Reseñas de Documentales y Libros

Bienvenidos a MasLibertad

El Coronavirus COVID-19

Torrejón de Ardoz

Areas de Ciencias

Documentales y Libros

Las Ciencias del Universo

Las Mejores Series

Cosmos

Nuestro Planeta

Documentales de Stephen Hawking

Una Breve Historia del Tiempo

Einstein y Hawking

El Universo de Stephen Hawking

Máquinas

La Ciencia del Futuro

La Salud

Tecnología

Medio Ambiente

Biología

Hubble: Explorando el Universo

Secretos del Universo con Morgan Freeman

El Universo

La Historia del Universo

Desmontando el Cosmos

Curiosity

El Universo Conocido

Física de lo Imposible con Michio Kaku

Ciencia al Desnudo

Sci-Trek

Pioneros del Espacio

La Conquista del Universo

Universo Maligno

Colisiones Cósmicas

Física y Espacio

Viajes en el Tiempo

El Universo

El Sistema Solar

Planetas Extrasolares

Vida Extraterrestre

Historia de la Ciencia

La Tierra

Vida y Evolución

Salud y Medicina

Tecnología

Documentales de Historia

Documentales de Religión

Misterios Fantásticos

Áreas de Religión

Economía y Política

La Última Página

Datos de Usuario

AnónimoEntrar
IP52.205.167.104

Datos de Pagina

Los grandes descubrimientos de Albert Einstein y Stephen Hawking que revolucionaron la forma en que entendemos el Universo

Creada03-07-2021
Modificada12-07-2021
Total Visitas40
Diciembre9

Reseña del Documental Einstein y Hawking: Maestros de Nuestro Universo

Einstein y Hawking
Maestros de Nuestro Universo

El 14 de Marzo de 1879 nació Albert Einstein.

El 14 de Marzo de 2018 murió Stephen Hawking.

Son, sin duda, los dos científicos más reconocidos del mundo, y entre los dos cambiaron la forma en que todo el mundo entiende el Universo.

No escuches a quien tiene las respuestas.
Escucha a quien tiene las preguntas.

Albert Einstein.

Los Trabajos de Einstein

Albert EinsteinPor su trayectoria anterior, nada hacía suponer que Albert Einstein pudiera llegar a revolucionar la Ciencia. De pequeño, tardó bastante en empezar a hablar, lo que llenaba de preocupación a sus padres. En la escuela, y más tarde en la Universidad, estudiaba las materias que más le interesaban, pero se despreocupaba de las que consideraba inútiles para sus estudios.

Sólo pudo conseguir, en 1903, un trabajo mediocre en la oficina de patentes de Berna, Suiza.

Allí vivió durante dos años con su primera esposa, la también física, Mileva Maric, y su abundante tiempo libre lo dedicó a desarrollar su trabajo.

En 1905, Einstein publicó cuatro trabajos científicos, cualquiera de ellos merecedor de un Nobel.

  1. La Radiación y la Energía como propiedades de la luz.
  2. Determinación del verdadero tamaño de los átomos.
  3. El Movimiento de las partículas en un líquido.
  4. Una modificación sobre la Teoría del Espacio y el Tiempo.

El cuarto artículo fue la base de la Teoría de la Relatividad Especial, que cambió radicalmente la concepción que los científicos tenían de la Física y del Universo. Hasta entonces siempre se pensó que el Tiempo era una magnitud constante, invariable, pero Einstein demostró que el Tiempo podía ir más rápido o más lento según las circunstancias.

Velocidad Relativa, Velocidad Absoluta

Si con una máquina lanzamos pelotas a 40 Km/h, no importa desde donde las observemos, siempre las veremos salir a 40 Km/h y seguir una trayectoria parabólica idéntica. Pero si la máquina está situada sobre un vehículo en movimiento, lo que veremos puede ser muy distinto dependiendo de dónde estemos nosotros. Si estamos en el mismo vehículo, la trayectoria de las pelotas las veremos idénticas, independientemente de la velocidad a la que se desplace el vehículo. Pero si estamos fuera del vehículo, parados en el camino, su trayectoria será muy distinta según la velocidad a la que avance el vehículo. De hecho, si el vehículo viaja a 40 Km/h y lanzamos una pelota hacia atrás a la misma velocidad, desde el vehículo nos parecería que la trayectoria parabólica no ha cambiado, pero desde el camino veríamos cómo la pelota sale de la máquina a CERO Km/h, y cae al suelo verticalmente.

Lo mismo ocurre con cualquier objeto que lancemos en el Universo, su velocidad y su vector de desplazamiento se suman a la velocidad y el vector de desplazamiento del vehículo en el que se encuentra el lanzador, y la trayectoria que veamos dependerá  de si lo observamos desde el mismo vehículo, o si estamos en el camino, o si estamos en OTRO vehículo que se desplaza a distinta velocidad y en otra dirección.

Con cualquier objeto, pero no con la luz. Si medimos la velocidad y la trayectoria de un rayo de luz desde un vehículo en movimiento o en reposo, estando nosotros en movimiento, a cualquier velocidad, o en reposo, siempre mediremos la misma velocidad de la luz.

