Incluso Albert Einstein tenía sus dudas sobre los agujeros negros

Incluso Albert Einstein tenía sus dudas sobre los agujeros negros

Hace más de un siglo, Albert Einstein sorprendió al mundo cuando explicó el universo a través de su teoría de la relatividad general. La teoría no solo describió la relación entre el espacio, el tiempo, la gravedad y la materia, sino que abrió la puerta a la posibilidad teórica de un fenómeno particularmente alucinante que eventualmente se llamaría agujeros negros.

El concepto que explica los agujeros negros era tan radical, de hecho, que el propio Einstein tenía fuertes recelos. Concluyó en un artículo de 1939 en el Anales de Matemáticas que la idea "no era convincente" y los fenómenos no existían "en el mundo real".

Sin embargo, la revelación de la primera imagen de un agujero negro realizada por el Event Horizon Telescope en abril de 2019 no solo confirmó la teoría original de Einstein, sino que también proporcionó una prueba indiscutible de que los monstruos gravitacionales son, de hecho, reales.

La teoría del espacio-tiempo

Como lo describió el físico estadounidense John A. Wheeler, la relatividad general gobierna la naturaleza del espacio-tiempo, particularmente cómo reacciona en presencia de materia: “la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse, y el espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse. "

Imagínese una lámina de goma plana (espacio-tiempo) suspendida sobre el suelo. Coloque una bola de boliche en el medio de la sábana (materia) y la sábana se distorsionará alrededor de la masa, doblándose hasta la mitad del piso— esto es materia que le dice al espacio-tiempo cómo curvarse. Ahora haga rodar una canica (materia) alrededor de la lámina de goma (espacio-tiempo) y la trayectoria de la canica cambiará, siendo desviada por la lámina deformada. esto es decir espacio-tiempo importa cómo moverse. La materia y el espacio-tiempo están inextricablemente vinculados y la gravedad media en su interacción.

Ahora, coloque una singularidad, un punto teórico de densidad infinita, en la hoja, ¿qué pasaría con el espacio-tiempo? Fue el físico teórico alemán Karl Schwarzschild, no Einstein, quien utilizó la relatividad general para describir esta situación hipotética, una situación que se convertiría en la prueba más extrema de la relatividad general.

En un cierto umbral, Schwarzschild descubrió que la singularidad hipotética atravesaría literalmente el espacio-tiempo. En matemáticas, las singularidades son soluciones numéricas interesantes, pero en ese momento se pensaba que las singularidades astrofísicas eran una abominación; no había ningún mecanismo conocido que pudiera producirlas.

Schwarzschild, sin embargo, persistió hasta su muerte en 1916, dándose cuenta de que una singularidad astrofísica deformaría el espacio-tiempo tan severamente que incluso la luz no sería lo suficientemente rápida para salir del agujero espacio-tiempo que crearía la singularidad. El punto de no retorno, una región esférica que rodea la singularidad, se conocería como el "horizonte de eventos".

La física conocida se rompe más allá del horizonte de sucesos y, como no puede escapar ninguna información, no podemos tener experiencia en cuanto a lo que hay dentro. Aunque se trataba de un concepto interesante, no se conocía ningún mecanismo que pudiera crear una singularidad en la naturaleza, por lo que la idea se pasó por alto en gran medida.

Nacen el concepto de agujeros negros

Eso fue hasta 1935, cuando el astrofísico indio Subrahmanyan Chandrasekhar se dio cuenta de que, si una estrella masiva se quedaba sin combustible, la pura presión gravitacional de esa masa se concentraría en un punto, haciendo que el espacio-tiempo colapsara sobre sí mismo. Chandrasekhar había cerrado la brecha entre la curiosidad matemática y una posibilidad científica, sembrando la teoría detrás de la formación de una singularidad real con consecuencias extremas para el tejido del espacio-tiempo.

Incluso con las contribuciones de Chandrasekhar a la comprensión moderna de la naturaleza de los agujeros negros, se suponía que las singularidades astrofísicas eran, en el mejor de los casos, extremadamente raras. Se mantuvo así hasta la década de 1960, cuando los físicos teóricos británicos Stephen Hawking y Roger Penrose demostraron que, lejos de ser raras, las singularidades eran parte del ecosistema cósmico y son parte de la evolución natural de las estrellas masivas después de que se les acaba el combustible. y muere.

Y no fue hasta 1967, 12 años después de la muerte de Einstein en 1955, que estas singularidades astrofísicas se conocieron como "agujeros negros", un término acuñado por el físico estadounidense John A. Wheeler durante una conferencia en Nueva York para describir el sombrío destino de una estrella masiva después de que se queda sin combustible y colapsa sobre sí misma.

El agujero negro “nos enseña que el espacio se puede arrugar como un trozo de papel en un punto infinitesimal, que el tiempo se puede extinguir como una llama apagada y que las leyes de la física que consideramos 'sagradas', inmutables, son todo lo contrario ”, escribió Wheeler en su autobiografía de 1999.

Gracias a los astrónomos e informáticos que trabajaron con el Event Horizon Telescope (EHT), una red de ocho telescopios conectados, la humanidad finalmente pudo visualizar estos "puntos infinitesimales". Aunque Einstein no estaba vivo para ver evidencia de agujeros negros, el resultado de singularidades reales sobre las que tenía dudas, su teoría de la relatividad hizo posible su descubrimiento.

Y, sin duda, también se habría maravillado con la media luna fantasmal que rodea un disco oscuro casi perfecto: una prueba de que incluso las teorías más extravagantes pueden llegar a ser ciertas.

Ian O'Neill es astrofísico y escritor científico.


Cuando chocan los agujeros negros: Einstein tenía razón desde el principio

Hace cien años, Albert Einstein publicó su teoría general de la relatividad, que describía cómo la gravedad deforma y distorsiona el espacio-tiempo.

Si bien esta teoría provocó una revolución en nuestra comprensión del universo, hizo una predicción que incluso Einstein dudaba que pudiera confirmarse: la existencia de ondas gravitacionales.

Hoy, un siglo después, tenemos esa confirmación, con la detección de ondas gravitacionales por los detectores del Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser Avanzado (aLIGO).

Aquí recopilamos reacciones y análisis de algunos de los principales astrónomos y astrofísicos de todo el mundo.

Keith Riles, Universidad de Michigan

Keith Riles explica las ondas gravitacionales.

Einstein se mostró escéptico de que las ondas gravitacionales pudieran detectarse alguna vez porque las ondas predichas eran muy débiles. Einstein tenía razón al preguntarse: la señal detectada el 14 de septiembre de 2015 por los interferómetros aLIGO provocó que cada brazo de cada detector en forma de L cambiara en solo 2 mil millonésimas de mil millonésimas de metro, aproximadamente 400 veces más pequeño que el radio de un protón.

Puede parecer inconcebible medir cambios tan pequeños, especialmente con un aparato gigante como aLIGO. Pero el secreto está en los láseres (la verdadera "L" en LIGO) que se proyectan en cada brazo.

Oportunamente, el propio Einstein ayudó indirectamente a hacer que esos láseres sucedieran, primero explicando el efecto fotoeléctrico en términos de fotones (por los que ganó el Premio Nobel), y segundo, creando (junto con Bose) la base teórica de los láseres, que crean haces de fotones, todos con la misma frecuencia y dirección.

En los brazos de aLIGO hay casi un billón de billones de fotones por segundo incidiendo en los espejos, todos detectando las posiciones precisas de los espejos del interferómetro. Es esta percepción colectiva y coherente la que permite determinar que un espejo se ha movido en una dirección, mientras que un espejo del otro brazo se ha movido en una dirección diferente. Este movimiento diferencial distintivo es lo que caracteriza a una onda gravitacional, una deformación diferencial momentánea del propio espacio.

Al operar normalmente aLIGO en un modo de cancelación casi perfecta de la luz que regresa de los dos brazos (interferencia destructiva), los científicos pueden detectar el paso de una onda gravitacional buscando un brillo momentáneo del haz de salida.

El patrón particular de brillo observado el 14 de septiembre concuerda notablemente bien con lo que predice la Teoría de la Relatividad General de Einstein para dos agujeros negros masivos en los momentos finales de una espiral de muerte. Oportunamente, la teoría de los fotones de Einstein ha ayudado a verificar la teoría de la gravedad de Einstein, un siglo después de su creación.

Amanda Weltman, Universidad de Ciudad del Cabo

Los resultados están aquí y son impresionantes. Hace casi exactamente 100 años, Einstein publicó "Die Feldgleichungen der Gravitation" en el que expuso una nueva teoría de la gravedad, su Teoría general de la relatividad. Einstein no solo mejoró a su predecesor, Newton, al explicar la inesperada órbita del planeta Mercurio, sino que fue más allá y presentó un conjunto de predicciones que han sacudido los cimientos mismos de nuestra comprensión del universo y nuestro lugar en él. Estas predicciones incluyen la curvatura de la luz que conduce a objetos con lentes en el cielo, la existencia de agujeros negros de los que no puede escapar la luz, así como todo el marco para nuestra comprensión moderna de la cosmología.

Hasta ahora, todas las predicciones de Einstein han demostrado ser ciertas, y hoy, la predicción final se ha detectado directamente, la de las ondas gravitacionales, las ondas más pequeñas a través del espacio, la energía irradiada por dos cuerpos celestes masivos en espiral entre sí. Este es el descubrimiento del siglo, y quizás sea poético que uno de los lugares donde se anuncia sea Pisa, el mismo lugar donde, según la leyenda, hace 500 años, Galileo dejó caer dos objetos masivos para probar cómo reacciona la materia a la gravedad. .

Mientras nos bañamos en la gloria de este momento, es apropiado preguntarse, ¿qué sigue para la astronomía y la física y quién provocará la próxima revolución? El descubrimiento de hoy se convertirá en la historia del mañana. Advanced LIGO trae una nueva forma de probar la gravedad, de explicar el universo, pero también trae el fin de una especie de era. Es hora de la próxima frontera, con el proyecto Square Kilometer Array finalmente en marcha en África y Australia, el Sur global y, de hecho, África misma está lista para proporcionar el próximo pulso de la investigación de la gravedad.

Stephen Smartt, Universidad Queen's de Belfast

Este notable descubrimiento de ondas gravitacionales no solo es un avance extraordinario en la física, sino que es un destello muy sorprendente de un sistema binario de agujeros negros masivos, es decir, dos agujeros negros que se fusionan.

