Einstein, al
igual que el Cid, sigue ganando batallas después de muerto. Impresiona que él
solito desarrollase una teoría como la Teoría General de la Relatividad (TGR) que
haya hecho predicciones que, hasta ahora, siempre se han cumplido. Hace unos
años la comunidad científica se revolvió porque alguien afirmó que había medido
desplazamientos de unas partículas llamadas neutrinos a velocidades superiores
a las de la luz cosa que, según la TGR es imposible. Los periodistas se
dispararon con titulares sensacionalistas del estilo de “Einstein estaba equivocado. Científicos demuestran que hay partículas
que viajen más rápido que la luz”. La comunidad científica se mostró
extremadamente cautelosa. Muchos científicos se dedicaron a intentar replicar
los resultados de los primeros. Éstos mismos volvieron a revisar sus
experimentos y sus cálculos y, al cabo de unos meses, con fair play propio de
los científicos, reconocieron que se habían equivocado y que Einstein, al menos
de momento, seguía teniendo razón.
La TGR establece
que las masas de los cuerpos físicos deforman el espacio-tiempo y que es esa
deformación lo que hace que éstos se atraigan. Es, en una comparación bastante
burda, como si ponemos en una cama elástica una pesada esfera de plomo. La goma
se deforma en una especie de hondonada y si ponemos cerca una canica, ésta cae
hacia la bola de plomo. Pues bien, en 1916, justo después de enunciar la TGR,
Einstein extrajo de ella una consecuencia bastante razonable. Si la bola de
plomo está quieta, la membrana también lo está, pero si la bola de plomo se
moviese de su sitio, la forma de la membrana cambiaría y esas perturbaciones se
transmitirían a través por ella en forma de ondas, de la misma manera que si
una piedra cae en un estanque, la superficie del agua forma ondas. Pues, de la
mima manera, dedujo Einstein, si una masa se mueve en el espacio-tiempo, se
tendrían que propagar por el mismo, a la velocidad de la luz, un tipo de indas
que podrían llamarse gravitatorias. Y esas ondas serán tanto más grandes cuanto
mayor sea la masa que se mueve, cuanto más deprisa lo haga y cuanto más cerca
nos encontremos de ella. Pero una cosa son las analogías y otra las matemáticas
de las ecuaciones de la TGR. Einstein intentó deducir las ondas gravitatorias
de esas ecuaciones y, tras un cierto tiempo, al no encontrar la solución,
decidió que, por muy intuitivas que fuesen, las ondas gravitatorias no
existían. Tardó veinte años en desechar del todo la idea, pero cuando al final
llegó a esa conclusión, escribió, en 1936, un artículo para la Physical Review
en el que las negaba y escribió una carta a su amigo y colega Max Born en el
mismo sentido. La historia de ese artículo, que nunca vio la luz, es curiosa. Physical
Review, como era costumbre en EEUU, pero no en Alemania, mandó el artículo a un
evaluador anónimo. Éste encontró un error en el artículo y se lo dijo al editor
que, a su vez, le reenvió la respuesta a Einstein. Éste había llegado de
Alemania a los EEUU en diciembre de 1932 y todavía no estaba acostumbrado a los
usos editoriales en su nuevo país. Por eso se indignó de que se hubiese pedido
una revisión de su artículo sin su autorización y lo retiró, al parecer sin
leer lo que el revisor había escrito, y mandó el artículo a otra revista, el
Journal of the Franklin Institute. Pero el evaluador, que resultó ser nada
menos que el prestigioso cosmólogo Howard Percy Robertson, se puso en contacto
con Einstein, le explicó la causa de su error y le puso sobre la pista de la
solución. Inmediatamente Einstein retiró el artículo de esta segunda revista,
lo corrigió, y volvió a mandarlo a Journal. Nunca más mandó un artículo a
Physical Review, a pesar de que le salvó del ridículo. A veces los genios
tienen un amor propio endemoniado.
