Las ondas gravitacionales, ¿con qué se comen?

Fue una gran emoción para muchos la novedad de que se había podido comprobar la existencia de unas así llamadas ondas gravitacionales. También estuvieron aquellos indiferentes, que no guardaron la instantánea del descubrimiento en su álbum personal.

Las ondas gravitacionales llegaron igual y nos contaron, a través de LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales con Interferómetro Láser, en inglés) la historia de dos agujeros negros orbitando, y quizás también una muy antigua, aquella escena de la primera explosión. Tan pintoresco momento científico hizo que A. Einstein sonriera para la foto una vez más, en todas las redes sociales y medios de comunicación, diciéndole al mundo cuánto le alegraba que por fin sus ondas hayan llegado al puerto.

¿Pero qué es eso de las ondas? Y sobre todo, ¿cómo es eso del espacio-tiempo? Los que estudiamos Física en el secundario sabemos que el mundo es newtoniano, que las manzanas caen siempre y que podemos calcular cuánto tarda en llegar al suelo y dónde se encuentra en cualquier segundo que elijamos de su trayectoria. Pero tal parece que más adelante en la ciencia, mirando las cosas de lejos, las cosas no se caen sino que ruedan por el espacio como en una gran cama de agua. Un poco más allá está el sol generando un apreciable pozo en el colchón, logrando que todas las cosas que hay cerca comiencen a seguirlo dando tumbos como trompos. Y esto porque aparentemente, lo que creíamos vacío e informe como el espacio, no era tal, sino que todas las cosas están conectadas a través de una estructura que tiene un comportamiento aparte.

El espacio-tiempo le dice a la materia cómo moverse; la materia le dice al espacio-tiempo cómo curvarse

John Archibald Wheeler, físico teórico estadounidense.

Sobre la Relatividad

La historia comienza con unos trenes, que a Einstein parecían fascinarle. Así como Newton se pinchaba los globos oculares para medir algunos fenómenos que le intrigaban, Einstein subía y bajaba de los trenes con artefactos para medir, corría entre vagones, corría a la par del tren, y toda clase de cosas con fines exclusivamente científicos. A partir de estos experimentos (mentales) el científico daba cuenta de que no era tan sencillo tomar medidas cuando las cosas se movían, y el medidor se situaba a veces sobre el objeto en movimiento, otras por fuera. Con estricto rigor científico, dar un número absoluto era simplemente imposible, y así es como surgió su famosa Teoría de la Relatividad.

Volvamos a la cama de agua: allí están todas las estrellas y cosas del espacio moviéndose armónicamente. Alrededor de cada masa importante habrá un campo gravitatorio: un hueco donde las cosas tienden a caer u orbitar periódicamente sin alejarse demasiado (satélites). También ocurren otros fenómenos, y estos son los que estábamos buscando: las estrellas irregulares, las nuevas supernovas, los agujeros negros que orbitan y se fusionan, etc.

Estos son los que, en medio de tanto revuelo, agitan las aguas generando olas que se propagan por el universo sin que nada ni nadie las detenga. No rebotan ni se absorben. Es por eso que se pueden recibir sus pulsaciones millones de años después de ocurrido el evento. Afortunadamente la fuerza gravitatoria es muy pequeña (la más pequeña de todas las fuerzas conocidas), pero si estas olas fueran más grandes, se percibiría en la tierra como una deformación en el espacio. París estaría más cerca por algunos segundos, y podríamos llegar allí montando una onda gravitatoria.

Viajando en el tiempo

Así como el espacio se transforma, el tiempo se transforma. Los tiempos dependen de las distancias y de las velocidades. Entonces mientras corremos a París desde la Patagonia, hasta rejuvenecemos un poco. Y aquí se pone complejo, porque hay que entender mucho de física para meterse en la cabeza de Einstein y ver, sin asombro, cómo el tiempo se acelera y desacelera producto de la presencia de un campo gravitatorio. Supuestamente, estando quietos, estamos viajando a la velocidad de la luz a través del tiempo; y en cuanto empezamos a movernos a través del espacio, parte de esa velocidad que teníamos se transforma en velocidad a través del espacio. Por lo tanto vamos más lento a través del tiempo. Y parece una locura, pero este efecto puede medirse actualmente con relojes atómicos muy precisos montados en algo tan corriente como un vuelo en avión. No es jet lag, no es tiempo psicológico, es tiempo real. Unos cuantos nanosegundos que acusan un fenómeno que a distancias cercanas a un campo gravitatorio más fuerte que el de la tierra (como el del sol, o el de un agujero negro) da como resultado escenas de ciencia ficción. Podríamos viajar en el tiempo.

Sintetizando, los campos gravitatorios aceleran el tiempo; y al sufrir un cambio debido a ondas gravitacionales que viajan a través del universo en todas sus dimensiones, producto de nuevas formaciones, los campos se transforman, y por algunos segundos, el espacio que nos rodea es diferente, y el tiempo también. Esto es lo que se midió en LIGO, un instrumento de medición muy preciso que envía rayos láser a través de tubos de cuatro kilómetros cada uno. Lo que se observó, en pocas palabras,fue un acortamiento momentáneo de uno de los brazos de LIGO. A partir de allí, otras características del fenómeno aportadas por dicho instrumento dieron por resultado una nueva y reveladora comprobación de la Teoría de la Relatividad de Einstein.

¿Por qué nos interesan las ondas?

Como sus siglas lo indican, LIGO es un observatorio. No tiene telescopio pero puede revelar fenómenos que eran invisibles para la humanidad, sucesos tan antiguos como el big bang y la formación de las estrellas. Gracias al trabajo colaborativo entre observatorios tradicionales y LIGO, se puede descifrar hoy el lenguaje de las ondas gravitacionales, qué es lo que dicen del universo. El director del Centro Astronómico de Texas, Mario Díaz (físico argentino) se refirió al trabajo conjunto con el Observatorio de Bosque Alegre, Córdoba en una entrevista con Marcelo Zlotogwiazda; ambos instrumentos dan forma a la imagen final de lo que se está observando en el espacio.

En la película Einstein y Eddington (2008) se relata maravillosamente el largo camino en la comprobación la Teoría de la Relatividad. O al menos en la refutación de la teoría gravitatoria de Newton. Científicamente hablando, las teorías están sólo "suficientemente comprobadas" hasta que se demuestre lo contrario, que quizás en un futuro será lo que le ocurra a la teoría de Einstein. Pero hasta el día de hoy, es ésta la que ha predicho más eficazmente los fenómenos que observamos en el universo. Y aquella película lo muestra con tanto romanticismo como el que sentimos cuando observamos un cielo estrellado y nos sentimos tan pequeños y a la vez tan afortunados de habitar este misterioso planeta Tierra.

Fuentes bibliográficas:

http://www.larazon.es/sociedad/ciencia/como-cambiaran-nuestras-vidas-las-ondas-gravitacionales-DK11934135
http://www.principiamarsupia.com/2016/02/11/como-explicarle-a-tu-abuela-las-ondas-gravitacionales/
http://www.ligo.org/sp/science/GW-GW2.php
Green, Brian; "El universo elegante", 1999.
Einstein, Albert; "Sobre la teoría la relatividad especial y general", 1905.
Extracto del programa "La Vuelta de Zloto", con la conducción de Marcelo Zlotogwiazda. Entrevista a Mario Díaz. (http://radiocut.fm/audiocut/mario-diaz-la-vuelta-de-zloto-radio-del-plata/#f=search&l=result)