Los agujeros negros son objetos oscuros con una masa superior a la posible para las estrellas de neutrones, que son un tipo de estrellas muy compactas y mdashabitan alrededor de 10 km de diámetro y pesan hasta dos masas solares. Para imaginar este tipo de densidad, piense en toda la población humana exprimida en una cuchara de té. Los agujeros negros son incluso más extremos que eso. Conocemos las estrellas de neutrones binarios desde hace años y se esperaba que la primera detección de ondas gravitacionales fuera la colisión de dos estrellas de neutrones.

Lo que sabemos hasta ahora sobre los pares de agujeros negros proviene del estudio de las estrellas que orbitan alrededor de ellos. Estos sistemas binarios suelen tener agujeros negros con masas de cinco a 20 veces la del sol. Pero LIGO ha visto dos agujeros negros con aproximadamente 30 veces la masa del sol en un sistema binario que finalmente se ha fusionado. Esto es notable por varias razones. Es la primera detección de dos agujeros negros fusionados, se encuentra a una distancia mucho mayor de la que esperaba LIGO para encontrar fuentes, y la masa total en el sistema también es mucho mayor de lo esperado.

Esto plantea preguntas interesantes sobre las estrellas que podrían haber producido este sistema. Sabemos que las estrellas masivas mueren en supernovas, y la mayoría de estas supernovas (probablemente al menos el 60%) producen estrellas de neutrones. Las estrellas más masivas tienen núcleos muy grandes que colapsan y son demasiado masivas para ser estrellas de neutrones estables, por lo que colapsan hasta llegar a agujeros negros.

Pero un sistema binario con dos agujeros negros de alrededor de 30 masas solares es desconcertante. Sabemos de sistemas estelares binarios masivos en nuestra propia galaxias y en las cercanas, y tienen masas iniciales muy superiores a los 100 soles. Pero los vemos perder masa a través de una enorme presión de radiación y se predice, y a menudo se observa, que terminarán sus vidas con masas mucho más pequeñas, típicamente unas 10 veces la del sol.

Si el objeto LIGO es un par de 30 agujeros negros de masa solar, entonces las estrellas que lo formaron deben haber sido al menos igual de masivas. Los astrónomos se preguntarán cómo pueden las estrellas masivas acabar con sus vidas tan grandes y cómo pueden crear agujeros negros tan masivos. Además del descubrimiento de las ondas gravitacionales, este notable resultado afectará al resto de la astronomía durante algún tiempo.

Alan Duffy, Universidad de Swinburne

La detección de ondas gravitacionales es la confirmación de la predicción final de Albert Einstein y pone fin a una búsqueda de un siglo de algo que incluso él creía que quedaría sin probar para siempre.

Este descubrimiento marca no el final, sino el comienzo, de una era en la que exploramos el universo que nos rodea con un sentido fundamentalmente nuevo. El tacto, el olfato, la vista y el sonido utilizan ondas en un campo electromagnético, al que llamamos luz, pero ahora podemos hacer uso de ondas en el campo de fondo del propio espacio-tiempo para "ver" nuestro entorno. Por eso este descubrimiento es tan emocionante.

El Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser Avanzado (aLIGO) midió el pequeño estiramiento del espacio-tiempo por los agujeros negros en colisión distantes, dándoles una vista única de los objetos más extremos en la relatividad general.

El "sonido" exacto del espacio-tiempo cuando las ondas pasan a través del detector prueba esta teoría y nuestra comprensión de la gravedad de una manera que ningún otro experimento puede hacerlo.

Incluso podemos sondear la forma en que las galaxias crecen y chocan al tratar de medir las ondas gravitacionales de las colisiones aún más grandes de agujeros negros supermasivos cuando las galaxias en las que están contenidas chocan.

Australia en particular es una nación líder en esta búsqueda, utilizando púlsares distantes como regla en el telescopio Parkes.

Tara Murphy, Universidad de Sydney

Además de los agujeros negros binarios, aLIGO detectará ondas gravitacionales de otros eventos como la colisión de estrellas de neutrones, que son los densos remanentes que quedan cuando una estrella masiva colapsa.

Los astrónomos piensan que la colisión de dos estrellas de neutrones puede desencadenar un estallido de rayos gamma, que podemos detectar con telescopios "normales".

Simulación de colisión de estrellas de neutrones. Crédito: NASA

En Australia, hemos estado utilizando Murchison Widefield Array y Australian Square Kilometer Array Pathfinder) para hacer un seguimiento de los candidatos a LIGO.

aLIGO es un instrumento increíblemente sensible pero tiene muy poca capacidad para determinar de dónde vienen las ondas gravitacionales. Nuestros radiotelescopios pueden escanear grandes áreas del cielo con extrema rapidez, por lo que pueden desempeñar un papel fundamental en la identificación del evento.

Este proyecto ha sido como ningún otro en el que he trabajado. Cuando aLIGO identifica a un candidato, envía una alerta privada a una red internacional de astrónomos. Respondemos lo más rápido posible con nuestros telescopios, escaneando la región en la que se cree que ocurrió el evento, para ver si podemos detectar alguna radiación electromagnética.

Todo se mantiene en alto secreto e incluso las otras personas que usan nuestros telescopios no pueden saber hacia dónde los estamos apuntando.

Para asegurarse de que su complejo proceso de procesamiento funcionara correctamente, alguien del equipo de aLIGO insertó eventos falsos en el proceso. Nadie en el equipo, o los que estábamos haciendo el seguimiento, teníamos idea de si lo que estábamos respondiendo era real o uno de estos eventos falsos.

Realmente estamos en una era de gran ciencia. Este increíble resultado ha sido el trabajo no solo de cientos de investigadores e ingenieros de aLIGO, sino de cientos de astrónomos más que colaboran en todo el mundo. Estamos esperando ansiosamente la próxima carrera de observación de aLIGO, para ver qué más podemos encontrar.

Tamara Davis, Universidad de Queensland

Rara vez se ha anticipado un descubrimiento con tanta impaciencia.

Cuando era un estudiante universitario, hace casi 20 años, recuerdo que un profesor de física nos contó sobre los experimentos que intentaban detectar ondas gravitacionales. Parecía que el descubrimiento era inminente y era uno de los descubrimientos más emocionantes que se podrían hacer en física.

La masa y la energía que deforman el tejido del espacio es una de las piezas de la relatividad general que más captura la imaginación. Sin embargo, si bien tiene un enorme poder explicativo, la realidad de esa curvatura es difícil de comprender o confirmar.

Durante los últimos meses he tenido que sentarme en silencio y observar cómo los colegas seguían la señal de la onda gravitacional potencial. Esta es la única vez en mi carrera científica que no se me permitió hablar sobre un descubrimiento científico en progreso.

Pero eso se debe a que es un descubrimiento tan grande que teníamos que estar absolutamente seguros antes de anunciarlo, para no correr el riesgo de "llorar como un lobo".

Había que hacer hasta el último control y, por supuesto, no sabíamos si era una señal real o una señal inyectada por los experimentadores para mantenernos alerta, probar el análisis y el seguimiento.

Trabajo con un proyecto llamado Dark Energy Survey, y con nuestra enorme cámara de campo amplio de 500 millones de píxeles en un telescopio de cuatro metros en Chile, mis colegas tomaron imágenes tratando de encontrar la fuente de las ondas gravitacionales.

El campo amplio es importante, porque los detectores de ondas gravitacionales no son muy buenos para señalar la ubicación exacta de la fuente.

Desafortunadamente, si se tratara de una fusión de agujeros negros, no esperaríamos ver ninguna luz visible.

Sin embargo, ahora que estamos en la era de la detección de ondas gravitacionales, podremos volver a intentarlo con la siguiente.

Maria Womack, Universidad del Sur de Florida

Este es un cambio trascendental para la astronomía. La astronomía de ondas gravitacionales ahora puede realmente comenzar, abriendo una nueva ventana al universo. Los telescopios normales recogen luz en diferentes longitudes de onda, como rayos X, ultravioleta, visible, infrarrojo y radio, denominados colectivamente radiación electromagnética (EM). Las ondas gravitacionales se emiten a partir de una masa acelerada de forma análoga a la forma en que las ondas electromagnéticas se emiten a partir de una carga acelerada, ambas son emitidas por la materia en aceleración.

Los objetos más masivos con las mayores aceleraciones serán los primeros eventos detectados. Por ejemplo, Advanced LIGO, financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU., Puede detectar agujeros negros binarios en órbitas rápidas y estrechas. Los GW llevan energía del par en órbita, lo que a su vez hace que los agujeros negros reduzcan su órbita y se aceleren aún más, hasta que se fusionen en un evento violento, que ahora es detectable en la Tierra como un "chirrido" silbante.

Un ejemplo de señal de una fuente de ondas gravitacionales inspirada. A. Stuver / LIGO, CC BY-ND

El cielo de ondas gravitacionales está completamente inexplorado y se dibujarán nuevos mapas que cambiarán la forma en que pensamos del universo. Se podrían detectar GW provenientes de cuerdas cósmicas, hipotéticos defectos en la curvatura del espacio-tiempo.También se utilizarán para estudiar qué hace que algunas estrellas masivas exploten en supernovas y qué tan rápido se expande el universo. Además, GW y las técnicas tradicionales de observación telescópica se pueden combinar para explorar cuestiones importantes, como si el gravitón, la supuesta partícula que transmite la gravedad, tiene realmente masa. Si no tienen masa, llegarán al mismo tiempo que los fotones de un evento fuerte. Si los gravitones tienen incluso una masa pequeña, llegarán en segundo lugar.

Daniel Kennefick, Universidad de Arkansas

Hace casi 100 años, en febrero de 1916, Einstein mencionó por primera vez las ondas gravitacionales por escrito. Irónicamente, era para decir que pensaba que no existían. A los pocos meses cambió de opinión y en 1918 había publicado la base de nuestra teoría moderna de ondas gravitacionales, adecuada para describirlas a medida que pasan por la Tierra. Sin embargo, su cálculo no se aplica a sistemas que gravitan fuertemente como un agujero negro binario.

No fue hasta 1936 que Einstein volvió al problema, y ​​finalmente publicó una de las primeras soluciones exactas que describen las ondas gravitacionales. Pero algunos de sus antiguos asistentes llevaron su actitud escéptica original al renacimiento de la relatividad general en la posguerra. En la década de 1950, se expresaron dudas sobre si las ondas gravitacionales podrían transportar energía y si los sistemas estelares binarios podrían incluso generarlas.

