Premio Nobel de Física 2017

Arrugas en el espacio-tiempo

Daniel E . Sudarsky Saionz / UNAM

 

La  reciente detección directa de las ondas gravitacionales por el equipo de la  colaboración LIGO-VIRGO es, aparte de lo que representa como logro tecnológico de la mayor envergadura, indudablemente un hito dentro de la ciencia contemporánea.

Se trata de la comprobación de una de las más notables predicciones de la Teoría Relatividad General, la teoría con la que  Einstein terminó de cambiar radicalmente nuestra concepción del universo. Sin entrar en detalles (ver http://www.revistac2.com/la-relatividad-einsteniana/)  la teoría nos ofrece un panorama en que la geometría misma del  espacio-tiempo deje de ser el escenario inamovible  e inmune a lo que en él acontece, que nos presentaban nuestras ideas previas, y pasa  a convertirse en un ente dinámico, que afecta y a su vez es afectado, por el comportamiento de los cuerpos materiales en  el que  “habitan”. El espacio-tiempo que nos describe Einstein se curva sobre sí mismo, en concordancia con la materia, y esta curvatura es lo que solemos interpretar como gravitación.  Así, en este espacio-tiempo,  la  luz puede llegarnos de una estrella por múltiples caminos, dando  lugar a que veamos  varias  imágenes de ella ( VER FIGURA 1) , y en  general se  mueve de manera más compleja  que lo que solíamos pensar, generando imágenes  distorsionadas  de las galaxias ( Ver FIGURA 2). Como ejemplo extremo de esa curvatura dinámica, tenemos el hecho hoy comprobado de que el espacio-tiempo puede contener arrugas que se propagan, es decir,  ondas gravitacionales.

Figura 1
Figura 1

La predicción de Einstein de 1916  tenía  ya  una  clara sustentación empírica,  al comprobarse en 1965  mediante  observaciones  extremadamente precisas que  un  par de estrellas  de neutrones que  giran una alrededor de  otra, pierden parte de su energía,  y esto  lleva  a una reducción  del tamaño de la órbita y  al  incremento de la frecuencia de rotación. Resulta que esta pérdida de energía es  justamente la magnitud exacta que predice la  Teoría  de la Relatividad en vista de que  el sistema gasta energía al  emitir esas ondas  gravitacionales.  El estudio de este sistema, conocido como el Pulsar Binario de Housler y Taylor fue también galardonado con el Premio Nobel y representaba desde entonces una sólida pieza de  evidencia indirecta  a favor de   la existencia  de las ondas gravitacionales.

Figura 2
Figura 2

Pero lo notable es que  en realidad  la detección  del 14 de Septiembre de 2015 va aún mas allá. Otra de las notables predicciones de la Relatividad de Einstein es, como todos sabemos, la existencia de los agujeros negros, cosa para la cual por cierto teníamos también bastante evidencia  indirecta, pero nada que se pudiera considera como algo   definitivo en la medida en que esto es posible en la ciencia, es decir con un altísimo grado de confianza  y  prácticamente  ninguna razón conocida para dudar de ello. Pues bien, el  trabajo en cuestión, que hoy es objeto del mayor galardón científico, representa aparte de la  detección directa de ondas  gravitacionales  la confirmación  más sólida que tenemos sobre la existencia de los agujeros negros. De hecho, las ondas que se detectaron fueron generadas por la colisión, hace algo más de mil millones de años,  en una galaxia  muy distante , de dos agujeros negros con masas  de 29 y 36 veces la de nuestro sol, en un evento que generó un  agujero negro residual con masa  equivalente a 62 masas solares.  ¿Y el resto de la masa?  Éste corresponde a la cantidad de la masa inicial que se emitió en forma de  energía gravitacional  según la  famosas relación E = mc2.  ¿Y cómo sabemos todo esto?

Hay otros héroes ocultos de nuestra historia, los grupos de relativistas numéricos que finalmente lograron analizar mediante programas de simulación computacional extremadamente complejos, el proceso de colisión de dos agujeros negros y de la concomitante  emisión de ondas  gravitacionales. El punto es que la señal detectada por Ligo coincidió justamente con una de las generadas por estas simulaciones computacionales. Otras  detecciones posteriores, incluyendo una hace sólo un par de días, confirman el hallazgo científico.

Sin duda un logro extraordinario

Desde el punto de vista tecnológico, se trata de la detección del cambio de distancia entre dos espejos separados por unos cuantos  kilómetros, dentro de sendas cámaras a alto vacío, correspondiente al tamaño de una fracción de un núcleo  atómico.  Esto se logra haciendo interferir la  luz de dos láseres orientados en  distintas  direcciones,  ya que el efecto de la onda gravitacional que se propaga digamos de arriba hacia abajo es la  de estirar el espacio en una dirección digamos Norte-Sur, mientras  lo contrae en la otra (digamos Este-Oeste). Sin duda un logro extraordinario en cuanto a calibración, eliminación de ruidos, y manipulación exquisitamente precisa de instrumentos muy complejos .

Lo más extraordinario de todo es lo que está por venir: el camino que este  logro abre para el futuro.

Pero tal vez lo más extraordinario de todo es lo que está por venir: el camino que este  logro abre para el futuro de la exploración de universo. Hasta ahora nuestro conocimiento del mismo se hacía a través de la detección de luz  (en múltiples frecuencias, desde las  longitudes  de radio-frecuencia, pasando por las microondas y el visible, hasta los  rayos X y Gamma),  y la de rayos cósmicos (protones y núcleos livianos) y neutrinos ultra-energéticos. Pues bien, tenemos hoy una  nueva ventana que se nos acaba de abrir para mirar hacia el infinito y continuar con la maravillosa exploración: el  estudio  del universo mediante la detección de ondas gravitacionales, el viejo mensajero cósmico que hoy aprendimos finalmente a detectar y a descifrar. Parafraseando a una de las líderes del proyecto, la Dra. Gabriela González (originaria de  Córdoba, Argentina): “Es como cuando por primera vez Galileo miró  al cielo con su Telescopio”. Ciertamente mucho hemos aprendido desde entonces, y  ahora, gracias al gran logro de la colaboración LIGO-VIRGO, es claro que tenemos mucho camino para seguir aprendiendo. El  premio Nobel otorgado a los Drs. Rainer Weiss, Kip Thorne y Barry Barish es muy merecido, pero representa un reconocimiento a la labor de muchos. Extendemos nuestras felicitaciones  a todo el equipo que hizo esto posible. C2

Investigador Titular C en

Investigador y Profesor en Física Teórica. Áreas de interés: Relatividad General, Teoría cuántica de Campos, Interface entre la Gravitación y la Cuántica, Cosmología, Física de Agujeros Negros, así como   Fundamentos conceptuales de la Mecánica Cuántica.

1 Comentario
  1. Breve articulo, pero bien estructurado desde el punto de vista educativo+divulgativo.

    Creo que el doctor Daniel Sudarsky hace un aporte al gran publico que se interesa por estos temas de la vida que implica misterio y magia de nuestro cosmos.

    Felicitamos al doctor Sudarsky por este articulo y por el otro sobre teoria de la relatividad, y le enviamos un saludo de aqui de Republica Dominicana donde el el estuvo hace un tiempo.

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