Sea como fuere,
desde entonces se ha estado intentando, por diversos métodos, detectar
empíricamente las ondas gravitatorias. En 1984 se empezó a construir el Observatorio de Ondas
Gravitatorias por Interferometría Laser (LIGO por sus siglas en inglés Laser
Interferometer Gravitational-Wave Observatory). LIGO consta de dos instalaciones semejantes, una en Livingston,
Louisiana, en el sudeste de los EEUU y otra en Hanford, Washington State, en el
Noroeste de los EEUU. Cada una de ellas consta de dos brazos rectos,
perpendiculares y exactamente iguales, de 4 Km cada uno el de Livigstone y de 2
Km cada uno el de Hanford. Al final de cada brazo hay unos espejos. Desde el
punto común de ambos se lanzan hacia los extremos unos rayos de luz laser. Al
ser los dos brazos exactamente iguales, cuando esos rayos vuelven al punto de
encuentro tras rebotar en los espejos, las ondas electromagnéticas del láser están
en la misma fase. Pero si uno de los brazos fuese un poco más largo que otro,
cuando volviesen los rayos laser, sus ondas ya no estarían en la misma fase. Las
ondas gravitatorias tienen la propiedad de que cuando pasan deforman el
espacio-tiempo, acortándolo en una dirección y alargándolo en la dirección
perpendicular. Por lo tanto, si una onda gravitatoria pasase por una de las
instalaciones, alargaría uno de los brazos y acortaría el otro y haría que los
rayos laser no estuviesen en la misma fase al volver al punto de partida. Si
esto pasa en una de las instalaciones, pero no pasa en la otra con un decalaje
en el tiempo, la cosa se debería a alguna perturbación local en una de las
instalaciones. Pero si se detecta en las dos con cierta diferencia de tiempo,
no cabe duda de que es un fenómeno que viene de fuera. Es decir, serían, sin
lugar a dudas, ondas gravitatorias. Precisamente esa diferencia temporal
permite, además, saber la dirección de la que provienen las éstas, y rastrear
el cielo por otros sistemas para buscar el fenómeno que las produjo.
LIGO costó 365 millones de dólares y estuvo en
funcionamiento desde 2004 hasta 2010 sin encontrar absolutamente nada. En este
último año se desmontaron las instalaciones para mejorarlas y darles una
precisión cuatro veces mayor que en el proyecto inicial. En su nueva versión
LIGO puede detectar diferencias de longitud en los brazos del orden de la centésima
parte del tamaño de un protón[1].
El problema con las ondas gravitatorias es que son
de una amplitud mínima. Para que sean apreciables tienen que ser causadas por
masas gigantescas a nivel cósmico, que además se muevan a velocidades
impensables. Hace años se descubrieron radiaciones electromagnéticas de rayos
gamma que sólo podían estar causadas por la fusión de dos agujeros negros
rotando uno alrededor del otro mientras sus órbitas se iban haciendo cada vez
más pequeñas hasta que ambos chocaban y se fundían en uno solo produciendo la
energía de mil millones de billones (1021 un 1 seguido de 21 ceros)
de veces la energía del Sol, en una fracción de segundo. Esto produciría
gigantescas ondas gravitatorias. Pero, el problema es que esos choques no se
producen ahora. Se produjeron cuando el universo era mucho más joven, hace
varios miles de millones de años. Las ondas de algunas de las colisiones que se
produjeron entonces están llegando a nosotros ahora. Pero, claro, estas colisiones
estaban también a miles de millones de años-luz de distancia, por lo que a
nosotros nos llegan enormemente debilitadas. De ahí que LIGO tenga que tener
esa espectacular precisión.
Pero la paciencia de veinte años de construcción, seis
de funcionamiento sin resultados y cinco de desmontaje, perfeccionamiento y
montaje ha dado frutos. Advanced LIGO (así se llamó a la nueva versión) se
terminó de montar en Febrero de 2015 y, tras su calibración, entró en
funcionamiento en Septiembre de 2015 y, nada más hacerlo… ¡bingo! A las 4 de la
madrugada del 14 de Septiembre de 2015, los brazos de la instalación de
Livingstone mostraron una diferencia de 4 centésimas partes del diámetro de un
protón, lo que podría ser causado por las primeras ondas gravitatorias detectadas
en la historia. Siete milisegundos más tarde, se detectó el mismo desplazamiento
en los brazo de la instalación de
Harford. Las probabilidades de que semejante coincidencia ocurriese por azar
eran absolutamente despreciables. Además, en los siguientes meses, hasta Enero de
2016 en que acabó la serie de experimentos de LIGO, se detectaron otras cuatro
deformaciones más débiles. No obstante, los científicos del proyecto se tomaron
su tiempo para comprobar todas las posibilidades habidas y por haber para
descartar errores. No querían caer en uno tan garrafal como en el que
cometieron en 2014 otro grupo de científicos que dijeron que habían detectado
ondas gravitatorias provenientes del Big Bang, para después tener que reconocer
que había sido un error. Además, el grupo de LIGO se dedicó a ver si esa
desviación estaba de acuerdo con las predicciones de la TGR. Y lo estaban. Por
eso, el pasado jueves, 11 de Febrero de 2016, se decidieron a dar la primicia
al mundo de que las ondas gravitatorias habían sido, por fin, descubiertas y
que correspondían a la fusión de dos agujeros negros situados a una distancia
de 1500 millones de años luz de la Tierra.