Una forma de resolver estas disputas fue realizar cálculos minuciosos que mostraran cómo la emisión de ondas gravitacionales afectaba el movimiento del sistema binario. Esto resultó ser un desafío abrumador. Los cálculos no solo fueron largos y tediosos, sino que los teóricos descubrieron que necesitaban una comprensión mucho más sofisticada de la estructura del espacio-tiempo en sí. Los principales avances incluyeron la imagen detallada de la estructura asintótica del espacio-tiempo y la introducción del concepto de expansiones asintóticas emparejadas. Antes de avances como estos, muchos cálculos obtuvieron resultados contradictorios. ¡Algunos teóricos incluso obtuvieron respuestas de que el sistema binario debería ganar, no perder, energía como resultado de la emisión de ondas gravitacionales!

Si bien el trabajo de la década de 1960 convenció a los teóricos de que los sistemas estelares binarios emitían ondas gravitacionales, persistió el debate sobre si la fórmula de Einstein de 1918, conocida como fórmula cuadripolo, predijo correctamente la cantidad de energía que irradiarían. Esta controversia se prolongó hasta principios de la década de 1980 y coincidió con el descubrimiento del púlsar binario, que era un sistema de la vida real cuya órbita decaía de acuerdo con las predicciones de la fórmula de Einstein.

En la década de 1990, con los inicios de LIGO, el enfoque de los teóricos cambió a proporcionar correcciones aún más detalladas a fórmulas como estas. Los investigadores utilizan descripciones de la señal esperada como plantillas que facilitan la extracción de la señal de los datos ruidosos de LIGO. Dado que nunca antes se habían visto señales de ondas gravitacionales, los teóricos se encontraron inusualmente relevantes para el proyecto de detección y solo ellos podían proporcionar tales plantillas de análisis de datos.

David Parkinson, Universidad de Queensland

Las ondas gravitacionales se pueden utilizar para proporcionar una sonda directa del universo primitivo. Cuanto más lejos miramos, más atrás en el tiempo podemos ver. Pero hay un límite en cuanto a la distancia que podemos ver, ya que el universo era inicialmente un plasma opaco y se mantuvo así incluso hasta 300.000 años después del Big Bang.

Esta superficie, desde la cual se emite el fondo cósmico de microondas, representa lo más alejado que cualquier medición de radiación electromagnética puede investigar directamente.

Pero este plasma no es impedimento para las ondas gravitacionales, que no serán absorbidas por ninguna materia intermedia, sino que nos llegarán directamente. Se predice que las ondas gravitacionales serán generadas por varios mecanismos diferentes en el universo temprano.

Por ejemplo, la teoría de la inflación cósmica, que sugiere un período de expansión acelerada momentos después del Big Bang, continúa prediciendo no solo la creación de toda la estructura que vemos en el universo, sino también un espectro de ondas gravitacionales primordiales.

Son estas ondas gravitacionales primordiales las que el experimento BICEP2 creía haber detectado en marzo de 2014.

BICEP2 midió el patrón de polarización del fondo cósmico de microondas e informó una fuerte detección de la huella de ondas gravitacionales primordiales. Estos resultados resultaron ser de hecho contaminación por polvo galáctico y no ondas gravitacionales primordiales.

Pero hay muchas razones para creer que los experimentos futuros pueden detectar estas ondas gravitacionales primordiales, ya sea directa o indirectamente, y así proporcionar una forma nueva y complementaria de comprender la física del Big Bang.

Este artículo se publicó originalmente en The Conversation. Lea el artículo original.


¿Einstein rechazó prematuramente el universo de Gödel?

Artista & # 8217s impresión del viaje en el tiempo. Matemáticamente, algunas formas de viaje en el tiempo son lógicamente autoconsistentes. (Imagen: Andrey_l / Shutterstock)

Curiosamente, Einstein apoyó y promovió públicamente el ensayo de Gödel a tiempo. Lo aclamó como, & # 8216 una importante contribución a la teoría general de la relatividad & # 8217 y & # 8216 especialmente al concepto de tiempo & # 8217.

No todo el viaje en el tiempo es ilógico

Gödel esperaba que la inconsistencia lógica que había encontrado en la teoría de la relatividad general nos obligara a revisar, y quizás a revisar radicalmente, nuestro concepto de tiempo.

Einstein y Gödel estuvieron de acuerdo con las preguntas planteadas por el ensayo de Gödel. En particular, ambos reconocieron y acordaron que la existencia de curvas temporales cerradas haría imposible distinguir el pasado del futuro. También estuvieron de acuerdo en que la falta de una dirección de causalidad bien definida en tal sistema podría conducir a paradojas y, a menudo, a tonterías ilógicas.

Sin embargo, esto no significa que todos los tipos de viajes en el tiempo sean problemáticos. En algunos casos, no lo son. Algunos tipos de viajes en el tiempo son lógicamente coherentes.

Tomemos el ejemplo de un par de gemelos. Un gemelo viaja por el espacio casi a la velocidad de la luz y regresa a la Tierra. Para el gemelo en movimiento, solo pasaron unos pocos años durante el viaje. Pero en la Tierra, y para el gemelo estacionario, se había desarrollado un siglo completo de tiempo e historia.

Al moverse casi a la velocidad de la luz, el gemelo en movimiento viajó no solo a través del espacio, sino también a través del tiempo y hacia el futuro. No hay problemas lógicos con esto. En principio, si puede moverse lo suficientemente rápido, puede avanzar arbitrariamente hacia el futuro. Mil años. Un millón de años. Mil millones de años. O más.

La paradoja del abuelo

Los serios problemas lógicos comienzan a aparecer con los viajes en el tiempo hacia atrás. La ilustración más famosa de este tipo de problemas se conoce como la "paradoja del abuelo".

Explicación de la paradoja del abuelo usando una bola de billar. La bola original entra en la máquina del tiempo, luego emerge del futuro y golpea la bola original, impidiendo que entre en la máquina del tiempo. Entonces, la paradoja es que si la bola original nunca entró en la máquina del tiempo, ¿cómo surgió del futuro para desviar su camino? (Imagen: BrightRoundCircle / CC BY-SA 4.0)

Imagina que sigues una curva temporal cerrada hasta un punto en el pasado. En este punto, te encuentras con tu propio abuelo y lo matas cuando aún es un niño. Como consecuencia de estas acciones, su abuelo nunca crece. Nunca conoce a tu abuela y nunca tiene hijos ni nietos. Esto significa que nunca naciste. Por lo tanto, nunca existes, y eso significa que nunca viajas hacia atrás en el tiempo para matar a tu abuelo.

Entonces, como nunca lo mataron, su abuelo sobrevive para conocer a su abuela, y tienen hijos y nietos juntos. Entonces, una vez más, existes. Y luego viajas en el tiempo para matar a tu abuelo.

El viaje en el tiempo hacia atrás hace que sea imposible que exista una línea de tiempo autoconsistente.

Esta es una transcripción de la serie de videos En qué se equivocó Einstein. Míralo ahora, Wondrium.

La paradoja del abuelo ha sido un elemento básico de la ciencia ficción desde la década de 1930. Además de producir una narración muy entretenida, también sirve para ilustrar los peligros lógicos que pueden surgir con los viajes en el tiempo sin restricciones.

Cualquier sistema en el que sea posible cambiar el pasado adolece de este tipo de problemas, lo que significa que cualquier sistema que contenga curvas cerradas en forma de tiempo seguramente conducirá a un sinsentido paradójico.

También debe tener en cuenta que esta conclusión no solo se aplica a personas u otros seres vivos que puedan viajar en el tiempo. Un electrón, por ejemplo, podría viajar a través de una curva temporal cerrada solo para evitar que llegue a existir. En términos bastante generales, la existencia de curvas cerradas en forma de tiempo parece romper la coherencia propia muy lógica de un universo.

Por estas y otras razones, Einstein dudaba de que el resultado de Gödel pudiera tener algún significado físico real u otras implicaciones físicas. No dudaba de que las matemáticas de Gödel eran correctas porque eran perfectas. Sin embargo, Einstein no pensaba que todas las soluciones matemáticamente válidas a las ecuaciones de la relatividad general fueran necesariamente soluciones físicamente válidas.

Einstein descartó prematuramente muchas soluciones válidas

Hay varios casos en los que Einstein aplicó su intuición para decidir si una solución dada a sus ecuaciones de campo era o no físicamente significativa.

Tomemos los agujeros negros, por ejemplo. Los agujeros negros se describen mediante una solución válida a las ecuaciones de campo, identificadas por primera vez en 1915. Einstein se había negado a creer que objetos como estos pudieran formarse alguna vez. Solo mucho después de la muerte de Einstein, ¿empezaron los astrónomos a descubrir verdaderos agujeros negros en nuestro universo?

Albert Einstein dando una conferencia en Viena en 1921. Einstein había descartado varias soluciones a sus ecuaciones de campo, solo para demostrar que estaban equivocadas más tarde. (Imagen: F Schmutzer / Dominio público)

Ahora sabemos que las estrellas muy masivas se convierten inevitablemente en agujeros negros, y los agujeros negros supermasivos ocupan los centros de la mayoría de las galaxias. Sin embargo, durante toda su vida, Einstein se negó a creer que tales objetos fueran, de hecho, físicamente posibles.

Otro ejemplo sería la expansión del universo. Hasta que Edwin Hubble demostró que estaba equivocado, Einstein rechazó la posibilidad de que el universo pudiera expandirse o contraerse. En cambio, su intuición lo llevó a insistir en que el universo debe ser estático.

Cuando tomamos en cuenta ejemplos como estos, vemos que Einstein tenía un registro lejos de ser perfecto cuando se trataba de decidir qué soluciones a sus ecuaciones de campo eran físicamente reales y cuáles no.

Esto nos lleva de nuevo a la cuestión que nos ocupa. ¿Estuvo Einstein en lo cierto al rechazar el significado físico del universo de Gödel? ¿Y qué nos dice el trabajo de Gödel sobre la relatividad general, si es que nos dice algo? ¿O sobre la naturaleza del tiempo mismo?

En ese momento, probablemente era imposible saber si Einstein tenía razón al ignorar cualquier significado físico de la solución cosmológica de Gödel. A lo largo de su vida, Einstein a menudo desempeñó el papel de escéptico, y esta no fue la excepción. El ensayo de Gödel sobre el tiempo había identificado lo que parecía ser un aspecto muy sorprendente de la relatividad general, pero cuando se enfrentó a estas sorprendentes consecuencias, los instintos de Einstein le dijeron que este resultado probablemente no importaba realmente.

Einstein tenía buenas razones para apoyar esta elección. La solución de Gödel a las ecuaciones de campo no describe el universo en el que realmente vivimos. El universo de Gödel no se está expandiendo, mientras que el nuestro definitivamente sí. Además, no hay evidencia de que nuestro universo esté girando de la misma manera que el de Gödel. Entonces, el universo en el que vivimos es claramente muy diferente al descrito por la solución de Gödel.