El Experimento del Reloj de Luz

Reloj de Fotones entre EspejosEinstein imaginó un reloj que medía el tiempo contando los rebotes de un rayo de luz entre dos espejos. Si el reloj estaba en reposo, la luz recorrería la distancia entre ambos espejos en una trayectoria perpendicular a los espejos. Pero si el reloj estaba en movimiento, la luz seguiría una trayectoria zigzagueante, oblicua a los espejos, y tardaría más en su recorrido. El reloj en movimiento sería más lento que en reposo.

Fórmula Dilatación del TiempoNo sólo en teoría, Eisntein halló la fórmula matemática que permite calcular la velocidad a la que transcurre el tiempo.

En nuestra vida cotidiana, las mayores velocidades que podemos alcanzar en el más rápido de los cohetes siguen siendo insignificantes con respecto a la velocidad de la luz, pero si conseguimos desplazarnos mucho más rápido, la variación sería cada vez más significativa. Al 50% de c, un día en reposo se convertiría en 1'15 días en movimiento. Al 75%, sería 1'5 días. Al 95%, 3'2 días. Y al 99%, sería una semana.

Einstein explicó que si hubiera dos hermanos gemelos, y uno de ellos emprendiera un viaje espacial a velocidad casi lumínica, cuando volviera a la Tierra encontraría a su gemelo mucho más viejo que él.

Pero ¿había algún medio de que pudiéramos conseguir una velocidad tan elevada?

Espías en las Estrellas

Vela SolarEn 2016, Stephen Hawking presentó el Proyecto Disparo Estelar. Su objetivo, construir y enviar una nave capaz de viajar a una velocidad casilumínica hacia las estrellas.

En síntesis, se trataría de una vela solar, una membrana muy fina y ligera alrededor de un pequeño módulo. Desde la Tierra se le enviaría un rayo láser que, con sus fotones, daría un fuerte empuje a las velas, impulsándolas a velocidades elevadas.

Mientras más grande sea la vela, y más pequeño y ligero sea el módulo, más rápido acelerará.

El ingeniero aeroespacial Zac Manchester ha diseñado un módulo muy pequeño, de apenas 3'5 cm de lado y 4 gramos de peso, pero que contiene un potente ordenador con varios sensores y emisores. Lo ha llamado Sprite.

La idea es lanzar al espacio miles de estos módulos y esparcirlos por las estrellas vecinas para que sirvan como nuestros ojos en mundos lejanos.

Por sí solos, los Sprites nunca llegarían a salir del Sistema Solar, pero si les colocamos velas solares podemos darle un empujón con potentes rayos láser que les imprimiría una aceleración enorme, de 60.000 G, lo que le haría alcanzar un 20% de la velocidad de la luz en pocos minutos.

A esa velocidad, el Sprite llegaría a las estrellas más cercanas en unos 25 años, y empezaría a enviar información a la Tierra.

El Origen de la Gravedad

En 1909, la fama de Einstein iba en aumento, y fue contratado como profesor en la Universidad de Zurich. Entonces empezó a desarrollar una serie de ecuaciones para explicar cómo funcionaba la gravedad.

Según la Teoría de la Relatividad General, el Espacio es un tejido tetradimensional, en el que las masas lo deforman en una cuarta dimensión, y eso hace que los objetos tiendan a caer los unos hacia los otros.

Curvatura del EspacioPodemos visualizarlo con un ejemplo muy sencillo. Si colocamos una lona elástica en un marco circular, la lona estará tensa, plana. Si sobre ella hacemos rodar pequeñas bolas, éstas seguirán trayectorias rectas.

Pero si en el centro de la lona colocamos una bola grande y pesada, como si fuera un sol, la lona, de dos dimensiones, estará curvada en una tercera dimensión, y las canicas, al pasar por la lona deformada, empezarán a rodar alrededor de la bola grande, convirtiendo su trayectoria rectilínea en una órbita elíptica.

En nuestro espacio real y cotidiano ocurre lo mismo, pero no es una membrana bidimensional que se deforma en una tercera dimensión, sino una brana tridimensional que se deforma en una cuarta dimensión.

Hasta este punto, completamente de acuerdo, pero desde aquí discrepo en un detalle: Einstein pensaba que esa Cuarta Dimensión es el Tiempo. Yo no lo creo. Creo más bien que la Cuarta Dimensión es OTRA dimensión espacial, y que el Tiempo no es una Dimensión.

Según la Teoría de Cuerdas, existen 10 Dimensiones, todas espaciales, pero Nuestro Universo es una Brana de sólo 3 dimensiones extensas y un grosor muy reducido en las demás. Así que nuestra Brana 3D puede deformarse en cualquiera de las otras direcciones que nosotros no podemos percibir, pero que existen.

Podéis ver una explicación más detallada en Dimensiones, Branas y Fuerzas.

Fórmula de Einstein sobre la relación Masa-Curvatura EspacialEinstein desarrolló una fórmula matemática que cuantifica cuál es la curvatura del Espacio-Tiempo. Con esta fórmula se relaciona la Matemática con la Física. Básicamente, la Materia le indica al Espacio-Tiempo cómo curvarse, y el Espacio-Tiempo le indica a la Materia cómo desplazarse.

Cuando Einstein publicó la Teoría de la Relatividad General, en 1915, su artículo pasó casi desapercibido. El mundo estaba inmerso en la Primera Guerra Mundial, y las líneas de comunicación entre científicos de distintos países estaban cortadas.

