Los enigmas de Einstein

En alguna ocasión, la Mente Humana, ha sido capaz de unir ideas que nos pueden llevar a la comprensión de grandes enigmas existentes en nuestro Universo. La Relatividad General de Einstein es lo más aproximado que conozco a una de esas ocasiones excepcionales. Esta Teoría, en sus dos versiones, Especial y General, son el ejemplo más grande que podemos encontrar y que nos sirva como la muestra más elevada del pensamiento humano.

El siglo XX tuvo el honor de ser testigo de dos revoluciones fundamentales para nuestra imagen física del mundo . La primera de éstas cambió por completo el concepto que teníamos sobre el espacio y el tiempo, y, quedó transformada en lo que ahora llamamos espacio-tiempo. Un espacio-tiempo que está sutilmente curvado de tal manera que hace posible ese muy familiar y omnipresente, aunque misterioso, fenómeno de la Gravedad en presencia de grandes objetos masivos.

La NASA captó esta imagen en el núcleo de una Galaxia en la que un Agujero Negro central, arrasaba con la materia de otra galaxia menor.

“Hemos visto muchos torrentes producidos por agujeros negros, pero esta es la primera vez que detectamos uno que golpea otra galaxia”, indicó Dan Evans, científico del Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian y autor principal del estudio publicado en la revista The Astrophysical Journal, en la página web de la agencia espacial.

La imagen es producto de la combinación de diferentes instantáneas captadas por los telescopios Chandra, Spitzer y Hubble de la NASA con distintas longitudes de onda. El conjunto del sistema, identificado como 3C321, contiene dos galaxias y los datos de rayos X proporcionados por el telescopio Chandra demuestran que ambas contienen sendos agujeros supermasivos de rápido crecimiento. El color púrpura se corresponde con la galaxia principal, mientras que el destello azul equivale a la galaxia secundaria, situada a unos 20.000 años luz de la primera, en el momento en que es desviada.

La segunda revolución, transformó por completo la forma en que nosotros entendíamos la naturaleza de la materia y la radiación, dándonos una imagen de la realidad en la que las partículas se comportan como ondas y las ondas como partículas, en donde nuestras desripciones físicas habituales quedan sometidas a incertidumbres esenciales y donde los objetos individuales pueden manifestarse en varios lugares al mismo tiempo.

La primera de estas revoluciones es la “Relatividad” y la segunda ha sido denominada “Mecánica Cuántica”. Ambas Teorías han sido ampliamente confirmadas experimentalmente con una precisión sin precedentes en la historia de la Ciencia.

Aquí tenemos representado un protón que es una partícula elemental estable, tiene una carga positiva igual en magnitud a la del electrón (negativa) y posee una masa de 1,672 614 x 10^-27 kg, que es 1836,12 veces la del electrón. El protón aparece en los núcleos atómicos junto con el neutrón y está conformado por tres Quarks, dos up y un dowm que están confinados y retenidos por 8 Gluones que son las partículas mediadoras de la Fuerza nuclear fuerte.

Pero no sería justo dejar sin mencionar a esas tres revoluciones previas que contribuyeron a nuestra comprensión del mundo físico y que pueden soportar una comparación genuina con cualquiera de las dos mmencionadas. Para encontrar la primera, tendremos que remontarnos hasta la antigua Grecia, donde fue introducida la noción de geometría euclidea y se alcanzó una comprensión de los cuerpos rígidos y las configuraciones estáticas. Además, marcó el inicio de un reconocimiento del papel crucial del razonamiento matemático en nuestras ideas acerca de la Naturaleza.

Para la segunda de las tres revoluciones tenemos que saltar al siglo XVII, cuando Galileo y Newton nos dijeron que podían entenderse los movimientos de los cuerpos ponderables en términos de fuerzas entre sus partículas constituyentes y las aceleraciones que dichas fuerzas generan. El siglo XIX nos ofreció la tercera revolución cuando Faraday y Maxwell nos mostraban que las partículas no bastaban, y que también debemos considerar que existen campos continuos que llenan el espacio, tan reales como las propias partículas.

                             Los campos magnéticos del Sol son muy poderosos e inciden sobre la Tierra

Estos campos están combinados en una única unidad que se extiende por todas partes, conocida como el campo electromagnético, y el comportamiento de la luz podía explicarse de una forma muy bella en términos de sus oscilaciones autopropagantes.

Volviendo al siglo XX, resulta particularmente notable que un mismo físico -Albert Einstein- haya tenido percepciones tan extraordinariamente profundas del funcionamiento de la Naturaleza que le permitieran establecer las piedras fundacionales de estas dos revoluciones del siglo XX en el mismo año de 1905. Y no sólo eso,  sino que durante ese mismo año Einstein aportó también nuevas ideas fundamentales en otras dos áreas, con su tesis doctoral sobre la determinación de las dimensiones moleculares y con sus análisis de la naturaleza del movimiento browniano. Este último análisis por sí sólo le hubiera valido a Einstein un lugar en la historia, ya que, sentó las bases de una parte importante del conocimiento estadístico que ha tenido enormes implicaciones en otros numerosos campos.