Entonces, alguien con la perspectiva de Einstein podría reconocer simultáneamente que el universo de Gödel parece tener algunas inconsistencias lógicas, pero al mismo tiempo, podría argumentar que nuestro universo, el universo real, no necesariamente sufre ninguno de estos problemas. Tal vez nuestro universo no contenga curvas temporales cerradas.

Si no hay curvas temporales cerradas en nuestro universo, entonces quizás tampoco haya ningún problema subyacente con el tiempo, al menos no con la forma en que el tiempo parece existir en nuestro mundo.

Sin embargo, en mi opinión, aquí es donde Einstein se equivocó. O al menos donde parece haber llegado a estas conclusiones prematuramente.

Cuando Gödel señaló que podrían existir curvas cerradas en forma de tiempo, incluso en un universo hipotético, esto nos dio una buena y profunda razón para preocuparnos por la consistencia de la propia relatividad general. Aunque en realidad no vivimos en un universo como el descrito por la solución de Gödel, no está claro que nuestro universo esté completamente a salvo de los tipos de inconsistencias lógicas que podrían estar asociadas con la existencia de curvas cerradas en forma de tiempo.

Preguntas frecuentes sobre el universo de Kurt Gödel

El viaje en el tiempo no es posible, a partir de ahora. Sin embargo, matemáticamente, si uno puede moverse a la velocidad de la luz o más rápido, puede moverse arbitrariamente hacia el futuro. En el caso del viaje en el tiempo hacia atrás, comienzan a aparecer serios problemas lógicos, incluso en un sistema matemático.

La paradoja del abuelo es el ejemplo más famoso de los tipos de problemas que se presentan con los viajes en el tiempo hacia atrás. Esta forma de paradoja del tiempo se ha escrito en historias de ciencia ficción ya en la década de 1930. Entonces, no sabemos quién fue el primero en crear la paradoja del abuelo, pero uno de los primeros ejemplos se puede encontrar en una carta a la revista estadounidense de ciencia ficción Amazing Stories.

Una curva cerrada en forma de tiempo es esencialmente un camino a través del espacio y el tiempo que hace posible que alguien esté presente en algún evento y luego viaje a través del espacio solo para luego encontrar el mismo evento nuevamente. Aquí el mismo evento no es una repetición del evento original. Es el evento original. El observador simplemente ha seguido un camino a través de su universo que los ha llevado del futuro al pasado.

En un sentido matemático, ciertas formas de viaje en el tiempo son completamente lógicamente autoconsistentes. Sin embargo, en el caso del viaje en el tiempo hacia atrás, aparecen una serie de paradojas en el tiempo. Una de las ilustraciones más famosas de esta paradoja temporal es la paradoja del abuelo. El resultado de tal paradoja del tiempo es que no hay posibilidad de una línea de tiempo autoconsistente.


En el artículo de relatividad especial, en 1905, Einstein señaló que, dada una definición específica de la palabra "fuerza" (una definición que luego acordó que no era ventajosa), y si optamos por mantener (por convención) la ecuación masa x aceleración = fuerza, entonces se llega a m / (1 - v 2 / c 2) < displaystyle scriptstyle m / (1-v ^ <2> / c ^ <2>)> como la expresión de la masa transversal de un partícula de movimiento rápido. Esto difiere de la expresión aceptada hoy en día, porque, como se señala en las notas al pie del artículo de Einstein agregadas en la reimpresión de 1913, "es más apropiado definir la fuerza de tal manera que las leyes de la energía y el momento asuman la forma más simple". , como lo hizo, por ejemplo, Max Planck en 1906, quien dio la expresión ahora familiar m / 1 - v 2 / c 2 < displaystyle scriptstyle m / < sqrt <1-v ^ <2> / c ^ <2> >>> para la masa transversal.

Como señala Miller, esto es equivalente a las predicciones de masa transversal de Einstein y Lorentz. Einstein ya había comentado en el artículo de 1905 que "Con una definición diferente de fuerza y ​​aceleración, naturalmente deberíamos obtener otras expresiones para las masas. Esto muestra que al comparar diferentes teorías, debemos proceder con mucha cautela". [1]

Einstein publicó (en 1922) una teoría cualitativa de la superconductividad basada en la vaga idea de electrones compartidos en órbitas. Este artículo es anterior a la mecánica cuántica moderna y hoy en día se considera incorrecto. La teoría actual de la superconductividad a baja temperatura no se elaboró ​​hasta 1957, treinta años después del establecimiento de la mecánica cuántica moderna. Sin embargo, incluso hoy en día, la superconductividad no se comprende bien y se siguen presentando teorías alternativas, especialmente para dar cuenta de los superconductores de alta temperatura. [ cita necesaria ]

Einstein negó varias veces que se pudieran formar agujeros negros. [ cita necesaria ] En 1939 publicó un artículo que argumenta que una estrella que colapsa giraría cada vez más rápido, girando a la velocidad de la luz con energía infinita mucho antes del punto en el que está a punto de colapsar en una singularidad de Schwarzchild, o agujero negro.

El resultado esencial de esta investigación es una clara comprensión de por qué las "singularidades de Schwarzschild" no existen en la realidad física. Aunque la teoría dada aquí trata solo a los grupos cuyas partículas se mueven a lo largo de trayectorias circulares, no parece estar sujeta a dudas razonables de que los casos más generales tendrán resultados análogos. La "singularidad de Schwarzschild" no aparece por el hecho de que la materia no pueda concentrarse arbitrariamente. Y esto se debe al hecho de que de lo contrario las partículas constituyentes alcanzarían la velocidad de la luz. [2]

Este artículo no recibió citas y se entiende bien que las conclusiones son incorrectas. [ cita necesaria ] El propio argumento de Einstein solo muestra que los objetos giratorios estables tienen que girar cada vez más rápido para mantenerse estables antes del punto en el que colapsan. Pero hoy en día se comprende bien (y algunos incluso entonces) que el colapso no puede ocurrir a través de estados estacionarios como Einstein imaginó. Sin embargo, no está claro hasta qué punto los modelos de agujeros negros de la relatividad general clásica corresponden a la realidad física y, en particular, aún no se comprenden las implicaciones de la singularidad central implícita en estos modelos.

Estrechamente relacionado con su rechazo de los agujeros negros, Einstein creía que la exclusión de singularidades podría restringir la clase de soluciones de las ecuaciones de campo para forzar soluciones compatibles con la mecánica cuántica, pero nunca se ha encontrado tal teoría. [ cita necesaria ]

En los primeros días de la mecánica cuántica, Einstein intentó demostrar que el principio de incertidumbre no era válido. En 1927 ya estaba convencido de su utilidad, pero siempre se opuso. [ cita necesaria ]

En el artículo de EPR, Einstein argumentó que la mecánica cuántica no puede ser una representación local y realista completa de los fenómenos, dadas las definiciones específicas de "realismo", "localidad" y "completitud". El consenso moderno es que el concepto de realismo de Einstein es demasiado restrictivo. [ cita necesaria ]

El mismo Einstein consideró la introducción del término cosmológico en su artículo de 1917 sobre la fundación de la cosmología como un "error". [3] La teoría de la relatividad general predijo un universo en expansión o contracción, pero Einstein quería un universo que fuera una esfera tridimensional inmutable, como la superficie de una bola tridimensional en cuatro dimensiones.

Quería esto por razones filosóficas, para incorporar el principio de Mach de una manera razonable. Estabilizó su solución introduciendo una constante cosmológica, y cuando se demostró que el universo se estaba expandiendo, se retractó de la constante como un error. En realidad, esto no es un gran error: la constante cosmológica es necesaria dentro de la relatividad general tal como se la entiende actualmente, y se cree que tiene un valor distinto de cero en la actualidad.

Einstein no apreció de inmediato el valor de la formulación tetradimensional de la relatividad especial de Minkowski, aunque en unos pocos años la había adoptado dentro de su teoría de la gravitación. [ cita necesaria ]

Al encontrarlo demasiado formal, Einstein creía que la mecánica matricial de Heisenberg era incorrecta. Cambió de opinión cuando Schrödinger y otros demostraron que la formulación en términos de la ecuación de Schrödinger, basada en la dualidad onda-partícula, era equivalente a las matrices de Heisenberg. [ cita necesaria ]

Einstein pasó muchos años persiguiendo una teoría de campo unificado y publicó muchos artículos sobre el tema, sin éxito.


El hombre que le dijo no a Einstein

Se necesita un hombre valiente para rechazar un artículo científico de Albert Einstein. Pero eso es lo que hizo el físico Howard Percy Robertson en 1936, como editor de la revista Physical Review. Einstein estaba tan enfurecido que nunca volvió a publicar allí.

Si Einstein estuviera vivo hoy, podría agradecerle a Robertson, quien salvó al gran científico de retractarse de la predicción de mayor alcance de su teoría de la relatividad: la existencia de ondas gravitacionales. La primera detección directa de las ondas de Einstein & # x2019s se anunció esta semana con mucha fanfarria y celebración. Los científicos dicen que las ondas emanaron de la poderosa colisión de dos agujeros negros.

El hallazgo fue aclamado como una reivindicación, aunque Einstein era uno de los que más dudaba de su propia idea. Cambió varias veces a lo largo de los años, dijo el físico Daniel Kennefick, coautor de An Einstein Encyclopedia. La historia terminó bien, gracias a la sabiduría de Einstein para saber cuándo estar seguro, cuándo tener dudas, cuándo ignorar a sus escépticos y cuándo escucharlos y reagruparse.

La idea surgió de las teorías de la relatividad de Einstein y # x2019. Publicó su teoría especial de la relatividad en 1905, cambiando la forma en que los científicos entendían el espacio y el tiempo. Publicó la teoría general en 1915 y cambió la forma en que los científicos entendían la gravedad, redefiniéndola como el efecto de las curvas en el espacio y el tiempo.

En febrero de 1916, Einstein predijo que si el espacio y el tiempo podían tener bultos y bultos, entonces quizás esos bultos podrían moverse, dijo Kennefick. & # x201C Después de todo, podemos ver colinas y valles en movimiento en la superficie del agua que llamamos ondas, así que si la gravedad curva el espacio-tiempo, ¿por qué no podría & apostar que creara distorsiones en movimiento? & # x201D

Einstein entendió que estas ondas serían sutiles. Solo algo dramático podría emitir una señal lo suficientemente fuerte como para brindar la oportunidad de detectarlos, algo así como una fusión de agujeros negros. Pero Einstein se mostró escéptico sobre la existencia de agujeros negros, aunque otros los predijeron basándose en su teoría.