Una de las pocas personas que leyó su artículo fue Arthur Eddington, quien terminada la guerra, propuso una forma de comprobar si la teoría era cierta.

Desviación de la luz de las estrellas al pasar cerca del borde solarSi fuera cierto que una masa grande, como la del Sol, podía curvar el espacio a su alrededor, entonces los rayos de luz que pasaran cerca se verían desviados de su trayectoria. Sólo había que observar las estrellas que se vieran muy cerca del disco solar y comprobar si se mantenían en la posición correcta o aparecían ligeramente más lejos del disco solar.

Evidentemente, tan cerca del disco solar hay tanto brillo que es imposible ver las estrellas, pero el 29 de Mayo de 1919 se iba a producir un eclipse de Sol que sería visible desde el Hemisferio Sur, y durante los varios minutos que durara el eclipse total las estrellas serían visibles aún estando muy cerca del disco solar.

Eddington llevó un telescopio a la isla tropical de Príncipe, y desde ella tomó fotografías de las estrellas que se podían ver junto al Sol durante el eclipse total. Y comprobó que, efectivamente, las estrellas Híades se veían ligeramente desviadas de la que debía ser su posición real.

La Teoría de la Relatividad General de Einstein había quedado demostrada.

El Origen del Universo

El matemático Georges Lemaître intentó usar las ecuaciones de Einstein para explicar cómo era, a gran escala, el Universo.

Por entonces se pensaba que el Universo era estable e invariable, infinito y eterno, pero no había forma de demostrarlo.

Lemaître partió de una suposición, quizás algo arriesgada, pero compartida por toda la comunidad científica, y es que el Universo, a gran escala, sería esencialmente igual en cualquier parte del Universo. Como la arena de un desierto. En él podemos encontrar dunas y cauces secos, rocas o arena, pero si tomamos dos fotografías que abarquen varios Km² en lugares distintos del desierto, ambas tendrán características muy similares.

Lemaître supuso que un volumen que contuviera 10.000 galaxias tendría las mismas características y aproximadamente el mismo número de galaxias que cualquier otra región del Universo del mismo tamaño.

Pero al aplicar las ecuaciones de Einstein a este escenario, se llevó la sorpresa de que las matemáticas demostraban que ese universo no sería estable. Cualquier desviación de la homogeneidad se traduciría en un desequilibrio que se realimentaría haciendo que el Universo en su conjunto se contrajera o se expandiera. Quizás por una intuición, o quizás por sus creencias, el pensó que el Universo DEBÍA estar expandiéndose.

Pero si se estaba expandiendo, eso significaba que en el pasado las galaxias habían estado más cerca las unas de las otras, y en un pasado aún más lejano, aún más cerca, por lo que debía existir un tiempo en el que TODAS las galaxias, toda la materia del Universo, estaba concentrada en un único lugar, en lo que él llamó un Huevo Cósmico y que hoy conocemos como Big Bang.

Einstein no estuvo de acuerdo con estas conclusiones. Él pensaba que el Universo era estable y que no variaría con el tiempo, por lo que pensó que debía existir un elemento que corrigiera la inevitable inestabilidad de sus ecuaciones.

Inventó, e incluyó en sus fórmulas matemáticas, la Constante Cosmológica, que añadida a sus ecuaciones eliminaba la inestabilidad intrínseca a su concepto del Universo.

Pero la duda aún persistía. ¿Vivimos en un Universo en expansión o en un Universo estable?

La respuesta la dio en 1919 el astrónomo Edwin Hubble, que tras observar varias galaxias y medir la distancia a la que estaban y la velocidad a la que se desplazaban respecto a nosotros, concluyó que las galaxias se estaban alejando entre sí, y mientras más lejanas a más velocidad.

El Universo se está expandiendo.

Cuando le presentaron los datos, Einstein afirmó que su mayor error fue inventar la Constante Cosmológica para corregir sus propias ecuaciones.

Stephen Hawking

El 8 de Enero de 1942 nació Stephen Hawking en Oxford, Inglaterra, coincidiendo con el tricentenario de la muerte de Galileo.

Stephen HawkingAl contrario que Einstein, fue desde pequeño un brillante alumno que se ganó el respeto y admiración de sus profesores y compañeros, algunos de los cuales empezaron a llamarle Einstein.

A la edad de 20 años, cuando se disponía a doctorarse con una tesis sobre los Agujeros Negros, fue diagnosticado de ELA, una enfermedad degenerativa que le haría perder el control motor de su cuerpo, pero sin mermar su inteligencia. Los médicos le vaticinaron que sólo tendría dos años de vida.

Tras pasar por un período de depresión, decidió usar el tiempo que le quedaba en completar su tesis. Y lo consiguió. Y también consiguió superar las expectativas de vida que le quedaban.

Veinte años más tarde, en 1988, publicó el libro Breve historia del tiempo, convirtiéndose en uno de los científicos más admirados y queridos, no sólo por la comunidad científica, sino por todos los amantes de la ciencia.

Pero su mayor logro fue describir qué eran y cómo funcionaban los Agujeros Negros.

Agujeros en el Espacio

En 1916, mientras luchaba en la Primera Guerra Mundial, el artillero Karl Schwarzschild, jugando con las ecuaciones de Einstein, intentó determinar cuán profunda podía ser la deformación del Espacio-Tiempo provocada por la Gravedad.

