Palabras Con Ciencia

Sobre la naturaleza de las ondas gravitatorias

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Por Julio García /

El 11 de febrero de 2016, el mundo recibió la noticia que confirmaba una de las predicciones más notables del siglo XX: la existencia de ondas de gravedad que habían sido predichas por Albert Einstein en su ya famosa Teoría General de la Relatividad.

 

La primera detección formal de estas ondas tan elusivas se hizo el 14 de septiembre de 2015 por los observatorios LIGO y Virgo, los cuales se encuentran en Estados Unidos e Italia, respectivamente.

 

Un observatorio de ondas gravitacionales es muy distinto a uno que observa ondas de luz u otras ondas electromagnéticas, ya que las ondas de gravedad son consecuencia directa de la curvatura del espacio-tiempo. Curvatura que, a su vez, es el resultado del peso de los cuerpos por lo que, a mayor curvatura, mayor peso y por consiguiente ondas de gravedad que se distinguen por tener más energía.

 

Al contrario de lo que sucede con las ondas electromagnéticas, las ondas de gravedad se propagan por el espacio como fantasmas porque son prácticamente indetectables y, pese a que viajan a la velocidad de la luz como las ondas electromagnéticas, hoy se intuye que el gravitón, una pequeña partícula de la cual se intuye su existencia a través de la teoría, es la responsable de que estas ondas viajen por el espacio y el tiempo. Sobre el fotón, la partícula que transporta las ondas electromagnéticas y la luz, sí se ha podido demostrar su existencia a través de varios experimentos (seguramente veremos en pocos años cómo los investigadores descubren el gravitón).

 

Las ondas gravitatorias fueron propuestas en 1905 por el físico francés Henri Poincaré y posteriormente las predijo Einstein en 1916. Digo predichas porque no fue sino hasta 2016 cuando se tuvo certeza absoluta de su existencia a través de su detección directa. Recordemos que la ciencia muchas veces basa sus predicciones en teorías matemáticas, pero, si dichas matemáticas están equivocadas al momento de ser contrastadas con la realidad, entonces la teoría simplemente se descarta y se busca otra mejor que se ajuste con la verdad. Así es como la ciencia avanza y opera, muchas veces a pasos lentos y con incertidumbre, pero casi siempre seguros. Y la incertidumbre es precisamente lo que alimenta de ideas, creatividad e imaginación la cabeza de los científicos, quienes necesitan de la incertidumbre para poder crear los grandes constructos teóricos que han cambiado nuestra vida y nuestro entendimiento del universo para siempre.

 

Uno de estos científicos que revolucionó el pensamiento y nuestra idea del mundo que habitamos fue, sin la menor duda, Isaac Newton (1642-1727) pero quien, desafortunadamente, fue incapaz de predecir la existencia de las ondas de gravedad a través de su teoría de la Gravitación Universal. Y no lo hizo porque en aquel siglo XVII se desconocía que la luz tenía una velocidad finita ya que se pensaba que los cuerpos transmitían su energía a otros de manera instantánea.

 

Pero Einstein y otros físicos vinieron a romper esta idea al comprobarse que la luz se transmite a 300,000 km/s (velocidad finita) y, por lo tanto, absolutamente nada puede viajar más rápido que ella, incluyendo las ondas de gravedad.

 

Ahora bien: una de las características más significativas de dichas ondas es que pueden penetrar regiones del espacio que las ondas electromagnéticas no pueden penetrar, por lo que son un buen ejemplo para detectar agujeros negros que están naciendo, así como también otros objetos exóticos que se encuentren en las profundidades del universo conocido. De hecho, nosotros, aquí en la Tierra, estamos constantemente siendo atravesados por ondas de gravedad. El asunto es que son tan débiles que es imposible percibirlo (al menos que sea a través, como ya hemos dicho, de instrumentos sofisticados de detección altamente sensibles como los interferómetros láser).

 

Las ondas de gravedad solamente se producen a partir del cambio en el movimiento de los objetos, como pueden ser un planeta y una estrella orbitando uno junto al otro. Este movimiento constante, la velocidad y el simple pero complejo hecho de orbitar es lo que produce dichas ondas; una estrella de tipo supernova radiará ondas de gravedad en cantidades mayúsculas salvo en el caso en el que la explosión sea perfectamente simétrica, algo que es muy improbable. Pero un objeto aislado, que no tenga giro ni movimiento, y que tenga una velocidad constante, tampoco radiará ondas de gravedad.