Estas dudas no significaron que Einstein fuera inseguro. Predijo audazmente que la curva del espacio produciría una curvatura visible de la luz de las estrellas alrededor del sol.

Eso llevó a los mejores astrónomos del mundo a ver por sí mismos, esperando un eclipse de sol de 1919 para hacer medible el comportamiento de la luz tenue de las estrellas de fondo. Cuando se le preguntó cómo se sentiría si la relatividad fuera refutada por el experimento del eclipse, Einstein respondió: & # x201C Entonces sentiría lástima por el querido Señor. De todos modos, la teoría es correcta. & # X201D

Einstein sabía cuándo estar seguro, dijo Kennefick. Tenía una buena intuición física y también sabía cuándo se movía en un nuevo territorio.

Así que quizás sea comprensible que en un momento decida anular su predicción de ondas gravitacionales en un artículo de revista de alto perfil. En retrospectiva, uno podría ver el rechazo de Robertson & # x2019 como un doble negativo & # x2013 como una negación de la duda de Einstein & # x2019 que sumaba un apoyo positivo a su idea original.

Einstein no lo veía de esa manera. Según relatos históricos, estaba furioso. Envió el artículo a otra revista & # x2013, la revista más oscura del Instituto Franklin en Filadelfia, no es que nada con el nombre de Einstein & # x2019s pueda ser oscuro en ese momento de la historia. Pero antes de que Einstein pudiera rechazar sus ondas gravitacionales en ese diario, Robertson lo empujó indirectamente para que volviera a cambiar de opinión.

Robertson hizo esto al familiarizarse con uno de los asistentes de Einstein & # x2019s, Leopold Infeld, dijo Kennefick. No parece que Infeld o Einstein supieran del papel de Robertson en el rechazo del artículo, ya que es tradicional que los revisores sean anónimos. Robertson le explicó a Infeld por qué pensó que Einstein tenía razón la primera vez. Eso llevó a discusiones entre Einstein e Infeld, y antes de que saliera el artículo, Einstein hizo revisiones radicales para que apoyara, en lugar de refutar, el ahora famoso pronóstico.

Quién sabe cómo se habría desarrollado la historia si Robertson hubiera dejado que Einstein publicara el artículo original de ondas anti-gravitacionales. Ciertamente ayudó tener a Einstein en el lado favorecido de las cosas cuando se trataba de la difícil tarea de la detección. El proyecto que finalmente condujo a una señal positiva costó $ 1.1 mil millones durante un período de 40 años. Llamado Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser, o LIGO, califica como el aparato más caro jamás financiado por la National Science Foundation.

El concepto de LIGO fue propuesto por el físico del MIT Rainer Weiss en 1972. El experimento tiene la forma de detectores gemelos, uno cerca de Hanford, Washington y otro cerca de Livingston, Louisiana. En cada uno, un rayo láser viaja por tuberías en forma de L, cada brazo se extiende dos millas y media. En teoría, una onda gravitacional movería espejos en los extremos de estos tubos una distancia inconcebiblemente pequeña que podría ser medida por los láseres.

El aparato pasó por dos iteraciones: una versión preliminar que subió en 2010 y una versión más avanzada que se puso en línea en septiembre de 2015. A los pocos días de comenzar a funcionar, el detector avanzado registró algo, que los físicos dicen que encaja con el descripción de la colisión de dos agujeros negros.

Los físicos dicen que pueden leer mucha información en la señal. Pudieron discernir las masas de los agujeros negros, 29 y 36 veces la masa del sol, y una distancia al evento de 1.300 millones de años luz de la Tierra.

Si detectan más colisiones, el proyecto podría dar a los científicos una medida más refinada de distancias a objetos lejanos y un mejor manejo de la escala y tasa de expansión del universo. Pueden observar otras colisiones entre objetos masivos conocidos como estrellas de neutrones y aprender sobre la naturaleza de estos objetos exóticos. Y luego está & # x2019s siempre la esperanza de que encuentren algo completamente inesperado.


El físico que le dijo que no a Albert Einstein

NUEVA YORK & # 8211 Se necesita un hombre valiente para rechazar un artículo científico de Albert Einstein. Pero eso es lo que hizo el físico Howard Percy Robertson en 1936, como editor de la revista Physical Review. Einstein estaba tan enfurecido que nunca volvió a publicar allí.

Si Einstein estuviera vivo hoy, podría agradecerle a Robertson, quien salvó al gran científico de retractarse de la predicción de mayor alcance de su teoría de la relatividad: la existencia de ondas gravitacionales. La primera detección directa de las ondas de Einstein & # 8217 se anunció la semana pasada con mucha fanfarria y celebración. Los científicos dicen que las ondas emanaron de la poderosa colisión de dos agujeros negros.

El hallazgo fue aclamado como una reivindicación, aunque Einstein era uno de los que más dudaba de su propia idea. Cambió varias veces a lo largo de los años, dijo el físico Daniel Kennefick, coautor de & # 8220An Einstein Encyclopedia & # 8221. La historia terminó bien, gracias a la sabiduría de Einstein para saber cuándo estar seguro, cuándo tener dudas. , cuándo ignorar a sus escépticos y cuándo escucharlos y reagruparse.

La idea surgió de las teorías de la relatividad de Einstein. Publicó su teoría especial de la relatividad en 1905, cambiando la forma en que los científicos entendían el espacio y el tiempo. Publicó la teoría general en 1915 y cambió la forma en que los científicos entendían la gravedad, redefiniéndola como el efecto de curvas en el espacio y el tiempo.

En febrero de 1916, Einstein predijo que si el espacio y el tiempo podían tener bultos y bultos, entonces quizás esos bultos podrían moverse, dijo Kennefick. & # 8220Después de todo, podemos ver colinas y valles en movimiento en la superficie del agua que llamamos ondas, así que si la gravedad curva el espacio-tiempo, ¿por qué no podría & # 8217t crear distorsiones en movimiento? & # 8221

Einstein entendió que estas ondas serían sutiles. Solo algo dramático podría emitir una señal lo suficientemente fuerte como para brindar la oportunidad de detectarlos, algo así como una fusión de agujeros negros. Pero Einstein se mostró escéptico sobre la existencia de agujeros negros, aunque otros los predijeron basándose en su teoría.

Estas dudas no significaban que Einstein fuera inseguro. Predijo audazmente que la curva del espacio produciría una curvatura visible de la luz de las estrellas alrededor del sol. Eso llevó a los mejores astrónomos del mundo a ver por sí mismos, esperando un eclipse de sol de 1919 para hacer medible el comportamiento de la luz tenue de las estrellas de fondo. Cuando se le preguntó cómo se sentiría si la relatividad fuera refutada por el experimento del eclipse, Einstein respondió: & # 8220Entonces sentiría lástima por el querido Señor. La teoría es correcta de todos modos. & # 8221

Einstein sabía cuándo estar seguro, dijo Kennefick. Tenía una buena intuición física y también sabía cuándo se movía en un nuevo territorio.

Por lo tanto, tal vez sea comprensible que en un momento decida anular su predicción de ondas gravitacionales en un artículo de revista de alto perfil. En retrospectiva, uno podría ver el rechazo de Robertson & # 8217 como un doble negativo: una negación de la duda de Einstein & # 8217 que sumaba un apoyo positivo a su idea original.

Einstein no lo veía de esa manera. Según relatos históricos, estaba furioso. Envió el artículo a otra revista, la revista más oscura del Instituto Franklin en Filadelfia, no es que nada con el nombre de Einstein & # 8217 en él pudiera ser oscuro en ese momento de la historia. Pero antes de que Einstein pudiera rechazar sus ondas gravitacionales en ese diario, Robertson lo empujó indirectamente para que volviera a cambiar de opinión.

Robertson hizo esto al familiarizarse con uno de los asistentes de Einstein & # 8217, Leopold Infeld, dijo Kennefick. No parece que Infeld o Einstein supieran del papel de Robertson en el rechazo del artículo, ya que es tradicional que los revisores sean anónimos. Robertson le explicó a Infeld por qué pensó que Einstein tenía razón la primera vez. Eso llevó a discusiones entre Einstein e Infeld, y antes de que saliera el artículo, Einstein hizo revisiones radicales para que apoyara en lugar de refutar el pronóstico ahora famoso.

Quién sabe cómo se habría desarrollado la historia si Robertson hubiera dejado que Einstein publicara el artículo original de ondas anti-gravitacionales. Ciertamente ayudó tener a Einstein en el lado favorecido de las cosas cuando se trataba de la difícil tarea de la detección. El proyecto que finalmente condujo a una señal positiva costó $ 1.1 mil millones durante un período de 40 años. Llamado Observatorio de Ondas Gravitacionales del Interferómetro Láser, o LIGO, califica como el aparato más caro jamás financiado por la National Science Foundation.

El concepto de LIGO fue propuesto por el físico del MIT Rainer Weiss en 1972. El experimento tiene la forma de detectores gemelos, uno cerca de Hanford, estado de Washington, y otro cerca de Livingston, Louisiana. En cada uno, un rayo láser viaja por tuberías en forma de L, cada brazo se extiende unos 4 km. En teoría, una onda gravitacional movería los espejos en los extremos de estos tubos una distancia inconcebiblemente pequeña que podría ser medida por los láseres.

El aparato pasó por dos iteraciones: una versión preliminar que subió en 2010 y una versión más avanzada que se puso en línea en septiembre de 2015. A los pocos días de comenzar a funcionar, el detector avanzado registró algo que, según los físicos, se ajusta a la descripción de colisión de dos agujeros negros.

Los físicos dicen que pueden leer mucha información en la señal. Pudieron discernir las masas de los agujeros negros, 29 y 36 veces la masa del sol, y una distancia al evento de 1.300 millones de años luz de la Tierra.

Si detectan más colisiones, el proyecto podría dar a los científicos una medida más refinada de distancias a objetos lejanos y un mejor manejo de la escala y tasa de expansión del universo. Pueden observar otras colisiones entre objetos masivos conocidos como estrellas de neutrones y aprender sobre la naturaleza de estos objetos exóticos. Y luego está siempre la esperanza de que encuentren algo completamente inesperado.

La escritora científica Faye Flam es la autora de & # 8220The Score: How the Quest for Sex has Shaped the Modern Man. & # 8221.

En una época de desinformación y demasiada información, el periodismo de calidad es más crucial que nunca.
Al suscribirte, puedes ayudarnos a que la historia sea correcta.


En violación de Einstein, los agujeros negros podrían tener "pelo"

Según la teoría de la relatividad general de Einstein, los agujeros negros tienen solo tres propiedades observables: masa, espín y carga. No existen propiedades adicionales o "cabello".

