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Domingo 21 de Febrero de 2016

Hacia una foto fiel del momento de la Creación

Hallan ondas gravitacionales. El nuevo hito en la historia de la ciencia vuelve a consagrar a Albert Einstein. En el eco del sismo que provoca la evidencia, resuenan las voces de otros genios cordobeses. Más cerca de conocer del origen del universo.

Un grupo de científicos detectó por primera vez las ondas gravitacionales –que Albert Einstein predijo hace un siglo en su Teoría de la Relatividad General– de manera directa el pasado 14 de septiembre, según anunciaron hace una semana los responsables del proyecto Ligo (sigla en inglés de Observatorio Estadounidense de Interferometría Láser).
Ahora bien, en opinión del exdirector de la Famaf de la UNC (Facultad de Matemática, Astronomía y Física de la Universidad Nacional de Córdoba), Horacio Pastawski, “aunque usualmente son atribuidas a Einstein, las ondas gravitacionales fueron predichas en 1925 por Guido Beck. Este checo-judío resolvió la Teoría General de la Gravitación de Einstein en «un universo cilíndrico»”.
Pastawski –además de haber dirigido la institución mientras tenía a su cargo a algunos protagonistas argentinos del reciente hallazgo–, es investigador superior del Conicet, profesor de la UNC y miembro de la Academia Nacional de Ciencias. Aportó ese dato el 12 de febrero en una columna que tituló “El «cordobés» Guido Beck lo predijo primero”, publicada en www.lavoz.com.ar/ciudadanos/el-cordobes-guido-beck-lo-predijo-primero.
Y escribió: “Su brillante carrera en Europa terminó en un campo de detención nazi. De allí lo rescató Enrique Gaviola, fundador de la Facultad de Matemática, Astronomía y Física de la UNC, quien consiguió contratarlo para el Observatorio Astronómico de Córdoba. Aquí, don Guido fue el maestro que introdujo a Ernesto Sábato, Mario Bunge, Alberto Maiztegui, José Balseiro y otros en la teoría cuántica...”.
Con independencia de esta curiosa referencia a Beck –apasionante y desconocida por muchos, por cierto–, lo anunciado por Ligo abre una nueva mirada y comprensión del universo; que Diario UNO intentará comprender en diálogo con el propio Horacio Pastawski y con el doctor en Física santafesino Eduardo Albanesi, investigador y miembro del Consejo de Dirección del Instituto de Física del Litoral (Ifis Litoral) – Conicet.
“Las ondas gravitacionales están relacionadas con los cuerpos que poseen masa (cuya materia puede medirse). Por eso su significado está ligado a las interacciones gravitatorias. Conocemos bien la atracción que la Tierra ejerce sobre nosotros, es lo que llamamos «fuerza gravitatoria» (o gravedad). La imagen de Newton viendo caer la manzana, observación a partir de la cual desarrolla la Mecánica Clásica o newtoniana, es familiar. La Teoría de la Relatividad General de Albert Einstein extiende la Mecánica newtoniana, porque describe, en cambio, a la interacción gravitatoria como una modificación geométrica del espacio-tiempo que rodea a un cuerpo con masa”, comenzó explicando Albanesi.
Y agregó: “Una buena analogía es pensar en una sábana muy estirada y plana (o una cama elástica), donde al colocar cualquier cuerpo (una pelota, una persona, etcétera) deforma esa superficie plana y se produce una modificación (hundimiento de la sábana o del plano elástico) que es más pronunciada alrededor del objeto colocado; y que se va perdiendo (reobteniendo la planicie) en las zonas más alejadas del cuerpo”.
Es decir que, para el experto santafesino, “la gravedad pasa a ser una deformación del espacio-tiempo por la presencia de un cuerpo con masa”.
Entonces, ilustró Albanesi, cuando se mueve un cuerpo en el espacio-tiempo, la deformación original va variando, y se producen vibraciones, que se llaman “ondas gravitacionales”.
