Ciencia

Cuando el tiempo se convierte en espacio

La detección de las ondas gravitacionales provenientes de la danza de dos agujeros negros es el acontecimiento de la fí­sica del 2016

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31-12-2016
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Lo que es una onda lo sabemos todos. Basta con tirar una piedra a un estanque y ver como se esparcen las ondas creadas por el impacto de la piedra. ¿Pero qué es una onda gravitacional?
 Cuando el tiempo se convierte en espacio
Lo que es una onda lo sabemos todos. Basta con tirar una piedra a un estanque y ver como se esparcen las ondas creadas por el impacto de la piedra. ¿Pero qué es una onda gravitacional?

Para entender lo que es una onda gravitacional nos tenemos que ir al escenario de la relatividad general establecida por el físico alemán de origen judío Albert Einstein en 1915. Ese escenario es el espacio-tiempo.

Lo que nos dice la relatividad es que el espacio y el tiempo son una unidad de contrarios. Para la gran mayoría de fenómenos físicos podemos tratar el espacio y el tiempo de forma separada. Nos movemos de derecha a izquierda, subimos escaleras hacia arriba y luego hacia abajo, un paso para adelante, otro hacia atrás. Por otra parte durante cualquier tarea que realizamos pasa un tiempo, a veces un instante efímero, en otros casos días o años.

Sin embargo si las velocidades involucradas en el proceso son muy grandes, es decir cercanas a la velocidad de la luz o los objetos son muy pesados, ya no se puede hacer esa separación. Es necesario juntar esos dos conceptos en uno que es más que la suma de sus partes: el espacio-tiempo.

Hay que utilizar una descripción en las que se utilicen las cuatro coordenadas de manera conjunta. Se necesitan tres coordenadas para el espacio y otro más para el tiempo. Los físicos para esa descripción utilizan el concepto de evento. Como si quedásemos en la calle del Pez esquina calle de Pizarro, tercera planta a las 3 de la tarde. Han hecho falta cuatro datos para describir el evento.

Ahora imaginémonos que extendemos a todo el cosmos esa estructura de coordenadas. Como si tuviésemos un atlas gigantesco. Sin embargo a diferencia de los atlas normales tenemos una coordenada añadida que es el tiempo y además el atlas no es una estructura estática.

Las grandes masas como el Sol deforman esa estructura como cuando nos tumbamos encima de un colchón. Si tenemos una canica a nuestro lado en nuestra cama, ésta caerá hacia nosotros. Con esta metáfora queremos expresar que la Tierra no es atraída por el Sol por una fuerza de gravedad que actúa a distancia, sino que es más apropiado pensar en que la Tierra ¨cae¨ hacia el Sol por la deformación del Sol del espacio-tiempo a su alrededor.

De hecho este efecto fue observado por el equipo liderado por el astrofísico británico Arthur Eddington cuatro años más tarde del establecimiento de la relatividad general en el eclipse solar de 1919. En este caso se observó que la luz estaba ligeramente más cerca del Sol que lo que debería estar por la física de Newton. Fue una de las primeras comprobaciones empíricas de la teoría e hizo que la teoría ganase considerablemente en aceptación.

La deformación del espacio-tiempo es lo que nos permite entender lo que es una onda gravitacional. Es la generación de ondas en el estanco cuadridimensional del cosmos fruto de por ejemplo la rotación de dos estrellas muy masivas. Es el movimiento periódico de esas estrellas muy pesadas el origen de las ondas. En el caso detectado, las estrellas son tan masivas, que ni siquiera la luz puede escapar de ellas por lo que se han creado dos agujero negros. 

En realidad las ondas gravitacionales se crean ahí donde hay movimiento de masas, pero la amplitud es tan minúscula que hay que irse a acontecimientos extremos para aspirar a poder detectarlas.

Los agujeros negros son uno de esos acontecimientos extremos. Son también otra de las predicciones espectaculares de la relatividad general. Las ecuaciones que rigen su movimiento fueron encontradas en 1916, es decir, hace exactamente 100 años, por el físico alemán Karl Schwarschild. 

Los agujeros negros son unos objetos tan extremos que hacen que los polos de la contradicción se transformen en su contrario, es decir, que una dirección temporal se convierta en espacial y viceversa, fruto de la gran curvatura del espacio-tiempo. Como decía el gran compositor alemán Richard Wagner en la opera de Parsifal, basada en un poema épico medieval donde un caballero busca el Santo Grial: ¨Aquí el tiempo se convierte en espacio¨.

Esta es una de las bizarras propiedad de un agujero negro. Cuando uno sobrepasa lo que es el evento de sucesos, la coordenada radial se vuelve temporal y la coordenada temporal se vuelve espacial. A partir del evento de sucesos, la luz ya no puede escapar al agujero negro. 