Espacio Deformado por la masa de un Agujero NegroCalculó que una masa como la del Sol, comprimida a un tamaño de sólo 3 Km, provocaría una deformación tan intensa que sería como si se abriera un agujero de longitud infinita en el espacio.

Con esa pendiente, ni siquiera la luz podría salir. Sería, literalmente, un Agujero Negro.

Contradiciéndolo, Einstein publicó un artículo en 1939 afirmando que la materia no podría comprimirse hasta el infinito, sino sólo hasta una densidad límite, y esa densidad sería insuficiente para crear un Agujero Negro.

En la Muerte de las Estrellas

Ese mismo año, justo antes de empezar la Segunda Guerra Mundial, los científicos descubrieron lo que ocurría en las estrellas al final de su vida.

A lo largo de la mayor parte de su vida, de miles de millones de años, la fuerza de la gravedad intenta comprimir toda la masa de la estrella, pero en el centro se produce una fusión de los átomos, convirtiendo el Hidrógeno en Helio, y la fusión genera gran cantidad de energía que empuja hacia afuera, impidiendo que la estrella colapse.

Pero cuando se agota el combustible se deja de producir esa energía, y entonces no hay nada que contrarreste a la gravedad, por lo que toda la masa de la estrella colapsa hacia el centro.

En estrellas de tamaño medio, en el centro se alcanzaría una densidad enorme, los electrones chocarían con los núcleos atómicos convirtiéndose en neutrones, y todo nuestro Sol quedaría comprimido a un tamaño de 10 Km. Sería una Estrella de Neutrones.

Pero en estrellas mucho más grandes, como 10 soles, la presión gravitatoria sería mucho más intensa, tanto que incluso los neutrones colapsarían, y toda la masa se comprimiría hasta un tamaño infinitesimal, con una densidad infinita: Un Agujero Negro.

Latidos de las Estrellas

En 1965, una alumna de posgrado de 24 años, llamada Jocelyn Bell, construyó un radiotelescopio para captar radiaciones que no eran visibles con telescopios ópticos.

Los datos recibidos se dibujaban en una cinta de papel de 60 metros por cada día de escucha (4 cm/minuto). Pero el gráfico presentaba una curva muy densa de la que no podían extraer datos útiles.

Probaron a hacer que la cinta de papel pasara más rápido, y entonces sí pudieron captar una pauta.

La estrella observada (CP1919) estaba emitiendo pulsos de radiación a intervalos muy regulares y muy rápidos. Que un fenómeno sea MUY regular, sin que se manifiesten alteraciones o decaimiento, indica que el objeto debe ser MUY grande. Pero para que su período de oscilación sea tan rápido, se requiere que sea MUY pequeño. Ambas características indicaban que el objeto que estaban observando era muy grande en masa, pero muy pequeño en tamaño.

Jocelyn concluyó que el objeto en cuestión era una estrella muy pequeña con mucha masa, que no emitía luz, pero sí un potente chorro de radiación, y que estaba rotando con rapidez, haciendo que, como un faro, su chorro de radiación apuntara regularmente hacia la Tierra.

A estos objetos les llamó Púlsares.

Algunos rotan a una velocidad más o menos moderada, pero más tarde descubrió otros mucho más rápidos, hasta 700 rotaciones por segundo.

Eran, sin duda, los objetos más densos jamás descubiertos, pero teóricamente podían existir objetos aún más densos, tanto que su gravedad sería tan grande que ni siquiera la luz pudiera escapar de ellos.

El Horizonte de Sucesos

Un Agujero Negro es negro porque genera una gravedad tan intensa que nada puede escapar de él, ni siquiera la luz.

Y es un agujero porque el espacio tridimensional que lo rodea se curva en una cuarta dimensión con una pendiente enorme, casi infinita. Nosotros no podemos visualizar la cuarta dimensión, pero SÍ podemos visualizar una membrana 2D que, en el entorno del Agujero Negro, se hunde como un embudo. Es lo mismo pero con una dimensión más.

Se suponía, pues, que de un Agujero Negro no podría salir ninguna radiación, sólo podríamos ver la radiación que emitiese la materia que estuviese cayendo hacia dentro y justo ANTES de cruzar el Horizonte de Sucesos.

El Horizonte de Sucesos es la región que está a la distancia exacta en la que la Velocidad de Escape es igual a la velocidad de la luz.

Es como viajar en una canoa por encima de las cataratas de Niágara. Mientras estemos por encima, lejos del borde, podremos remar con rapidez y alejarnos. Pero una vez que lleguemos al borde, donde la velocidad de la corriente es mayor que la velocidad a la que podemos remar, ya no habrá forma de escapar.

Pero en 1974, Stephen Hawking, aplicando la Mecánica Cuántica a la Relatividad de Einstein, descubrió que, en realidad, los Agujeros Negros podían emitir radiación.

Según la Mecánica Cuántica, en cualquier lugar del espacio se producen fluctuaciones cuánticas en la que, de forma totalmente aleatoria, de la nada se forman dos partículas, Energía y Antienergía, que se separan, siguen una trayectoria curva y se vuelven a juntar, volviéndose a la nada.

Esto ocurre en un tamaño muy pequeño, quintillones de veces más pequeño que un electrón, y con una rapidez enorme, en menos de una quintillonésima de segundo.