“Otra analogía es pensar en arrojar un objeto en un estanque de agua: vemos que se forman ondas concéntricas, que se van alejando del lugar donde está el cuerpo, y a grandes distancias se atenúan y desaparecen”, profundizó la explicación.
“De manera similar–completó el científico local– el movimiento de un cuerpo masivo produce vibraciones del espacio-tiempo, llamadas ondas gravitacionales, que viajan a la velocidad de la luz. Estas son muy débiles y se atenúan con la distancia, aún para masas muy grandes comparables a las de la Tierra, o el Sol, u otros cuerpos celestes. Se necesitan movimientos de masas colosalmente grandes, para que las ondas gravitacionales se vuelvan perceptibles (es decir, medibles)”. 
El sonido que viajó millones de años
—¿Y cómo fue posible detectarlas?
Eduardo Albanesi: porque el choque de agujeros negros, por las enormes masas involucradas, producen ondas gravitacionales medibles aún a distancias muy lejanas. Eso es lo que ha ocurrido hace 1.300 millones de años, cuando colisionaron dos agujeros negros que orbitaban entre sí, y generaron ondas gravitacionales, que tardaron ese tiempo en llegar hasta aquí, con suficiente intensidad como para que desde el proyecto Ligo pudieran medirlas en forma directa por interferometría láser.
—¿Por qué estas ondas permitirían “ver” o describir mejor el universo?
E. A.: porque la interacción gravitacional está presente desde el origen del universo, ya que el Big Bang fue la expansión del espacio-tiempo, cuyas variaciones generaron necesariamente ondas gravitacionales. Por lo tanto, al poder medirlas, se tiene información desde el mismo momento del comienzo de la formación del universo. Y dado que estas ondas interactúan débilmente con el resto de los componentes del universo, pueden viajar hasta el tiempo actual, trayendo consigo esa información. Es la primera vez que se tiene información de hace 1.300 millones de años atrás. Cuando se logren medir ondas de eventos de antes, y aún al iniciarse el universo, pues estaremos en el origen del universo, que se estima hoy en 13.800 millones de años atrás.
Horacio Pastawski: a lo largo de los siglos, la observación del universo estuvo limitada por la simple observación visual practicada desde la antigüedad. Galileo comenzó a usar telescopio y le condujo al revolucionario descubrimiento que Júpiter tenían sus propios satélites, confirmando la teoría heliocéntrica de Copérnico y posibilitando el desarrollo la teoría de Newton para la gravitación universal. Confirmada esta, hacia fines del siglo XIX ya se comenzaron a usar espectrógrafos, que discriminaban los colores visibles y no visibles de la luz de las estrellas. Desde 1980 el Observatorio Astronómico de Córdoba, creado por Sarmiento, se plegó a este esfuerzo internacional. Esto permitió comenzar a inferir la estructura de nuestra galaxia, la Vía Láctea, como un cúmulo de unos cien mil millones de estrellas entre las cuales nuestro sol está en la periferia. Ya en el siglo XX se usaron telescopios más perfeccionados, entre ellos, la Estación Astrofísica de Bosque Alegre, instalada hacia 1942 por Enrique Gaviola, y se descubrieron y estudiaron muchas nuevas galaxias. En realidad unas cien mil millones de ellas, en lo que llamamos nuestro universo. Perfeccionando la observación se pudo inducir que el universo está en expansión. Esto llevó a inferir la teoría del Big Bang, o instante inicial. Cuando los radiotelescopios comenzaron a tomar datos de precisión se hizo un mapa de la radiación electromagnética no visible al ojo humano que confirmó la teoría del Big Bang. Ahora aparece una nueva herramienta totalmente independiente, las ondas gravitacionales, que permiten “ver” eventos astronómicos antes impensados. Así como las aves ven lo que ocurre con sus ojos y los murciélagos usan los ecos acústicos, en este caso se pudo “oír/ver” cómo dos agujeros negros colisionaron en una galaxia lejana.