 

Una manera de comprender el comportamiento de dichas ondas puede ser imaginando un cubo finito con varias líneas horizontales y verticales flexibles que están atravesadas por varios sistemas solares compuestos por estrellas y planetas de diferentes tamaños y que giran a velocidades diferentes. Estos sistemas de estrellas y planetas no solamente curvarán las líneas imaginarias, sino que las harán torcerse, constreñirse, modificarse, como si de goma se tratara. Las líneas en dicho cubo representan a las ondas de gravedad curvándose por el peso que ejercen los cuerpos sobre la estructura del propio cubo. A mayor peso y movimiento, mayor será el efecto en las líneas horizontales y verticales. En otras palabras: las ondas de gravedad alteran la propia estructura del espacio y el tiempo cuando hay objetos masivos en movimiento y que tienen velocidad. De hecho, un agujero negro será capaz de crear mayor efecto sobre las líneas que un planeta o una estrella. Las ondas de gravead, hay que decirlo también, son inversamente proporcionales a la distancia: esto quiere decir que, a mayor distancia, menor será su efecto. Esto mismo sucede con la energía electromagnética donde, a mayor distancia, menor energética será una onda; por lo que las leyes de la física se aplican por igual a todos los fenómenos que observamos, o al menos en lo que respecta a la llamada ley del cuadrado inverso, que ya explicamos.

 

¿Pero cómo detectan los científicos las ondas de gravedad? Hasta el momento solamente se ha inventado una manera de hacerlo y es a través de detectores en la superficie de la Tierra como lo hacen Ligo y VIRGO. En los sitios en lo que operan estos telescopios, se instalaron dos grandes brazos de metal que miden varios kilómetros de diámetro. Cada brazo contiene detectores que envían la información a una computadora central. Pero ¿por qué poner dos brazos en forma de L con tamaños kilométricos como están dispuestos los de Ligo y Virgo? Porque, debido a que las ondas de gravedad son tan débiles, nos llegan de lugares lejanos, entonces los detectores no solamente deben ser grandes, sino altamente sensibles. Cuando una onda de gravedad se topa con los brazos de estos telescopios, producen un movimiento imperceptible en los brazos, movimiento que es entonces registrado por las computadoras a través de sofisticados algoritmos que descartan que la señal no provenga de otra fuente. Ha llevado décadas lograr que la precisión de estos aparatos sea la necesaria para poder recibir ondas de gravedad.

 

El universo y la naturaleza siempre nos están sorprendiendo. Ésa es una de sus características fundamentales. Hoy sabemos, por ejemplo, que el cosmos está formado por materia ordinaria (de la que estamos formados usted y yo, las estrellas, los planetas y las galaxias) y que representa tan solo el 4% de toda la materia existente. El 96% restante es materia y energía oscura de los que poco se sabe de su origen y, mucho menos, cómo interactúa con la materia ordinaria.

 

Se cree que la energía oscura juega un papel fundamental en la expansión y aceleración constante del universo, que lo hace cada vez más rápido. Hoy por hoy se han podido detectar ondas de gravedad, confirmando la teoría de Einstein, pero desconocemos cuál es la verdadera naturaleza de estas ondas, si realmente pertenecen a una partícula o no, o si jugaron un papel fundamental en el origen del universo y cómo es que surgió el gravitón si es que existe, ¿a partir de la nada? Éstas son preguntas que más bien pertenecen al reino de la filosofía. La ciencia no ha podido responderlas, pero seguramente lo hará en un futuro. ¿Lo verá nuestra generación? No lo creo. Pero tampoco sabíamos que la Tierra es redonda, o que la fuerza de gravedad es producto de la curvatura del espacio y el tiempo. ¿Dónde están los einsteins del siglo XXI? Seguramente trabajando en conjunto con otros colegas, porque el conocimiento de hoy se produce solamente a partir de la colaboración. Ya no es como en siglos anteriores donde el científico se sentaba cómodamente en su despacho a cavilar sobre la realidad. Hoy la ciencia es una empresa colectiva, no individual, de ahí su poder.

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Selene Rios

Neoderma Clinica