Y ocurre continuamente en todas partes, en cada punto del espacio, trillones de veces por segundo en el tamaño de un simple electrón. Y también ocurre dentro de un Agujero Negro, incluso en el horizonte de sucesos.

Y cuando esto ocurre justo en el horizonte de sucesos, una de las dos partículas puede caer hacia el interior y la otra al exterior del Horizonte de sucesos. La partícula de antienergía cae al interior del Agujero Negro restándole una pequeña porción de energía-masa. Y la de energía sale al exterior, incrementando la cantidad de energía masa que hay fuera del Agujero Negro. El resultado es el mismo que si el Agujero Negro hubiera emitido una partícula de energía.

Esta radiación, conocida como Radiación de Hawking, hace que los Agujeros Negros, indefectiblemente, pierdan energía y se vuelvan cada vez más pequeños.

El proceso es muy lento, y tardaría cientos de miles de millones de años, mucho más que la edad actual del Universo, en disolver por completo un AN, pero depende de la razón entre su volumen y su superficie. Mientras más pequeño sea el AN, más rápido perderá un determinado porcentaje de su masa.

Y un AN muy pequeño, como el de unos pocos átomos encerrados en un volumen muy, muy pequeño, podría disolverse en segundos.

La Guerra Científica

La idea de que el Espacio Tridimensional puede curvarse en una Cuarta Dimensión fue muy controvertida en la comunidad científica, pero esa controversia podía resolverse por medio de las matemáticas y la ciencia. Pero en Alemania hubo políticos que abanderaron la idea de que era una aberración, una demostración de la degeneración de la Ciencia en las manos de científicos judíos.

El partido Nacional-Socialista utilizó la demagogia para denunciar a los judíos como responsables de los problemas de Alemania y las teorías de Einstein como muestra de su decadencia, y el ambiente se fue caldeando cada vez más para los judíos. Cuando el partido Nazi llegó al poder, en 1933, Einstein abandonó Alemania y se estableció en Princeton, Nueva Jersey, para trabajar en el Instituto de Estudios Avanzados.

Einstein siempre fue pacifista, y le parecía inconcebible que la ya muy conocida ecuación que le dio la fama en 1905, e=mc², pudiera utilizarse con fines bélicos.

Al fin y al cabo, esa fórmula demostraba que una cantidad muy grande de energía podía convertirse en una pequeña cantidad de masa. Y, a la inversa, que una cantidad muy pequeña de masa podía convertirse en una cantidad inmensa de energía.

El poder de e=mc² era inmenso. Eddington fue el primero en darse cuenta de que ese era el proceso por el que las estrellas eran capaces de generar tanta luz y calor durante tanto tiempo.

Einstein pensó que ese proceso, de poderse replicar en la Tierra, podría servir como una fuente de gran cantidad de energía. Pero otros pensaron que también podría usarse para construir una bomba.

Preocupado por la idea de que los alemanes estuvieran trabajando en esta idea, Einstein y otros científicos escribieron una carta al presidente Roosevelt, advirtiéndole del peligro e instándole a anticiparse. Roosevelt se tomó en serio la amenaza y respondió organizando el Proyecto Manhatan.

Consiguieron su objetivo en sólo tres años. El 16 de Julio de 1945 se detonó la primera bomba atómica. Una pequeñísima cantidad de materia, apenas 0'9 gramos, generó una explosión similar a la producida por 20.000 Toneladas de TNT, el explosivo más potente conocido en esa época. (20.000 T ocuparían el volumen de un edificio cúbico de 9 plantas)

El estruendo de la explosión se oyó a más de 160 Km de distancia y la nube de polvo llegó a 12 Km de altura.

Tres semanas más tarde, el 6 de Agosto, se lanzó la segunda Bomba Atómica sobre Hiroshima. 0'6 g de materia se convirtió en energía, incinerando a más de 70.000 personas.

Durante muchos años, Einstein se sintió responsable, no por sus actos, sino por el hecho de que su descubrimiento hubiera servido para construir bombas tan devastadoras, y como pacifista que siempre había sido abogó por que la Ciencia sirviera sólo para la investigación y para aplicaciones pacíficas que pudieran resolver los problemas de la sociedad, pero no para fabricar armas.

El interés de los científicos es aumentar el conocimiento, y ese conocimiento puede usarse para el bien o para el mal.

El interés de los políticos es muy distinto. Algunos lo usarán para facilitar la vida a la sociedad, otros para construir armas con las que aumentar su poder.

Los nuevos descubrimientos pueden usarse para la construcción o para la destrucción.

O para la investigación. Cuando los científicos descubren nuevas leyes físicas, los ingenieros construyen máquinas con las que los científicos esperan realizar nuevos descubrimientos.

La Máquina más Grande de la Tierra

Colisionador de Hadrones del CERNEl Gran Colisionador de Hadrones es una gran obra de ingeniería, la máquina más grande del mundo, construida a gran profundidad bajo el suelo de la frontera entre Francia y Suiza. En ella, el físico Sudan Paramesvaran estudia cuáles debieron ser las condiciones del Universo en los instantes posteriores al Big Bang.

El Colisionador es un tubo circular de 27 Km de longitud, rodeado de electro imanes. Por él se lanzan protones que se aceleran a velocidades casilumínicas, dando hasta 11.000 vueltas por segundo.