Esto da una idea de las fuerzas que actúan ahí y que la entrada en un agujero negro va acompañado por unas fuerzas de marea extremas. 

Aun así el efecto producido por las ondas gravitacionales en los detectores en la Tierra es minúsculo. Sin embargo es necesario un evento extremo para detectarlas. Ese evento es la danza de los agujeros negros que produce las oscilaciones del campo gravitatorio que pudieron ser detectadas este año.

¿Porqué el descubrimiento es importante? 

Lo que se abre es un campo de investigación totalmente nuevo. Las ondas gravitacionales penetran la materia normal prácticamente sin inmutarse. Eso significa que muchas regiones que están bloquedas a la vista óptica por objetos grandes puedan ser observadas, como por ejemplo los centros galácticos. Además su amplitud decae mucho más lentamente que la luz por lo que se tiene acceso a regiones mucho más lejanas.

No solamente se espera conocer regiones hasta ahora ocultas, sino que esos avances permitan discernir entre las diferentes propuestas existentes que intentan encontrar el Santo Grial de la Física Teórica: una teoría que permita unificar la teoría de la relatividad general con la mecánica cuántica. 

El mismo Einstein fue uno de los primeros en intentarlo, pero hasta el día de hoy, pese al gran esfuerzo de muchos genios, la comunidad científica no ha podido conseguir la unión de esos dos grandes pilares de la Física.

En eventos extremos como fue el Big-Bang, se espera que esa unión sea necesaria para comprender muchos detalles que todavía se nos escapan, como por ejemplo ¿qué ocurrió antes del Big Bang?

Ahí, la nueva astronomía de ondas gravitacionales puede ser clave, ya que lo que sobre todo se emitió en los primeros instantes fueron justamente eso: ondas gravitacionales de un suceso gravitatorio extremo.

No todos los años se consiguen descubrimientos rompedores. El año que ha pasado, sin lugar a dudas, nos deja uno de ellos. El descubrimiento de unas ondas minúsculas fruto de la fusión de dos objetos de dimensiones colosales.

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COMENTARIOS

Invitado 09-01-2017 14:08

Tengo que imprimirme el artí­culo y leérmelo calmadamente porque parece "muy fácil y muy dí­ficil", fácil gramaticalmente leyendo y difí­cil por el trasfondo.Imagino que la mayorí­a con el comentario del "Santo Grial", se quedarán a medias -lo cual está bien, así­ se molestarán en buscar-. Tal vez el "secreto" de la teorí­a que se explica con buenos detalles para hacerla extendible y entendible por los que somos unos palurdos -al menos yo- en el increí­ble y alucinante mundo de la Cosmologí­a y de la Fí­sica, es que podemos ir de a poco hacia mucho o de mucho hacia poco, y de todos modos, nos quedaremos a medias y eso me gusta: !Por fin hay algo que no se podrá entender fácilmente ni con los ordenadores másw avanzados!. Es como el amor...Teorí­as y explicaciones ha habido y habrá muchas pero...!Siempre seguirá siendo un misterio! -con perdón por el fí­sico Dr.Ernesto Nungesser, que no puede hacer más en su artí­culo para poder acercarnos a las orillas de esa impresionante Ciencia que sólo unos elegidos pueden captar-. Muchas gracias!, Asunción Luengo


Invitado 09-01-2017 14:07

Tengo que imprimirme el artí­culo y leérmelo calmadamente porque parece "muy fácil y muy dí­ficil", fácil gramaticalmente leyendo y difí­cil por el trasfondo.Imagino que la mayorí­a con el comentario del "Santo Grial", se quedarán a medias -lo cual está bien, así­ se molestarán en buscar-. Tal vez el "secreto" de la teorí­a que se explica con buenos detalles para hacerla extendible y entendible por los que somos unos palurdos -al menos yo- en el increí­ble y alucinante mundo de la Cosmologí­a y de la Fí­sica, es que podemos ir de a poco hacia mucho o de mucho hacia poco, y de todos modos, nos quedaremos a medias y eso me gusta: !Por fin hay algo que no se podrá entender fácilmente ni con los ordenadores másw avanzados!. Es como el amor...Teorí­as y explicaciones ha habido y habrá muchas pero...!Siempre seguirá siendo un misterio! -con perdón por el fí­sico Dr.Ernesto Nungesser, que no puede hacer más en su artí­culo para poder acercarnos a las orillas de esa impresionante Ciencia que sólo unos elegidos pueden captar-. Muchas gracias!, Asunción Luengo