Susurros del cosmos por el Prof. Dr. D. Alberto Requena Rodríguez, académico de número

Han transcurrido 100 años desde que Albert Einstein nos propuso que la gravedad no era más que una deformación geométrica del espacio-tiempo. Los cuerpos se mueven en el espacio-tiempo, que viene a ser como el soporte invisible del Universo. Anteriormente nos habían hablado de algo parecido, bueno del mismo tema: Newton y Galileo habían comenzado seriamente a hacer interpretaciones trascendentales. Pero tuvo que darse la revolución de comienzos del siglo XX, con la teoría de la Relatividad, para abrir las puertas y contemplar un gran escenario. Einstein vino a establecer algo realmente magnífico: todo lo que tiene energía, lo veamos o no, también gravita.

Imaginemos un tejido rectangular o cuadrado sostenido por las cuatro puntas (p.ej. una cama elástica) sobre el que arrojamos algún objeto (como una pelota). El tejido se curva, más o menos, en función de la masa del objeto. Supongamos que hacemos girar en círculo un par de bolas unidas por un hilo. Ahora se producen pequeñas ondulaciones que se propagan por todo el tejido, como formando ondas concéntricas, similares a cuando arrojamos una piedra sobre la superficie tranquila de las aguas de un estanque. No obstante, Einstein, consciente de que las señales de las ondas gravitacionales deberían ser muy débiles, pensaba que jamás se detectarían. No es infrecuente que ocurran cosas de este estilo, cuando la teoría que se formula es potente y encierra fenómenos muy alejados de lo que en ese momento la Técnica es capaz de proporcionar. Con Dirac pasó algo parecido, cuando su Electrodinámica Cuántica proponía la existencia del positrón, que también pensó que no se detectaría jamás y hoy forma parte del más que usual PET (Tomografía por Emisión de Positrones), con la que la medicina nuclear emplea una técnica no invasiva de diagnóstico e investigación in vivo mediante imagen que permite cuantificar la actividad metabólica del cuerpo humano.

La cuestión es que a nuestra escala humana estas cosas derivadas de la teoría de la Relatividad no las detectamos, nos pasan inadvertidas. Pero las teorías de Einstein permiten explicar desde los agujeros negros, pasando por el Big Bang, hasta la expansión acelerada de las galaxias. En la Relatividad Especial, ya asumía que la velocidad de la luz es constante, independientemente de la dirección o la velocidad a la que se mueva el emisor. Y nadie puede superarla, dado que a grandes velocidades los objetos materiales ganan masa y al final supone que para moverlas se precisa energía creciente hasta el infinito (algo parecido a que nos cueste menos mover (acelerar) un carrito que un camión). No es nada intuitivo la constancia de la velocidad de la luz, por cuanto nuestra experiencia vital es que si nos movemos en un vagón de tren en movimiento, sumaremos nuestra velocidad a la del tren. Pero esto, con la luz, no pasa. Si alguien lo observara desde el andén, tendría que ver que las cosas suceden más despacio en el tren, es decir, la Naturaleza hace posible que como la velocidad de la luz es inalterable, los otros elementos que la definen, espacio y velocidad, se tienen que alterar para mantener su constancia. El mundo, pues, deja de ser estático y el tiempo no es inmutable. En 1971 se comprobó tal extremo con relojes atómicos subidos en aviones que daban tiempos más rápidos arriba que en la Tierra. Aquí las cosas suceden más despacio.

Así las cosas, Einstein decidió introducir la gravedad, concluyendo que es capaz de ralentizar los sucesos y deformar el espacio. El espacio visto como el tejido al que aludíamos anteriormente se deforma al colocar algo sobre aquél, creando una especie de embudo a su alrededor. Un segundo objeto situado cerca del anterior y moviéndose ambos, acaban rodeándose y acercándose cada vez más. Aparentemente es como si se atrajesen, aunque no sea así el efecto. Sí es cierto que las masas cambian sus trayectorias, como si se tratara de salvar irregularidades en el itinerario. Y estos cambios no solo lo efectúan las masas, sino también la luz y otras manifestaciones de la energía. La luz viaja en línea recta en el vacío, como quedó patente en los experimentos de Eddington en 1919, aprovechando un eclipse de Sol y comprobando que se pudieron ver estrellas que no deberían estar donde se les encontró como consecuencia del eclipse. El Sol con su gran masa desviaba la trayectoria de la luz. El salto al estrellato de Einstein aconteció entonces, especialmente. Pero, además de esto, la gravedad predecía que se comportaría como lo hacen las ondas. Esto suponía que dejaba de versa como si se tratara de fuerzas instantáneas y a distancia, como implicaba la teoría clásica de Newton. Algo “mágico” que asumimos con una facilidad fuera de lo común, sin reparar que suponer tal tipo de interacción entre la Tierra y la Luna, pongamos por caso, implica que se propaga a velocidad superior a la de la luz, caso de que esa fuerza a distancia se dé instantáneamente.