El mayor logro de Einstein: su teoría de la relatividad general que dio pie a que, la Cosmología, se considerara una verdadera ciencia. Con respecto a la Mecánica cuántica, los conatos iniciales de esta revolución habían sido los extraordinarios artículos de Planck de 1900, en los que introducí la famosa relación E = hv, que afirmaba que la energía de la radiación se da en pequeños paquetos discretos, directamente proporcionales a la frecuencia de radiación, él los llamó “cuantos”.

Pero aquellas ideas de Planck eran difíciles de entender en términos de la física ordinaria de la época, y parece que sólo Einstein, con su genio intuitivo, fue capaz de captar su verdadera importancia, hasta tal punto fue así que, inspirado en el trabajo de Planck, realizó el suyo propio sobre el Efecto Fotoeléctrico que le valío el Nobel de Física.

La propia teoría cuántica necesitaría algunos años para encontrar la formulación adecuada, y, esta vez, las ideas unificadoras no vinieron de Einstein sino de algunos otros físicos, en especial Bohr, Heisenberg, Schrödinger, Dirac y Feyman.

Pero volvamos al mejor trabajo de Einstein de la Relatividad General que, tan asombroso es que, incluso permite la existencia de Agujeros Blancos, es decir, la inversión temporal del colapso de un objeto en un agujero negro. Las ecuaciones de la relatividad general que describen dicho colapso son simétricas en el tiempo, de manera que no existe ninguna razón teórica por la que no pudiera invertirse. Un agujero Blanco sería, por tanto, un lugar donde aparecería espontáneamente materia en nuestro universo. Claro que, hasta el momento, no hemos podido detectar ningún fenómeno de este tipo que avale su existencia.

Investigadores del Instituto de Astrofísica de Canarias (IAC) han descubierto un agujero negro de más de 5,4 veces la masa del Sol en el sistema binario de rayos XXTE J1859+226. Las observaciones realizadas desde el Gran Telescopio Canarias (GTC), que ha logrado obtener los primeros espectros que se publican de este sistema binario, han sido determinantes en el hallazgo.

El Very Large Telescope del Observatorio Europeo Austral (ESO, por sus siglas en inglés) y el Telescopio de rayos X Chandra de la NASA han permitido a los astrónomos el descubrimiento del más poderoso par de chorros nunca antes visto saliendo desde un agujero negro estelar, es decir, han podido fotografiar la imagen de un agujero negro estelar soplando una enorme burbuja de gas caliente de mil años luz de extensión.

Hipotético agujero Blanco por el que sale materia al Universo

Claro que, tampoco las Ecuaciones de Campo de Einstein niega que puedan existir los Agujeros de Gusano que tanto gustan a los escritores de ciencia-ficción para viajar a otros universos. Se trata de un Agujero o Túnel hipotético en el espacio-tiempo. Las teorías cosmológicas estándar se basan en la hipotésis de que el espacio-tiempo es suave y simplemente conexo que puede dar lugar a que sea posible unir dos regiones muy distantes del espacio.

En cosmología cuántica se piensa que, a escalas del orden de 10^-35 m, el espacio tiempo tiene una estructura muy complicada y múltiplemente conexa en la que “túneles” y “asas” constituyen atajos entre puntos aparentemente distantes. En principio, agujeros de gusano aparentemente grandes podrían permitir viajar a otras partes distantes del Universo en un tiempo que, por este método, superaría al de la luz sin que se vulnerara la ley relativista.

Como los Agujeros de Gusano son objetos hipotéticos, representarlos no resulta nada fácil, toda vez que, un agujero de gusano real nos es totalmente desconocido y, para tener una imagen, lo único que podemos hacer es representar lo que suponemos que podría ser.

Este esquema quizás pueda ser la representación gráfica más conocida del Agujero de Gusano que, también, es conocida como Puente de Einstein-Rossen.

Verdaderamente, la Relatividad de Einstein y la Mecánica Cuántica de Planck y otros, nos lleva hasta un  nivel de conocimiento que, aunque no representa la luz cegadora del saber del mundo, sí que nos indica dónde pueden estar situadas las respuestas que buscamos para conocer, de una vez por todas, los enigmas de la Naturaleza.

Nuevas teorías han llegado y quieren superar a estas dos que ahora prevalecen y tienen la supremacía de la Ciencia de lo muy grande y de lo muy pequeño. Las nuevas, esas llamadas de más altas dimensiones, son tan profundas que ni se pueden comprobar, parece que se adelantaron a su tiempo. Nos hablan de 10, 11 y 26 dimensiones y, curiosamente, dentro de ésta nueva teoría, se acomoda plácidamente, una teoría cuántica de la Gravedad, tan necesaria para saber, en nuestro tiempo, que contestar a muchas preguntas planteadas.

Si finalmente, podemos descubrir el camino que nos lleve a obtener esas energías necesarias (10¹⁹ GeV), la energía de Planck que nos permita verificar la teoría de cuerdas, en ese momento, se habrá producido otra revolución de la Física, y, esta vez, será mucho más profunda que las anteriores, toda vez que nos explicará todo lo que ahora desconocemos. Una cosa importante que llama poderosamente la atención es que, cuando los físicos expertos en la Teoría de Cuerdas están desarrollando sus números, como por arte de magía, allí aparecen, sin que nadie las llame, las ecuaciones de Campo de la Relatividad General de Eisntein que subyacen dentro de esta moderna teoría. ¿Será un anuncio mde que en verdad, estamos en el buen camino?

emilio silvera

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