Cuando dos chorros de protones en dirección contraria colisionan, los protones se rompen en partículas más pequeñas, de muchos y variados tipos, y eso hace que podamos estudiar de qué están compuestos.

Pero las partículas que se crean son muy inestables, y se desintegran con muchísima rapidez, algunas en menos de una Billonésima de segundo, por lo que resultaría casi imposible estudiarlas.

Pero al viajar a una velocidad tan cercana a la de la luz, el Tiempo para ella transcurre mucho más despacio, y eso hace que lo que para la partícula es una billonésima de segundo, para nosotros sería tanto tiempo como unas milésimas, y eso sí podemos estudiarlo.

De nuevo, la dilatación del tiempo predicha y calculada por Einstein ha quedado demostrada y se ha convertido en una herramienta que nos permite ampliar nuestro conocimiento del Universo.

En Busca del Astro Invisible

No hay forma de ver un Agujero Negro. Sabemos que existen pero, por sus características y las limitaciones de nuestras tecnologías, aún no hemos podido ver ninguno. Pero en ocasiones ocurren colisiones de estrellas con Agujeros Negros, y cuando ocurren se produce un fenómeno que sí puede observarse.

Estrella devorada por Agujero Negro

Cuando una estrella se acerca a un Agujero Negro, la gravedad de éste es tan intensa que se produce un efecto de espaguetización. La estrella se estira para caer hacia el AN, pero no cae directamente sino que se queda orbitando a su alrededor formando un disco de acreción.

Una masa tan grande, intentando entrar por un agujero muy pequeño, hace que la materia de la estrella se comprima enormemente justo antes del Horizonte de Sucesos, se convierte en plasma con propiedades magnéticas y con un gran brillo, y eso hace que, aunque no podemos ver directamente el Agujero Negro, sí podemos ver cómo se traga una estrella.

Desde el Observatorio del Monte Graham, Arizona, usando un Telescopio Submilimétrico, el astrofísico Dan Marrone intenta fotografiar este suceso. En teoría, los AN podrían estar en cualquier parte, pero desde hace años se sospecha que el lugar donde más probablemente podríamos encontrarlos sería en el centro de cada galaxia.

Allí, las estrellas que forman la galaxia orbitan alrededor de su centro, pero la fuerza gravitatoria que las mantiene en órbita es difusa, ya que son atraídas por las demás estrellas que hay a su alrededor, más cantidad en dirección al centro y menos en dirección opuesta.

Esa diferencia crea un efecto de precesión, las órbitas no son estables y muchas estrellas acabarán cayendo hacia el centro de la galaxia, uniéndose en un Agujero Negro Super Masivo.

Para comprobarlo, desde hace años se están observando las estrellas que hay alrededor del Centro de nuestra galaxia, y se ha confirmado que muchas de ellas se mueven en órbitas muy pequeñas, a velocidades muy altas, alrededor de... nada que sea visible.

La gran velocidad a la que orbitan indica que lo que hay en el centro de gravedad es algo enorme, con un tamaño de 40 Millones de Km (30 veces más grande que el Sol) con la masa de 4 Millones de soles. Su Horizonte de Sucesos debería ser uno de los puntos más resplandecientes de nuestra galaxia, pero es tan pequeño y está tan lejos, que aún haría falta el telescopio más grande del mundo. Y además, desde el centro de la Vía Láctea hasta nosotros, todo el camino está en el plano galáctico, y hay gran cantidad de gases y polvo, por lo que no se puede ver por medios ópticos.

Pero sí con radiotelescopios. Y más con un radiotelescopio tan grande como TODO el planeta.

Agujero Negro en la Galaxia M-87Uniendo los datos de observación de varios radiotelescopios y tratando esos datos con técnicas de interferometría y un gran poder computacional, hemos podido observar el centro de varias galaxias, incluida la nuestra. Y en Abril de 2019, en la cercana M87, a más de 50 Mal (20 veces más lejos que nuestra galaxia vecina, Andrómeda), pudieron captar la imagen de la materia que, con gran brillo, estaba cayendo al interior de un Agujero Negro Supermasivo.

Estelas Gravitatorias

En 1916, tras publicar la Teoría de la Relatividad General en la que explicaba cómo las masas de las estrellas deforman el espacio haciendo que el tejido espacial se inclinara, generando así la fuerza de la Gravedad, Einstein pensó que, cuando un planeta, deformando el espacio, se desplazaba, DEBÍA generar una estela, tal como una barca crea una estela en el agua cuando avanza. Y esa estela se extendería como una onda.

Estela Gravitacional de un PlanetaEl dibujo adjunto es un ejemplo ilustrativo, pero no es real en absoluto. Para que fuera real, y que la estela gravitatoria quedara por detrás del planeta, la velocidad de la onda debería ser menor que la velocidad del planeta. Como no es así, ya que la onda se desplaza a 300 Mil Km/s y el planeta, viaja a decenas o centenas, o incluso, si está muy cerca de la estrella, a miles de Km/s, pero nunca a la velocidad de la luz, no se produciría una estela hacia atrás, sino que lo que ocurriría es que la onda, circular, sería ligeramente más densa (más frecuencia) en dirección a la marcha del planeta, y de menor frecuencia en dirección a popa del planeta.