—Es decir, que se probó lo que sostuvo en el siglo pasado Einstein.
E.A.: ya lo demostró rigurosamente, a partir de la Teoría General de la Relatividad. Al medirlas, ahora se prueba la existencia de las ondas gravitacionales propiamente dichas, e indirectamente se reafirma la validez de la Teoría de la Relatividad. 
Cuatro dimensiones
—¿Qué es el tiempo y qué es el espacio? ¿Qué vínculo hay entre ellos? 
H.P.: con su teoría especial de la Relatividad de 1905, Einstein explicó que, para ser consistentes con nuestras observaciones, ningún cuerpo ni información puede propagarse con velocidad superior a la de la luz. Para ello fue necesario reconocer que el espacio (largo, ancho y altura que medimos con la cinta métrica), resulte intrínsecamente ligada con el tiempo que miden los relojes. Si la superficie de una laguna es un espacio de dos dimensiones el espacio-tiempo tiene cuatro dimensiones. Posteriormente, Einstein se preguntó si la fuerza que sentimos cuando nuestro auto es acelerado fuertemente no podría identificarse con la fuerza con que la Tierra nos atrae hacia su centro, es decir, su peso. Postulando esta equivalencia construye una teoría geométrica del espacio-tiempo, en la cual la presencia de una masa distorsiona el espacio-tiempo. Los efectos más inmediatos que se verificaron, durante un eclipse, fue que la luz de una estrella se desvía al pasar cerca del sol y ser atraída por este. En un contexto de ficción científica, los efectos más dramáticos son ilustrados con propiedad en la reciente película Interstellar. Otra de las predicciones de la teoría es que desplazamiento de cuerpos masivos debe producir una distorsión en la estructura del espacio-tiempo análoga a las ondas que se propagan en un estanque cuando cae una piedra. Esta distorsión transporta parte de la energía de ese cuerpo. Aunque Einstein obtuvo este comportamiento en 1916, muy pronto después de haber formulado la teoría, las dificultades matemáticas de la misma hicieron que modificara su convicción sobre ella. En gran parte esas dificultades matemáticas fueron solucionadas por Guido Beck en 1925, y redescubiertas por Einstein en 1936. Menciono a Guido Beck porque, rescatado de un campo de detención nazi y contratado por Gaviola en el Observatorio Astronómico de Córdoba, tuvo un rol crucial en el desarrollo de la física argentina. No sería difícil rastrear su influencia, aunque sea indirecta, en la formación académica de los distinguidos físicos argentinos que participaron del proyecto Ligo.
—¿El universo tienen un límite, un “fondo”, de los que se puede tener ahora registro? Ese límite, ¿es el punto en donde termina o bien en donde comienza el universo?
H.P.: por el momento nuestra limitación es la sensibilidad del instrumento, ya extendido más allá de los límites que nos imaginábamos, pero después de estos resultados no me atrevo a predecir nuevas limitaciones. Sobre todo si estos experimentos se pueden implementar en el espacio. La activación de otros centros de detección en la Tierra permitirá, mejorar la relación señal-ruido y localizar espacialmente los eventos detectados.
Una revolución impredecible
—¿Qué implicancias podría eso tener en algunos aspectos de la ciencia (y de la tecnología)?
—H.P.: las implicancias son enormes. En cuanto a la ciencia, ya he descripto cómo cada avance en nuestro medio produjo una revolución conceptual respecto de nuestra posición en el universo y la historia del mismo. Esta nueva herramienta no será menos. Nunca habíamos podido confirmar que dos agujeros negros colisionaran. Cuando aprendamos a usar esta tecnología más eficientemente se va a poder oír y entender eventos astronómicos que hasta ahora solo imaginamos y probablemente algunos que no hayan sido concebidos antes. La ondas gravitacionales no tienen en sí mismas una aplicación tecnológica más allá de la observación astronómica. Sin embargo las tecnologías que se tuvieron que desarrollar para detectarlas, que van desde láseres especiales a nuevos materiales, técnicas de manejo de información y eliminación de ruido, sin duda tendrán impacto inconmensurable en nuestra vida cotidiana en el curso de la siguiente década.