Y, ¿en qué puede cambiar esto nuestra percepción
del universo aparte de que se demuestre que Einstein tenía, una vez más, razón?
A corto plazo en nada. Este descubrimiento no cambia, en sí mismo,
absolutamente nada de nuestro conocimiento del universo. Pero es seguro que sí
lo cambiará en los próximos decenios. Porque este descubrimiento abre un nuevo
sentido astronómico para explorar el cosmos. Hasta ahora, todos los
instrumentos de observación estaban basados en la captación de ondas
electromagnéticas. Al principio los telescopios sólo veían la luz visible que
llegaba de las estrellas y galaxias. Pero una enorme cantidad de esa luz no
llegaba hasta nosotros, porque tenía que atravesar partes del universo que no
eran transparentes para ella. Por eso se inventaron telescopios que eran
capaces de “ver” ondas electromagnéticas en otras longitudes de onda[2].
Así aparecieron conceptos como la radioastronomía y otros similares. Pero las
ondas gravitatorias no son ondas electromagnéticas. Son otra cosa. Es como si,
de repente, el ser humano hubiese sido sordo y, de repente, hubiese descubierto
que si se quitase unos tapones de cera de los oídos sería capaz de oír.
¿Cambiaría instantáneamente nuestra visión del mundo? No. Pero se abrirían ante
nosotros unas enormes perspectivas de descubrir cosas del mundo que no siquiera
podíamos sospechar. Sería algo verdaderamente grandioso, ¿no? De hecho, con una
visión mediática asombrosa, los descubridores de estas ondas han hecho esta
similitud, han transformado las indas gravitatorias en ondas sonoras y han
grabado el sonido del universo. No sé si a lo que han grabado se le puede
llamar música, pero, para mí es, sin duda, música intelectual. Oigámoslo. Para ello, pinchar
aquí.
Al oír esto, se me vienen a la cabeza dos
cosas. La primera es el titular del New York Times cuando Arno Penzias y Robert
Wilson descubrieron, ayudados por los científicos de Princeton, la radiación de
fondo de microondas o radiación cósmica de fondo. El titular dijo: “Ingenieros
de ATT (eso eran Penzias y Wilson) y científicos de la Universidad de Princeton
han escuchado el llanto del universo al nacer”. Ese “llanto”, la radiación de
fondo de microondas ha sido, está siendo y será durante muchos años una fuente
inmensa de conocimiento del universo. Gracias a ella se ha podido afirmar, casi
sin lugar a dudas, la existencia del Bog Bang y, también gracias a ella, se ha
podido elaborar la teoría de la inflación cósmica. Probablemente estos dos
descubrimientos estén entre los pop five de los descubrimientos científicos.
La segunda cosa que se me ha venido a la cabeza
al oír esto es la maravillosa elucubración de Kepler cuando descubrió las
órbitas elípticas de los cinco planetas entonces conocidos (además de la
Tierra). Como la distancia al sol era diferente en un lado y otro de la órbita,
encontró una relación entre las distancias de los planetas al Sol en un extremo
y otro que reconstruía la escala pentatónica en tono mayor y menor según que
extremo se tomase, definió esto como la armonía del mundo y ese fue el título
que puso a su obra en la que se describen las que hoy en día se conocen como
las tres leyes de Kepler. El hecho de que al refinarse las medidas esta
relación resultase falsa (las leyes de Kepler siguen siendo válidas) no le
quita ni un ápice de poesía al “descubrimiento” de Kepler.