Hace horas que el director del experimento LIGO, Reitze, afirmó “Hemos detectado ondas gravitacionales” Quizás añadió Eureka. Acontecimientos violentos como la fusión de supernovas o fusión de agujeros negros, podrían estar en la raíz de las ondulaciones detectadas. Predichas por la Teoría General de la Relatividad y todavía no demostrado experimentalmente 100 años después. En los años 70 del siglo pasado, Hulser y Taylor detectaron una señal emitida por un púlsar, que es una estrella de neutrones que se origina como consecuencia de la explosión de una estrella gigante y que no encontraron forma de explicar, salvo que se tratara de un sistema binario, de forma que el púlsar y una estrella de neutrones orbitaran en torno a un centro de masas y que esto originara las ondas gravitacionales. Hasta ahora nadie había detectado tales ondas. Las instalaciones del proyecto LIGO se encuentran en Livingston (Louisiana) y Hanford (Washington). Según cuentan detectaron, sucesivamente (separadas por pocos segundos) unas distorsiones de una fracción de segundo. Esto acontecía el pasado mes de septiembre. Comprobaciones ulteriores en Caltech y MIT en Boston permitieron construir el relato astronómico. Se atribuyen los hechos a dos agujeros negros, equivalentes a 29 y 36 veces la masa del Sol que se fusionaron hace 1.300 millones de años. La cuestión espectacular es el nivel de detección que ha supuesto para el experimento. Se habla de que han detectado un desplazamiento del tamaño de un átomo de hidrógeno medido en una distancia similar a la que media entre el Sol y Saturno, según afirma Alicia Sintes de las Islas Baleares y única española que forma parte del equipo de LIGO. El nivel de detección es realmente espectacular si pensamos que el tamaño de un átomo de hidrógeno ya supone dividir una micra (tamaño de una célula, por ejemplo) por un millón. Pues todavía tendríamos que dividir por otro millón ese tamaño, para alcanzar el tamaño del desplazamiento que han detectado. ¡Espectacular!

Se ha iniciado una nueva era, que los científicos del ramo denominan “Era de la Astronomía Gravitacional” . Los sucesos del Cosmos nos llegan como suaves susurros. Hemos tardado 100 años en lograrlo. Los denominados agujeros negros encierran mucha información valiosa sobre nuestro pasado cosmológico. Observarlos es muy complicado, porque al no emitir luz, no se pueden observar directamente. Pero emite ondas gravitacionales en ciertas condiciones, como ocurre con la absorción por otro agujero negro, como ha sido el caso en el experimento observado ahora. “Oímos” el Cosmos, como susurra y narra su propia Historia. ¡Estamos de enhorabuena!

Queda por conciliar la gravedad y la teoría cuántica. La Física del mundo microscópico utiliza conceptos probabilísticos, en los que no cabe la descripción exacta de la trayectoria de una partícula, sino que hablamos de la probabilidad de encontrar las partículas. Aquí rige la Mecánica Cuántica. Pero no es razonable que por el hecho de deformar el espacio-tiempo, tengamos que aplicar leyes diferentes. El espacio-tiempo, debería ser probabilístico: no sabemos exactamente donde se encuentra la materia y tampoco debemos conocer exactamente como es la forma del espacio-tiempo. Si se conectan ambas teorías, relatividad y cuántica, aparecen nuevos conceptos y efectos, como el hecho de que los agujeros negros emitan la radiación denominada de Hawking, que dependen de su tamaño. Si tuviéramos un agujero negro del tamaño de una bacteria, lo veríamos de color blanco, dada la elevada temperatura a la que estaría. Por cierto, esto pone en entredicho la denominación de “negro”. Si seguimos reduciendo el tamaño, acabaría explotando. Nada se ha medido, todavía. El escenario que se abre, siempre que se contesta a una pregunta, nos plantea muchas otras. Y así, … sucesivamente. Así es el conocimiento. Recordemos que las ondas gravitacionales son al gravitón, lo que la luz es al fotón. Se va cerrando el círculo. ¡Superlativo!