Jonathan O & # x27Callaghan

Los gemelos idénticos no tienen nada sobre los agujeros negros. Los gemelos pueden crecer a partir de los mismos planos genéticos, pero pueden diferir de mil maneras, desde el temperamento hasta el peinado. Los agujeros negros, según la teoría de la gravedad de Albert Einstein, pueden tener solo tres características: masa, giro y carga. Si esos valores son los mismos para dos agujeros negros cualesquiera, es imposible distinguir un gemelo del otro. Los agujeros negros, dicen, no tienen pelo.

"En la relatividad general clásica, serían exactamente idénticos", dijo Paul Chesler, físico teórico de la Universidad de Harvard. "No se nota la diferencia".

Sin embargo, los científicos han comenzado a preguntarse si el "teorema sin pelo" es estrictamente cierto. En 2012, un matemático llamado Stefanos Aretakis, entonces en la Universidad de Cambridge y ahora en la Universidad de Toronto, sugirió que algunos agujeros negros podrían tener inestabilidades en sus horizontes de eventos. Estas inestabilidades darían efectivamente a algunas regiones del horizonte de un agujero negro una atracción gravitacional más fuerte que a otras. Eso haría que los agujeros negros idénticos fueran distinguibles.

Sin embargo, sus ecuaciones solo mostraron que esto era posible para los llamados agujeros negros extremos, aquellos que tienen un valor máximo posible para su masa, giro o carga. Y hasta donde sabemos, "estos agujeros negros no pueden existir, al menos exactamente, en la naturaleza", dijo Chesler.

Pero, ¿qué pasaría si tuvieras un agujero negro casi extremo, uno que se acercara a estos valores extremos pero no los alcanzara del todo? Tal agujero negro debería poder existir, al menos en teoría. ¿Podría haber violaciones detectables del teorema sin pelo?

Un artículo publicado a fines del mes pasado muestra que podría. Además, este pelo podría ser detectado por observatorios de ondas gravitacionales.

"Aretakis básicamente sugirió que había algo de información que quedaba en el horizonte", dijo Gaurav Khanna, físico de la Universidad de Massachusetts y la Universidad de Rhode Island y uno de los coautores. "Nuestro artículo abre la posibilidad de medir este cabello".

En particular, los científicos sugieren que los restos de la formación del agujero negro o de perturbaciones posteriores, como la materia que cae en el agujero negro, podrían crear inestabilidades gravitacionales en o cerca del horizonte de eventos de un agujero negro casi extremo. “Es de esperar que la señal gravitacional que veamos sea bastante diferente de los agujeros negros ordinarios que no son extremos”, dijo Khanna.

Si los agujeros negros tienen pelo, reteniendo así alguna información sobre su pasado, esto podría tener implicaciones para la famosa paradoja de la información de los agujeros negros presentada por el fallecido físico Stephen Hawking, dijo Lia Medeiros, astrofísica del Instituto de Estudios Avanzados en Princeton, New Jersey. Esa paradoja destila el conflicto fundamental entre la relatividad general y la mecánica cuántica, los dos grandes pilares de la física del siglo XX. “Si viola uno de los supuestos [de la paradoja de la información], es posible que pueda resolver la paradoja en sí misma”, dijo Medeiros. "Uno de los supuestos es el teorema de la ausencia de pelo".

Las ramificaciones de eso podrían ser amplias. "Si podemos probar que el espacio-tiempo real del agujero negro fuera del agujero negro es diferente de lo que esperamos, entonces creo que eso tendrá enormes implicaciones para la relatividad general", dijo Medeiros, coautor de un documento de octubre que abordó si la geometría observada de los agujeros negros es consistente con las predicciones.

Quizás el aspecto más emocionante de este último artículo, sin embargo, es que podría proporcionar una forma de fusionar las observaciones de los agujeros negros con la física fundamental. La detección de pelo en los agujeros negros, quizás los laboratorios astrofísicos más extremos del universo, podría permitirnos sondear ideas como la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica de una manera que nunca antes había sido posible.

"Uno de los grandes problemas [con] la teoría de cuerdas y la gravedad cuántica es que es realmente difícil probar esas predicciones", dijo Medeiros. "Entonces, si tiene algo que sea remotamente comprobable, es asombroso".

Sin embargo, existen grandes obstáculos. No es seguro que existan agujeros negros casi extremos. (Las mejores simulaciones en este momento suelen producir agujeros negros que están a un 30% de distancia de ser extremos, dijo Chesler). E incluso si lo hacen, no está claro si los detectores de ondas gravitacionales serían lo suficientemente sensibles como para detectar estas inestabilidades en el cabello.

Es más, se espera que el cabello sea increíblemente efímero, con una duración de solo fracciones de segundo.

Pero el documento en sí, al menos en principio, parece sólido. "No creo que nadie en la comunidad lo dude", dijo Chesler.“No es especulativo. Resulta que las ecuaciones de Einstein son tan complicadas que cada año descubrimos nuevas propiedades ".

El siguiente paso sería ver qué tipo de señales deberíamos buscar en nuestros detectores gravitacionales, ya sea LIGO y Virgo, que operan hoy, o instrumentos futuros como el instrumento LISA basado en el espacio de la Agencia Espacial Europea.

"Uno debería ahora basarse en su trabajo y realmente calcular cuál sería la frecuencia de esta radiación gravitacional, y comprender cómo podríamos medirla e identificarla", dijo Helvi Witek, astrofísico de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign. “El siguiente paso es pasar de este estudio teórico muy bonito e importante a lo que sería la firma”.

Hay muchas razones para querer hacerlo. Si bien las posibilidades de una detección que demuestre que el artículo es correcto son escasas, tal descubrimiento no solo desafiaría la teoría de la relatividad general de Einstein, sino que probaría la existencia de agujeros negros casi extremos.

“Nos encantaría saber si la naturaleza incluso permitiría que exista una bestia así”, dijo Khanna. "Tendría implicaciones bastante dramáticas para nuestro campo".

Corrección: 11 de febrero de 2021
La versión original de este artículo implicaba que los teóricos son incapaces de simular agujeros negros a menos de un 30% de distancia de ser extremos. De hecho, pueden simular agujeros negros casi extremos, pero sus simulaciones típicas están a un 30% de ser extremas.


¿Cómo descubrimos los agujeros negros?

Los agujeros negros unen algunos de los temas más comentados de la física: la teoría de la relatividad general de Einstein, la mecánica cuántica, la evolución del universo (cosmología) e incluso la religión.

La idea de un agujero negro fue concebida por primera vez por un clérigo británico con mentalidad astronómica llamado John Michell a fines del siglo XVIII. Mientras reflexionaba sobre el descubrimiento de estrellas que existen en binarios (pares) o trillizos, Michell teorizó que las fuerzas gravitacionales de una estrella podrían afectar la emisión de luz de otra.

Esta no es una imagen real de un agujero negro. La impresión de este artista muestra un agujero negro supermasivo que gira rápidamente y está rodeado por un disco de acreción.
Este delgado disco de material giratorio consiste en los restos de una estrella similar al Sol que fue destrozada por las fuerzas de marea del agujero negro. Los choques en los escombros que chocaban, así como el calor generado en la acreción, provocaron un estallido de luz, parecido a una explosión de supernova. Infografía y pie de foto del Observatorio Europeo Austral, Agencia Espacial Europea, M. Kornmesser

Sus pensamientos extendieron la proposición al extremo & # 8212 una estrella tan masiva con tanta atracción gravitacional que ninguna luz podía escapar, a la que llamó una "estrella oscura". El matemático francés Pierre-Simon Laplace llegaría a la misma conclusión teórica unos años más tarde a la pareja a menudo se le atribuye el origen del concepto.

Hoy sabemos que los agujeros negros dan forma a nuestro universo. Investigaciones recientes apuntan a que los agujeros negros se encuentran en el centro de casi todas las galaxias grandes, incluida nuestra propia Vía Láctea. Dijkgraaf dijo que esta evidencia & # 8212 y mucho más & # 8212 apunta a que los agujeros negros son esenciales para la estructura de las galaxias, si no el universo mismo.

“Hay muchas, muchas preguntas sobre cómo se formaron estos agujeros negros, en particular estos gigantescos agujeros negros en medio de las galaxias”. Dijo Dijkgraaf. "¿Son [los agujeros negros supermasivos] el resultado de la colisión de muchos más pequeños, o fueron horneados al principio de nuestro universo?"


John A. Wheeler, físico que acuñó el término "agujero negro", ha muerto a los 96 años

John A. Wheeler, un físico visionario y profesor que ayudó a inventar la teoría de la fisión nuclear, dio su nombre a los agujeros negros y discutió sobre la naturaleza de la realidad con Albert Einstein y Niels Bohr, murió el domingo por la mañana en su casa en Hightstown, Nueva Jersey. 96.

La causa fue una neumonía, dijo su hija Alison Wheeler Lahnston.

El Dr. Wheeler era un profesor joven e impresionable en 1939 cuando Bohr, el físico danés y su mentor, llegó a los Estados Unidos a bordo de un barco procedente de Dinamarca y le confió que los científicos alemanes habían logrado dividir los átomos de uranio. En unas pocas semanas, él y Bohr habían esbozado una teoría de cómo funcionaba la fisión nuclear. Bohr había tenido la intención de pasar el tiempo discutiendo con Einstein sobre la teoría cuántica, pero “pasó más tiempo hablando conmigo que con Einstein”, recordó más tarde el Dr. Wheeler.

Como profesor en Princeton y luego en la Universidad de Texas en Austin, el Dr. Wheeler estableció la agenda para generaciones de físicos teóricos, utilizando la metáfora tan eficazmente como el cálculo para capturar la imaginación de sus estudiantes y colegas y plantear preguntas que los enviarían. , mentes ardiendo, a las barricadas para enfrentar la naturaleza.

Max Tegmark, cosmólogo del Instituto de Tecnología de Massachusetts, dijo sobre el Dr. Wheeler: "Para mí, él fue el último titán, el único superhéroe de la física que aún permanece en pie".

Bajo su liderazgo, Princeton se convirtió en el principal centro estadounidense de investigación sobre la gravedad de Einstein, conocida como la teoría general de la relatividad, un campo que había estado moribundo debido a su lejanía del experimento de laboratorio.

“Rejuveneció la relatividad general, la convirtió en un tema experimental y se lo quitó a los matemáticos”, dijo Freeman Dyson, teórico del Instituto de Estudios Avanzados en la ciudad de Princeton.