El mismo Einstein no estaba seguro de que esa onda gravitacional existiera, si llegaría a ser detectable o si era una conclusión equivocada basada en una similitud que, quizás, no fuera exacta, pero otros físicos SÍ pensaron que esas ondas, aunque muy débiles, debían existir, y quizás podrían detectarse.

Para ello han desarrollado y construido el LIGO, un interferómetro Láser que permite detectar pequeñas variaciones en la longitud del espacio en DOS direcciones perpendiculares.

Interferómetro LIGO, para detectar ondas gravitacionales

El LIGO consiste básicamente en dos túneles perpendiculares con espejos en los extremos.

En el cruce de ambos túneles existe un emisor de rayos láser. Este emisor atraviesa un cristal semitransparente que deja pasar la mitad de la luz y refleja, en un ángulo de 90º, la otra mitad. Ambos rayos viajan por sendos túneles hasta los extremos, donde se reflejan y retornan hasta el espejo inicial, donde vuelven a unirse y viajan hasta un sensor.

Si las longitudes de ambos túneles son idénticas, las dos ondas de luz quedarán acopladas en la misma fase. Si no, las dos ondas quedarán desfasadas y harán que la luz sea más débil, o incluso que quede anulada.

En realidad, no es preciso que las dos longitudes sean idénticas. Podría funcionar igualmente siempre que las ondas, al reunirse, queden acopladas, es decir, que las longitudes de los túneles sean múltiplos exactos de la longitud de onda del láser. Pero uno de los túneles podría perfectamente medir 1 Km y el otro 1 m. Sólo que entonces el sensor sólo captaría las variaciones de la longitud del túnel largo, no del corto.

Si en el espacio se produjeran ondas gravitacionales de suficiente intensidad, éstas se extenderían como ondas por todo el Universo, y al atravesar el LIGO harían que la longitud del túnel perpendicular a la onda se acortara y se alargara ligeramente. Las dos ondas láser quedarían desfasadas y esa interferencia sería detectada. Y, cumpliendo una serie de características, podríamos concluir que acabamos de captar una onda gravitacional.

Aún así, la intensidad de la onda gravitacional del movimiento de un planeta es muy pequeña y muy larga. Haciendo un símil, sería como si en un estanque tiráramos una piedra que atravesara la superficie muy despacio, en media hora. La onda generada sería tan débil y larga que, desde la orilla, sería indetectable.

En cambio, si la onda fuese más intensa y/o se repitiese de forma periódica, sería mucho más fácil detectarla desde la orilla.

Una onda gravitacional más intensa se puede producir cuando una masa muy grande cambia de tamaño de forma muy repentina, como sería una explosión o una colisión de dos objetos muy masivos, más que una estrella, más bien del tamaño de agujeros negros.

Y una onda que se repita periódicamente se puede producir cuando dos objetos muy masivos orbitan el uno alrededor del otro. La longitud de la onda generada coincidirá con el período orbital de los objetos.

Dos Agujeros Negros a punto de ColisionarY el candidato más probable para que se puedan generar estas ondas sería la colisión de dos Agujeros Negros, pero no de una forma directa, sino orbitando ambos entre sí, estando cada vez más cerca hasta que se produzca la colisión entre ellos.

Para detectar este fenómeno, en Livingston, Luisiana, se ha construido el LIGO, dos túneles perpendiculares de 4 Km de longitud, que serían capaces de detectar ondas gravitacionales que alteraran la longitud de uno de los túneles en apenas una trillonésima de metro.

A casi 5.000 Km, en Hanford, Washington, se construyó una instalación idéntica. Cualquier alteración que se produjera en ambos detectores simultáneamente confirmaría que se trataba de un fenómeno cósmico, y no una alteración provocada por un micro terremoto o un movimiento tectónico.

En el año 2002 entraron en funcionamiento, pero al cabo de 8 años aún no habían detectado NADA.

Los ingenieros detuvieron el experimento y cambiaron los sensores por otros más modernos y sensibles, proceso en el que emplearon 5 años. Y tan sólo 2 días después de volver a funcionar, se detectó una señal en ambas instalaciones.

Ondas Gravitacionales de dos Agujeros Negros en ColisiónHace mucho, mucho tiempo, en una lejana galaxia, dos AN, cada uno con la masa de 30 soles, estaban orbitando entre sí en un proceso de caída continua.

Cada vez más cerca, su órbita iba siendo cada vez más pequeña y rápida, hasta que llegaron a un punto en que sus superficies entraron en contacto, y tras dar varias vueltas más entre sí, ambos AN se fusionaron en uno solo.

Una gran cantidad de energía, equivalente a la masa de TRES soles, fue liberada, pero no en forma de luz, sino de ondas gravitacionales.

Conforme las ondas gravitatorias se extendían, se fueron haciendo más débiles, pero 1.300 Ma más tarde aún eran los bastante intensas para ser detectadas por los dos observatorios del LIGO.

El Horizonte de Sucesos Sónico

Los Agujeros Negros son invisibles, pero, según Hawking, desde su Horizonte de Sucesos se emite una tenue radiación: La Radiación de Hawking.

Jeff Steinhauer, del Instituto de Tecnología de Israel, no puede observar ni estudiar los Agujeros Negros, pero ha conseguido crear un Horizonte de Sucesos para estudiar sus propiedades. Y en lugar de ser un Horizonte de Sucesos Lumínico, que permitiría entrar la luz, pero no la dejaría salir, es un Horizonte de Sucesos Sónico, que permite entrar las ondas de sonido pero no las deja salir.

