> <strong>urnas</strong>, <strong>paseos</strong> <strong>al</strong> <strong>azar</strong><br />

y <strong>el</strong> comportami<strong>en</strong>to<br />

<strong>microscópico</strong> de la materia<br />

Pablo Groisman<br />

Teoría de Probabilidad – Procesos Estocásticos.


Grupo de investigación <strong>en</strong> teoría de<br />

probabilidad y procesos estocásticos<br />

IMAS (UBA-CONICET)<br />

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<strong>Bolitas</strong> <strong>en</strong> <strong>urnas</strong><br />

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Dos <strong>urnas</strong> (A y B). En tot<strong>al</strong> hay 100 bolitas<br />

numeradas d<strong>el</strong> 1 <strong>al</strong> 100. Se <strong>el</strong>ige una bolita <strong>al</strong><br />

<strong>azar</strong> y se la cambia de urna. Se repite<br />

sucesivam<strong>en</strong>te<br />

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Nos interesa saber cuántas bolitas rojas<br />

hay <strong>en</strong> la urna A después de mucho<br />

tiempo y cómo se comporta esta<br />

cantidad.<br />

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Paseos <strong>al</strong> <strong>azar</strong>


Paseos <strong>al</strong> <strong>azar</strong><br />

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Paseos <strong>al</strong> <strong>azar</strong><br />

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Paseos <strong>al</strong> <strong>azar</strong><br />

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Paseos <strong>al</strong> <strong>azar</strong><br />

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Paseos <strong>al</strong> <strong>azar</strong><br />

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Urna de Ehr<strong>en</strong>fest (1907)<br />

Ludwig Boltzmann Paul Ehr<strong>en</strong>fest, su hijo y A. Einstein Tatiana Ehr<strong>en</strong>fest<br />

Urna de Ehr<strong>en</strong>fest: mod<strong>el</strong>o para explicar la<br />

termodinámica <strong>en</strong> base a la teoría cinética de<br />

la materia<br />

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Equilibrio: cada bolita ti<strong>en</strong>e igu<strong>al</strong><br />

probabilidad de estar <strong>en</strong> cu<strong>al</strong>quiera de<br />

las dos <strong>urnas</strong><br />

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Reversibilidad vs. Recurr<strong>en</strong>cia<br />

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10.000 bolitas rojas (<strong>en</strong> re<strong>al</strong>idad hay<br />

602.214.150.000.000.000.000.000)<br />

Probab. de que estén todas <strong>en</strong> la misma caja:<br />

Tiempo medio de recurr<strong>en</strong>cia:<br />

años<br />

Edad d<strong>el</strong> Universo:<br />

Probab de que estén la mitad <strong>en</strong> cada caja:<br />

Tiempo medio de recurr<strong>en</strong>cia: 175seg ~ 3 min<br />

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Paseos <strong>al</strong> <strong>azar</strong> – Movimi<strong>en</strong>to Browniano<br />

Robert Brown (1827) Albert Einstein (1905) Jean Baptiste Perrin (1909)<br />

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1. C<strong>al</strong>cula <strong>el</strong> desplazami<strong>en</strong>to medio de las partículas<br />

2. D = 2RT/NF<br />

R = constante univers<strong>al</strong><br />

T = Temperatura<br />

Einstein (1905)<br />

N = Constante de avogadro (desconocida hasta <strong>el</strong> mom<strong>en</strong>to)<br />

F = Coefici<strong>en</strong>te de fricción (se puede c<strong>al</strong>cular).<br />

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Perrin (1908)<br />

Basado <strong>en</strong> la deducción de Einstein re<strong>al</strong>iza <strong>el</strong> experim<strong>en</strong>to y<br />

determina <strong>el</strong> número de Avogadro (y se gana <strong>el</strong> premio Nob<strong>el</strong>!)<br />

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¿y qué hacemos los matemáticos?<br />

Paseos <strong>al</strong> <strong>azar</strong> <strong>en</strong> medios <strong>al</strong>eatorios<br />

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¿y qué hacemos los matemáticos?<br />

Nos interesa saber hasta qué punto<br />

es cierto que los <strong>paseos</strong> <strong>al</strong> <strong>azar</strong><br />

converg<strong>en</strong> <strong>al</strong> Movimi<strong>en</strong>to Browniano<br />

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Cluster de percolación<br />

Berger-Biskup (2005)<br />

Matthieu-Piatninski (2005)


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Medios no <strong>el</strong>ípticos<br />

Berger-Deusch<strong>el</strong> (2011)


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Grafo D<strong>el</strong>aunay-Poisson<br />

Ferrari-Grisi-Groisman (2011)


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