Bien y, aparte de recuerdos poéticos, ¿qué más
puede aportar al conocimiento del cosmos
este nuevo “sentido del oído”? De momento poco, porque el “sonido” de las ondas
gravitatorias es tan débil que apenas sirve para nada. Pero ya está en marcha
un proyecto que nos quitará mucha más cera de los oídos y nos permitirá
“escuchar” nítidamente secretos del universo que son apenas susurros. Me
refiero al proyecto eLISA (evolved Laser Interferometer Space Antenna. Ignoro
por qué la e es minúscula, sería más bonito ELISA y me recordaría a la famosa
obra para pieno de Beethoven, pero…). Este proyecto, auspiciado por la ESA
(European Space Agency), que se espera que esté operativo en 2034, pretende
poner en una órbita estable tres satélites formando un triángulo equilátero de
cinco millones de kilómetros de lado, manteniendo la distancia entre ellos con
una precisión tal que no se desvíen más que el tamaño de un átomo de hidrógeno.
Si LIGO, con brazos de 4 y 2 Km ha conseguido detectar ondas gravitatorias,
imagínese lo que podría lograrse con un instrumento cósmico así. Podrían
detectarse ondas gravitatorias de eventos mucho más modestos y, por tanto más
corrientes o de eventos muchísimo más lejanos. En concreto, tal vez pudiesen
captarse las ondas gravitatorias del Big Bang, ocurrido hace unos 15.000 millones
de años. Lo más de “cerca” que se ha podido observar del Big Bang con los
instrumentos de ondas electromagnéticas ha sido la formación de la radiación de
fondo de microondas, ocurrida 380.000 años después del mismo Parece que el
universo tiene unos 15.000 millones de años de vida, por lo que la radiación de
fondo de microondas se produjo en una escala de diecisiete horas si lo
comparamos con la vida de 80 años de un ser humano. Hasta esa fecha, la materia
estaba ionizada y era opaca para cualquier tipo de ondas electromagnéticas. Sólo
cuando se hizo tranparente apareció una imagen electromagnética que pudiera ser
captada. Sin embargo, el universo ha sido transparente para las ondas
gravitatorias desde el principio. Parece que 17 horas en la vida de un ser
humano es muy poco, pero en ellas pueden pasar cosas decisivas para él. Por eso
sería bueno saber qué pasó en el universo en sus primeros 380.000 años. Y con
un detector de ondas gravitatorias suficientemente potente –y eLISA seguramente
lo sea– podremos escuchar, de verdad, el
llanto del universo en el mismo momento del parto y analizar con ese sentido
del “oído” explosiones de supernovas o estudiar la materia oscura o... pero lo
realmente excitante de lo que se pueda “escuchar” con eLISA es lo que no
podemos siquiera sospechar.
Si alguien quiere ver en animación cómo es eso
de los agujeros negros fundiéndose y visualizar el proyecto LIGO, o una
explicación de las ondas gravitatorias con una toalla, puede hacerlo en estos links:
Pero antes de lanzar los tres satélites que
formen ese gigantesco triángulo hay cuestiones tecnológicas que hay que
solucionar. Para ello, y a modo de prueba, el 3 diciembre 2015 la ESA lanzó el
satélite LISA Pathfinder. Lo que se pretende con él es situar en un punto
llamado de Lagrange[3] a 1,5 millones de kilómetros de la tierra, dos
cubos de oro y platino de 4,5 cm de lado y 2 Kg de peso cada una, situados a 38
cm de distancia entre sí, sin que esta distancia varíe en más del diámetro de
un protón durante seis meses. Si se consigue, es espera que los tres vértices
del triángulo de eLISA, situados cada uno de ellos en un punto de Lagrange
diferente, puedan mantenerse a una distancia prácticamente inmutable. Al mismo
tiempo, se probarán distintos instrumentos de medida. El 23 de Febrero empezará
el experimento y, si tiene éxito será el banderazo de salida para que en 2034
esté operativo el detector cósmico de ondas gravitatorias eLISA.
LISA Pathfinder ha tenido un coste de 430
millones de € y es imposible saber, de momento, cuál será el coste total de
eLISA. Como siempre, habrá quien se pregunte: ¿Merecen la pena los 365 millones
de dólares de LIGO, los 430 millones de euros de LISA Pathfinder más lo que se
hayan gastado en proyectos similares como el VIRGO italo-francés, el TAMA
japonés o el GEO alemán, teniendo en cuenta las dificultades económicas por las
que pasa el mundo y la gente que pasa hambre en él? Mi respuesta es categórica:
SÍ MERECE LA PENA. Y ello por dos motivos de los que no diré cuál es más
importante porque los dos lo son y mucho.