En un tubo muy fino y pequeño se introducen átomos de un gas muy ligero. Desde un extremo del tubo se proyecta un rayo láser cuyos fotones golpean a los átomos y los aceleran. En el principio del tubo, los átomos se desplazan por debajo de la velocidad del sonido. Pero a partir de una determinada distancia, conforme van acelerando, los átomos viajan a velocidad supersónica, por lo que las ondas de sonido no tendrían velocidad suficiente para viajar en el sentido opuesto de los átomos.

Ha creado un Horizonte de Sucesos Sónico.

Y al fotografiar el Horizonte de Sucesos ha descubierto que justo en él se produce un fenómeno muy similar al descrito como la Radiación de Hawking.

La Paradoja de la Información

Si la Radiación de Hawking es real, entonces todos los Agujeros Negros acabarán, en mucho tiempo, disolviéndose en la nada. Y esto plantea un problema matemático que los investigadores aún están intentado resolver.

Cuando la Materia cae en un Agujero Negro, no sólo es la materia la que desaparece, también desaparece la Información.

Si echamos un periódico a una hoguera, las moléculas y átomos del papel y la tinta se esparcen entre el humo, pero la información no se ha perdido, sino que se ha dispersado. Teóricamente, si pudiésemos localizar e identificar cada átomo del humo y observáramos su trayectoria, podríamos reconstruir su pasado. Y su futuro.

A esto lo llamamos Determinismo.

Pero en un Agujero Negro parece que se rompe esta regla. La Radiación de Hawking que sale del Agujero Negro no parece tener ninguna relación con las partículas que han entrado previamente, por lo que no existe ninguna posibilidad de que la información que entró en el Agujero Negro, vuelva a salir.

Y eso implica que el Determinismo no funciona con los Agujeros Negros.

Durante décadas ha habido un acalorado debate entre físicos cuánticos y relativistas, cada grupo defendiendo su idea de si se conservaba o no la información, pero de nuevo fue Hawking quien, en 2015, encontró una posible respuesta.

El Horizonte de Sucesos del Agujero Negro no es una superficie completamente lisa, sino que experimenta fluctuaciones y ondas. La Materia que lo atraviesa se convierte en energía, pero la Información se queda en el Horizonte de Sucesos, en forma de fluctuaciones y ondas. Si pudiéramos percibir todas esas fluctuaciones y supiéramos cómo, podríamos leer en ella toda la Información contenida en toda la materia que ha tragado a lo largo de su existencia.

Fue el último descubrimiento de Hawking, antes de su fallecimiento.

Grandes Maestros del Universo

Hasta el año 1905, los científicos pensaban que entendíamos el Universo. Einstein demostró que el Universo era mucho más extraño y maravilloso de lo que pensábamos. Y Hawking consiguió llevar sus teorías y ecuaciones a un nivel que nos ha dado la explicación de muchos fenómenos que hasta entonces eran incomprensibles.

Nuestro mundo es muy distinto, mejor, gracias a sus descubrimientos.

Dentro de mil años, los científicos e historiadores de la ciencia sabrán mucho más, y muchos científicos actuales habrán sido olvidados.

Pero Einstein y Hawking seguirán siendo recordados como Grandes Maestros del Universo.

En mi opinión

Un magnífico documental (en dos partes) que os recomiendo ver, ya que se explican con mucha claridad los notables y sorprendentes descubrimientos de Einstein y Hawking sobre algunos de los fenómenos más enigmáticos y sorprendentes del Universo.

En cuanto a la teoría del Determinismo, era muy popular antes de la aparición de la Teoría Cuántica. Se suponía que si conociéramos la posición, velocidad y dirección de todas las partículas del Universo, podríamos calcular, como si fuera una gigantesca mesa de billar cósmico, en qué posición acabarían todos los átomos. En la práctica es, evidentemente, imposible, pues un ordenador que tuviera esa capacidad tendría que tener un tamaño mayor, más átomos y más masa, que TODO el Universo. Y mucho antes de alcanzar ese tamaño, una masa tan grande acabaría colapsando en un Agujero Negro. Y, de todas formas, el Principio de Indeterminación afirma que es imposible conocer simultáneamente la posición y el estado de movimiento de una partícula, así que la indeterminación hace que sea imposible el determinismo.

No conocía las investigaciones acerca del Horizonte de Sucesos Sónicos, y me ha sorprendido que en él se manifieste un fenómeno similar a la Radiación de Hawking. Espero en el futuro conocer algo más sobre este tema.

De nuevo, reitero mi recomendación de que veáis el documental, es muy bueno.

Ver Ficha de Einstein y Hawking: Maestros de Nuestro Universo

Perdón por la interrupción

La Ley me obliga a darte el siguiente

Aviso Legal

Utilizamos cookies propias y de terceros para mejorar nuestros servicios y mostrarle publicidad relacionada con sus preferencias mediante el análisis de sus hábitos de navegación.

Si continua navegando, consideramos que acepta su uso.

Si lo desea, puede Ampliar Información

Aceptar Cookies

Bienvenidos a MasLibertad | ¿Quién soy yo? | Cartas al Autor | Aviso Legal sobre Cookies