Entre los estudiantes del Dr. Wheeler se encontraba Richard Feynman del Instituto de Tecnología de California, quien aprovechó una sugerencia que sonaba loca por el Dr. Wheeler en un trabajo que lo llevó al Premio Nobel. Otro fue Hugh Everett, cuyo Ph.D. La tesis del Dr. Wheeler sobre la mecánica cuántica imaginó universos alternativos paralelos ramificándose y dividiéndose sin cesar, una noción que Bryce DeWitt, de la Universidad de Texas en Austin, llamó "Many Worlds" y que se ha convertido en el favorito de muchos cosmólogos y de la ciencia. escritores de ficción.

Recordando sus días de estudiante, el Dr. Feynman dijo una vez: "Algunas personas piensan que Wheeler se ha vuelto loco en sus últimos años, pero siempre ha estado loco".

John Archibald Wheeler - era Johnny Wheeler para amigos y compañeros científicos - nació el 9 de julio de 1911 en Jacksonville, Florida. El hijo mayor de una familia de bibliotecarios, obtuvo su Ph.D. en física de la Universidad Johns Hopkins a los 21 años. Un año más tarde, después de comprometerse con una vieja conocida, Janette Hegner, después de solo tres citas, navegó a Copenhague para trabajar con Bohr, el padrino de la revolución cuántica, que había sacudido la ciencia moderna. con declaraciones paradójicas sobre la naturaleza de la realidad.

“Se puede hablar de personas como Buda, Jesús, Moisés, Confucio, pero lo que me convenció de que existían tales personas fueron las conversaciones con Bohr”, dijo el Dr. Wheeler.

Su relación se renovó cuando Bohr llegó en 1939 con la ominosa noticia de la fisión nuclear. En el modelo que él y el Dr. Wheeler desarrollaron para explicarlo, el núcleo atómico, que contiene protones y neutrones, es como una gota de líquido. Cuando un neutrón emitido por otro núcleo en desintegración lo golpea, esta "gota de líquido" comienza a vibrar y se alarga en forma de maní que finalmente se rompe en dos.

Dos años más tarde, el Dr. Wheeler fue arrastrado por el Proyecto Manhattan para construir una bomba atómica. Para su pesar, la bomba no estuvo lista a tiempo para cambiar el curso de la guerra en Europa y posiblemente salvar a su hermano Joe, quien murió en combate en Italia en 1944.

El Dr. Wheeler continuó trabajando en el gobierno después de la guerra, interrumpiendo su investigación para ayudar a desarrollar la bomba de hidrógeno, promover la construcción de refugios antiaéreos y apoyar la guerra de Vietnam y la defensa antimisiles, incluso cuando sus puntos de vista eran contrarios a los de sus colegas más liberales. .

El Dr. Wheeler fue una vez reprendido oficialmente por el presidente Dwight D. Eisenhower por perder un documento clasificado en un tren, pero también recibió el premio Enrico Fermi de la Comisión de Energía Atómica del presidente Lyndon B. Johnson en 1968.

Cuando el Dr. Wheeler recibió permiso en 1952 para impartir un curso sobre la gravedad de Einstein, no se consideró un campo aceptable para estudiar. Pero al promover la relatividad general, ayudó a transformar el tema en la década de 1960, en un momento en que Dennis Sciama, de la Universidad de Cambridge en Inglaterra, y Yakov Borisovich Zeldovich, de la Universidad Estatal de Moscú, fundaron grupos que engendraron una nueva generación de teóricos y cosmólogos gravitacionales. .

Un aspecto particular de la teoría de Einstein llamó la atención del Dr. Wheeler. En 1939, J. Robert Oppenheimer, quien más tarde sería un líder en el Proyecto Manhattan, y un estudiante, Hartland Snyder, sugirió que las ecuaciones de Einstein habían hecho una predicción apocalíptica. Una estrella muerta de masa suficiente podría colapsar en un montón tan denso que la luz ni siquiera podría escapar de él. La estrella colapsaría para siempre mientras el espacio-tiempo la envolviera como un manto oscuro. En el centro, el espacio sería infinitamente curvado y la materia infinitamente densa, un aparente absurdo conocido como singularidad.

El Dr. Wheeler al principio se resistió a esta conclusión, lo que llevó a una confrontación con el Dr. Oppenheimer en una conferencia en Bélgica en 1958, en la que el Dr. Wheeler dijo que la teoría del colapso "no da una respuesta aceptable" al destino de la materia en tales circunstancias. una estrella. "Estaba tratando de luchar contra la idea de que las leyes de la física podrían conducir a una singularidad", dijo el Dr. Charles Misner, profesor de la Universidad de Maryland y ex alumno. En resumen, ¿cómo podría la física conducir a una violación en sí misma, a la ausencia de física?

El Dr. Wheeler y otros finalmente se dieron cuenta cuando David Finkelstein, ahora profesor emérito en Georgia Tech, desarrolló técnicas matemáticas que podían tratar tanto el interior como el exterior de la estrella en colapso.

En una conferencia en Nueva York en 1967, el Dr. Wheeler, aprovechando una sugerencia gritada de la audiencia, dio con el nombre de "agujero negro" para dramatizar esta terrible posibilidad para una estrella y para la física.

El agujero negro “nos enseña que el espacio se puede arrugar como un trozo de papel en un punto infinitesimal, que el tiempo se puede extinguir como una llama apagada y que las leyes de la física que consideramos 'sagradas', inmutables, son todo lo contrario ", escribió en su autobiografía de 1999," Geons, Black Holes & amp Quantum Foam: A Life in Physics ". (Su coautor es Kenneth Ford, ex alumno y director jubilado del Instituto Americano de Física).

En 1973, el Dr. Wheeler y dos exalumnos, el Dr. Misner y Kip Thorne, del Instituto de Tecnología de California, publicaron "Gravitation", un libro de 1.279 páginas cuyo estilo ingenioso y accesibilidad está repleto de recuadros laterales y bocetos de personalidad de físicos - desmiente su peso y tema de peso. Nunca se ha agotado.

En los veranos, el Dr. Wheeler se retiraba con su familia extendida a un complejo en High Island, Me., Para complacer su gusto por los fuegos artificiales disparando latas de cerveza con un viejo cañón.

Él y Janette se casaron en 1935. Ella murió en octubre de 2007 a los 99 años. A la Dra. Wheeler le sobreviven sus tres hijos, la Sra. Lahnston y Letitia Wheeler Ufford, ambos de Princeton James English Wheeler de Ardmore, Pensilvania. -nietos, 6 nietos y 11 bisnietos.

En 1976, ante la jubilación obligatoria en Princeton, el Dr. Wheeler se trasladó a la Universidad de Texas.

Al mismo tiempo, volvió a las preguntas que habían animado a Einstein y Bohr, sobre la naturaleza de la realidad revelada por las extrañas leyes de la mecánica cuántica. La piedra angular de esa revolución fue el principio de incertidumbre, propuesto por Werner Heisenberg en 1927, que parecía poner límites fundamentales a lo que se podía conocer sobre la naturaleza, declarando, por ejemplo, que era imposible, incluso en teoría, conocer tanto la velocidad y la posición de una partícula subatómica. Saber uno destruyó la capacidad de medir al otro. Como resultado, hasta que se observaron, las partículas subatómicas y los eventos existían en una especie de nube de posibilidad a la que el Dr. Wheeler a veces se refería como "un dragón humeante".

Este tipo de pensamiento frustró a Einstein, quien una vez le preguntó al Dr. Wheeler si la Luna todavía estaba allí cuando nadie la miró.

Pero el Dr. Wheeler se preguntó si esta incertidumbre cuántica se aplicaba de alguna manera al universo y a toda su historia, si era la clave para comprender por qué existe algo.

"Ya no estamos satisfechos con la comprensión sólo de las partículas, los campos de fuerza o la geometría, o incluso el espacio y el tiempo", escribió el Dr. Wheeler en 1981. "Hoy exigimos a la física cierta comprensión de la existencia misma".

En la celebración del 90º cumpleaños en 2003, el Dr. Dyson dijo que el Dr. Wheeler era en parte calculador prosaico, un "maestro artesano" que decodificaba la fisión nuclear y en parte poeta. "El poético Wheeler es un profeta", dijo, "de pie como Moisés en la cima del monte Pisga, mirando hacia la tierra prometida que su pueblo heredará algún día". Wojciech Zurek, un teórico cuántico del Laboratorio Nacional de Los Alamos, dijo que la influencia más duradera del Dr. Wheeler podrían ser los estudiantes que había "criado". Escribió en un mensaje de correo electrónico: "Sé que él me transformó como científico, no solo escuchándolo en el aula, o por su idea de física: creo que aún más importante fue su confianza en mí".

El Dr. Wheeler describió su propia visión de su papel a un entrevistador hace 25 años.

"Si hay algo en física de lo que me siento más responsable que cualquier otro, es esta percepción de cómo todo encaja", dijo. “Me gusta pensar que tengo un sentido de juicio. Estoy dispuesto a ir a cualquier parte, hablar con quien sea, hacer cualquier pregunta que me permita avanzar.

“Confieso ser optimista sobre las cosas, especialmente sobre algún día poder entender cómo se juntan las cosas. Tantos jóvenes se ven obligados a especializarse en una u otra línea que un joven no puede permitirse el lujo de tratar de cubrir este paseo marítimo, solo un anciano que puede permitirse el lujo de hacer el ridículo.



El descubrimiento de los agujeros negros: de la teoría a la actualidad

El agujero negro llamado Cygnus X-1 extrae materia de la estrella azul supergigante que está cerca de él. (Imagen: NASA-CXC-M.Weiss / www.nasa.gov)

Einstein descarta los agujeros negros

Aunque los astrónomos y físicos habían aprendido mucho sobre las estrellas en los quince años transcurridos desde el descubrimiento de la relatividad general, incluida la probable existencia de enanas blancas y estrellas de neutrones, las opiniones de Albert Einstein sobre el tema no habían cambiado sustancialmente.

En 1939, escribió su primer y único artículo sobre los agujeros negros, titulado "Sobre un sistema estacionario con simetría esférica que consta de muchas masas gravitantes". En este artículo, Einstein se propuso calcular cómo se comportaría un gran grupo de partículas al colapsar bajo la fuerza de la gravedad.

Esta es una transcripción de la serie de videos En qué se equivocó Einstein. Míralo ahora, en Wondrium.

La opinión de Albert Einstein de que los agujeros negros nunca podrían existir en la naturaleza llevó a la mayoría de los físicos especializados en relatividad a descartar toda conversación sobre agujeros negros durante muchos años. (Imagen: Doris Ulmann / Dominio público)

Einstein argumentó que las partículas y el momento angular # 8217 evitarían que colapsen indefinidamente y que esto evitaría que se forme un agujero negro. En esta conclusión, estaba completamente equivocado.