El primero porque estos proyectos son un
tremendo incentivo para desarrollar tecnologías que, más bien pronto que tarde,
acabarán contribuyendo, por caminos imposibles de definir ahora, a la
prosperidad del mundo para todos, ricos y pobres, saciados y hambrientos. Más
aún, las tecnologías emergentes puede ser que lo que permitan es la
supervivencia de la especie humana, ya que sólo con la tecnología se podrá
esquivar el dilema del crecimiento económico de todos los países, el crecimiento
demográfico y la viabilidad ecológica de la Tierra como hogar de la humanidad.
El segundo, porque con estos proyectos nos
acercamos un poquito más a poder responder a las grandes preguntas que los
seres humanos nos hemos hecho desde que existimos. Aunque suenen a tópico,
siguen siendo: ¿Quiénes somos? ¿De dónde venimos? ¿Qué va a ser de nosotros?
Para ilustrar esto, quisiera dejar la palabra al propio Einstein citando
algunas frases suyas:
“La función más importante del arte y la ciencia es
despertar el sentido de religiosidad cósmica en quienes lo buscan”.
“La experiencia más bella que podemos tener es
sentir el misterio [...] En esa emoción fundamental se han basado el verdadero
arte y la verdadera ciencia [...] Esa experiencia engendró también la religión
[...] percibir que tras lo que podemos experimentar se oculta algo inalcanzable
a nuestro espíritu, la razón más profunda y la belleza más radical, que sólo
son accesibles de modo indirecto. Ese conocimiento y esa emoción es la verdadera
religiosidad”.
“... como un niño que entra en una
biblioteca inmensa cuyas paredes están cubiertas de libros escritos en muchas
lenguas distintas. Entiende que alguien ha de haberlos escrito, pero no sabe ni
quién ni cómo. Tampoco comprende los idiomas. Pero observa un orden claro en su
clasificación, un plan misterioso que se le escapa, pero que sospecha
vagamente. Esa es, en mi opinión, la actitud de la mente humana frente a Dios,
incluso la de las personas más inteligentes”.
Porque las
tres preguntas anteriores, las que de verdad importan al ser humano, sólo
pueden responderse desde la trascendencia y la ciencia es una de las maneras
por las que la inteligencia humana puede, si quiere, asomarse a la
trascendencia. Esa búsqueda es la que nos diferencia de los animales.
Es difícil
pensar que detrás de un universo capaz de mandarnos señales inteligibles para
nuestra inteligencia, no se encuentre una INTELIGENCIA sino únicamente el azar.
El propio Einstein también decía:
“Si hay algo que me llene de asombro es que la
realidad responda a unas leyes que la hagan inteligible”.
A mí también
esto me llena de asombro. Y, para acabar, quiero decir, con el libro de los
Salmos lo que me dice este hallazgo:
“Los cielos proclaman la gloria de Dios,
el firmamento pregona la obra de sus
manos;
el día al día le comunica el pregón,
la noche a la noche le transmite la
noticia.
No es un pregón, no son palabras,
no es una voz que se pueda escuchar,
mas por toda la Tierra se extiende su
eco,
y hasta el confín del mundo su mensaje”. (Salmo 19 (18))
[1] El protón tiene un diámetro del
orden de 10-15 metros. Esta cantidad sería a un meto como un grano
de arena al tamaño de la órbita de la tierra alrededor del Sol que es de 150
Millones de Kilómetros.
[2] La luz visible es una radiación
electromagnética como lo son los rayos infrarrojos, los ultravioletas, las
ondas de radio, las microondas, los rayos X o los Gamma. En lo único que
difieren es en su longitud de onda. La idea de que la luz es distinta es únicamente
una impresión antropocéntrica, porque el ojo humano es capaz de captarla,
mientras que otras longitudes de onda no pueden captarse por el sentido de la
vista.
[3] Los puntos de Lagrange son unas
posiciones entre la Tierra y el Sol, donde lo que allí se encuentre mantiene
una posición fija respecto a ambos cuerpos.
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