El prejuicio de Einstein de que los agujeros negros nunca podrían existir en la naturaleza lo cegó de todos los argumentos en sentido contrario, lo que lo llevó a rechazar una de las facetas más increíbles de su teoría.

Peor aún, la opinión de Einstein fue tan apreciada que la mayoría de los físicos especializados en relatividad tendieron a descartar toda conversación sobre agujeros negros durante muchos años después. Durante décadas, estos objetos rara vez se mencionaron en la literatura científica.

Además, el interés por la relatividad general disminuyó considerablemente durante este período. No era tanto que los físicos dudaran de la validez de la teoría de Einstein, simplemente no le habían encontrado muchos usos prácticos.

Las predicciones hechas por la relatividad general son, en la mayoría de los casos, similares a las antiguas predicciones newtonianas. No había mucho que se pudiera hacer en un laboratorio para probar más la teoría o explorar sus implicaciones.

Renacimiento de la relatividad general

Unos años después de la muerte de Einstein en 1955, el interés por la relatividad general comenzó a resurgir. En todo el mundo, pequeños grupos de físicos comenzaron a explorar activamente las implicaciones más profundas y extrañas de la teoría general de Einstein.

Una de las figuras clave del renacimiento de la relatividad general fue el joven físico y matemático británico Roger Penrose. Penrose se interesó por primera vez en la relatividad mientras estudiaba en el University College de Londres.

Durante este período, sin embargo, pocos físicos sabían mucho sobre la relatividad general. Penrose no tuvo más remedio que aprender por sí mismo sobre el tema, logrando aprender la relatividad general de libros y artículos en lugar de sus profesores.

Luego, Penrose pasó a estudiar matemáticas en Cambridge, donde obtuvo su doctorado, y luego investigó durante breves períodos en Princeton, Londres, Syracuse y la Universidad de Texas en Austin.

En ese momento, Austin era la ubicación de una de las pocas concentraciones de físicos que estudiaban activamente la relatividad general. Entre otros, Penrose conoció al físico Roy Kerr en Austin.

Kerr pudo encontrar una solución a las ecuaciones de campo de Einstein que es más general y más poderosa que las encontradas por Karl Schwarzschild. En particular, mientras que el resultado de Schwarzschild solo describe objetos estacionarios, la solución de Kerr también permite la posibilidad de que los agujeros negros estén girando.

Demostrando la existencia de agujeros negros

El físico y matemático británico Roger Penrose demostró que, en determinadas circunstancias, se garantizaba que una estrella que colapsaba formaría un agujero negro. (Imagen: Biswarup Ganguly / Dominio público)

En ese momento, pocos físicos pensaban que los agujeros negros existían realmente, si es que pensaban en el asunto. Pero en 1965, Penrose hizo un descubrimiento que cambiaría ese punto de vista.

Utilizando un tipo de matemáticas que era muy diferente de cualquier cosa que Einstein hubiera usado alguna vez, Penrose pudo demostrar rigurosamente que, bajo ciertas circunstancias, una estrella en colapso estaría garantizado para formar un agujero negro. En particular, si la estrella que colapsa es lo suficientemente masiva, entonces la formación de un agujero negro es completamente inevitable.

En enero de 1965, Penrose publicó un artículo breve de tres páginas, titulado "Colapso gravitacional y singularidades del espacio-tiempo". En ese momento, el argumento de Penrose iba fuertemente en contra de la sabiduría convencional de la comunidad física.

Muchos argumentaron, como lo había hecho Einstein durante mucho tiempo, que las complejidades de las estrellas que colapsan reales evitarían que formen agujeros negros.

Pero el argumento matemático de Penrose fue convincente. Durante los años siguientes, las opiniones de muchos físicos se desviaron. A finales de la década de 1960, se había convertido en una visión generalizada de que, de hecho, era probable, si no garantizado, que los agujeros negros existieran en la naturaleza.

Cómo afectan los agujeros negros a las estrellas circundantes

A medida que más y más físicos se convencieron de que existen los agujeros negros, comenzó a aumentar el interés por las formas en que estos objetos podrían detectarse u observarse. Uno de los primeros científicos que trabajó activamente en esta cuestión fue el increíblemente prolífico y versátil físico ruso Yakov Zel'dovich.

A lo largo de su carrera, Zel & # 8217dovich hizo importantes contribuciones a casi todos los campos de la física y la astronomía, incluida la ciencia de los materiales, la física de partículas, la relatividad, la astrofísica, la cosmología y la física nuclear, incluido el trabajo que hizo en el programa de armas soviético.

El físico ruso Yakov Zel'dovich propuso que un agujero negro se puede detectar estudiando el movimiento de las estrellas cercanas. (Imagen: MARKA Publishing & amp Trading Center / Dominio público)

A principios de la década de 1960, Zel'dovich propuso que la presencia de agujeros negros podría inferirse indirectamente mediante el estudio del movimiento de otras estrellas cercanas. El agujero negro invisible, argumentó, haría que otra estrella dentro de su propio sistema solar se tambaleara hacia adelante y hacia atrás con un período regular.

Si los científicos pudieran observar de alguna manera una estrella tan bamboleante, podrían identificar el agujero negro e incluso medir su masa.

Alternativamente, Zel'dovich argumentó que bajo ciertas circunstancias, un agujero negro podría tener un impacto dramático en el material que lo rodea. Todos los cuerpos astrofísicos atraen y acumulan materia mediante la fuerza de su gravedad.

Pero a diferencia de las estrellas o planetas ordinarios, la materia que cae hacia un agujero negro se acelerará casi a la velocidad de la luz a medida que se acerque. Además, este material que cae formará una espiral alrededor del agujero negro como un fluido que corre por un desagüe.

Dado que este material se mueve casi a la velocidad de la luz, alcanza temperaturas de millones de grados. Zel'dovich argumentó que tales sistemas liberarían enormes cantidades de energía y podrían ser observados por los astrónomos, incluso a distancias muy grandes.

El misterio de Cygnus X-1

El misterio del extraño objeto astronómico conocido como Cygnus X-1 dejó perplejos a los astrónomos. Detectado por primera vez por los astrónomos en 1964, las observaciones de este objeto en 1970, sin embargo, revelaron algunas de sus características más extrañas.

Se observó que Cygnus X-1 liberaba destellos muy brillantes de rayos X varias veces por segundo. La corta duración de esta luz de rayos X indicó que lo que sea que los emitía no era muy grande para los estándares astronómicos, no más de una fracción de segundo luz de ancho.

En otras palabras, el objeto no tendría más de 100.000 kilómetros aproximadamente. Los rayos X se producen solo en ambientes muy calientes a millones de grados.

Al año siguiente, las observaciones de radio en la dirección de Cygnus X-1 descubrieron una estrella supergigante azul. Esta estrella, sin embargo, es demasiado grande para generar el rápido parpadeo de rayos X que se había observado.

Para explicar la producción de los rayos X observados, los astrónomos dedujeron que una parte del gas de esta estrella de alguna manera se estaba arrancando y luego se estaba calentando a temperaturas muy altas. Más tarde, ese mismo año, otras observaciones comenzaron a detectar el bamboleo de la supergigante azul, tal como lo había sugerido Zel'dovich una década antes.

A partir del bamboleo observado, quedó claro para los astrónomos que el objeto cercano era masivo, demasiado masivo para ser siquiera una estrella de neutrones.

A medida que la calidad de las observaciones continuó mejorando durante los años siguientes, quedó más claro que Cygnus X-1 era un agujero negro. A fines de la década de 1970, la mayoría de los astrofísicos habían llegado a aceptar esta conclusión, así como la conclusión de que los agujeros negros efectivamente existen en nuestro universo.

Cygnus X-1, un agujero negro a unos 6000 años luz de distancia de nosotros (derecha) succiona gas de la estrella supergigante cercana llamada HDE 226868 (30 veces la masa de nuestro Sol) (Imagen: ESA-Hubble / www.nasa. gov)

Ahora se sabe que Cygnus X-1 es un agujero negro a unos 6.000 años luz de distancia de nosotros y unas 15 veces más masivo que el Sol. En esta masa, el radio de Schwarzschild de este agujero negro es de unos 44 kilómetros.

Todo lo que se encuentre dentro de este radio se pierde para siempre de nuestra vista. Y, en cierto sentido, se pierde de nuestro propio universo.

Los agujeros negros que nos rodean

En las décadas posteriores a la determinación de que Cygnus X-1 es un agujero negro, los astrónomos y astrofísicos descubrieron muchos otros agujeros negros en nuestro universo. Esto incluye docenas de agujeros negros que alguna vez se pensó que eran estrellas masivas, similares a Cygnus X-1.

Además, se han descubierto muchos agujeros negros más grandes y masivos. El centro de la galaxia de la Vía Láctea, por ejemplo, es el anfitrión de un enorme agujero negro, con una masa equivalente a aproximadamente cuatro millones de veces la masa del Sol.

El centro de nuestra propia galaxia, la Vía Láctea, alberga un enorme agujero negro, con una masa equivalente a aproximadamente cuatro millones de veces la masa del Sol. (Imagen: ESA – C. Carreau / www.nasa.gov)

Ahora se piensa generalmente que la mayoría de las galaxias espirales y elípticas contienen un agujero negro supermasivo en sus centros.

Aunque la mayoría de estos agujeros negros supermasivos son similares en masa al que está en el centro de la Vía Láctea, algunas galaxias albergan agujeros negros aún más grandes, con masas que se miden en miles de millones, en lugar de simples millones, de masas solares.

Los agujeros negros son una consecuencia de la teoría de la relatividad general de Einstein. Sin embargo, Einstein nunca llegó a aceptar que los agujeros negros existieran, o incluso pudieran, existir en nuestro universo.

Preguntas frecuentes sobre el descubrimiento de agujeros negros

Aunque la relatividad general de Einstein predijo los agujeros negros, a Karl Schwarzschild se le atribuye a menudo el mérito de haberlos descubierto. Sin embargo, incluso este hecho es difícil de afirmar con absoluta certeza, ya que Kerr, después de él, definió mejor qué eran los agujeros negros. Fue Roger Penrose quien demostró su existencia como estrellas colapsadas.

Los científicos estiman que casi todas las galaxias grandes tienen agujeros negros supermasivos en su centro, lo que daría lugar a miles de millones de millones.

Si. Los científicos han confirmado un agujero negro supermasivo en el centro de la Vía Láctea.

Los científicos creen que cuando se forma una galaxia, su agujero negro se forma al mismo tiempo.


Ver el vídeo: Οι κορυφαίες γκάφες του Κυριάκου Μητσοτάκη