—¿Cómo imagina ese impacto?
—Así como los viajes espaciales tuvieron efecto de derrame tecnológico inmenso, los grandes experimentos como el Ligo, el observatorio de rayos cósmicos Auger instalado en Malargüe, o La Máquina de Dios de Ginebra, obligaron a desarrollar tecnologías de valor impredecible, la internet, entre ellas. 
El origen del origen
—La teoría sobre que la masa total del universo estaba concentrada en un punto y que estalló, se expandió y que todavía se expande, dando origen al universo tal como hoy lo “conocemos” o entendemos, ¿podría comprobarse en el futuro mediante el registro de las ondas gravitaciones que eso habría generado? ¿Podría determinarse entonces la fecha exacta de ese “comienzo” si se comprobara?
H.P.: no hay demasiada duda acerca del tiempo transcurrido desde el inicio de nuestro universo. Sin embargo existen incógnitas cruciales como la existencia de la materia oscura y la energía oscura, es decir materia y energía de las que solo se tienen evidencia a través de sus efectos gravitacionales y que constituirían una fracción mayoritaria de la materia y energía del universo. Es muy posible que las ondas gravitacionales producidas por distintos eventos astronómicos puedan aportar evidencias que ayuden a develar estas cruciales incógnitas.
E. A: el universo se origina a partir de las fluctuaciones del campo cuántico, y lo que se expandió explosivamente es el espacio-tiempo, generando más masa y energía. Algunas cuestiones que aún no están claras es la existencia de la materia oscura, y de la energía oscura. Se llaman así porque no se sabe qué son, pero tienen que estar, porque la masa y energía que conocemos y medimos es solo el 5 por ciento del total. Es decir, el 95 por ciento de lo que compone el universo es desconocido hasta ahora. Y sí, la posibilidad de medir las características particulares de las ondas gravitacionales que se originaron en el comienzo mismo, darían información experimental de qué ocurría en ese momento, y cómo variaron las interacciones, la materia al avanzar el tiempo. 
Ver/oír agujeros negros
—¿Qué son los “agujeros negros” y por qué se fusionan?
H .P: imaginemos que tiramos un tiro hacia arriba, sabemos que la bala caerá nuevamente por acción de su peso o fuerza de gravedad. Sin embargo, si usáramos una superpistola capaz de imprimir suficiente velocidad inicial que exceda la llamada velocidad de escape, la bala vencería la gravedad y saldría al espacio infinito. En nuestros cohetes necesitamos que excedan esta velocidad de escape, que es mayor cuanto mayor sea la masa. En Júpiter es mayor mientras que en la Luna es mucho menor como lo evidenciaban los astronautas saltando sin dificultad aún con sus pesados trajes. Si tuviéramos en presencia de un cuerpo con masa suficientemente concentrada, esta velocidad límite sería más grande que la velocidad de la luz. Estaríamos en presencia de un agujero negro, ya que ni siquiera la luz, menos una bala, podría escapar de él. El agujero negro se forma por concentración de masa producida por fenómenos de escala astronómica, en particular es típico encontrar agujeros negros en los centros de las galaxias. Sin embargo, su presencia solo podía inferirse por la presencia de estrellas rotando alrededor de ellos o bien por su efecto de atraer la luz que pasa cerca y actuar como lentes gravitacionales. Ahora Ligo fue capaz de ver/oír nada menos que dos agujeros negros atrayéndose mutuamente hasta conformar un único agujero negro, todo ello en menos de una fracción de segundo. En realidad este evento fue una verdadera catástrofe, que en solo un instante irradió una potencia que supera a toda la luz de las estrellas del universo. Aumentando la sensibilidad o cercanía del evento se podrá ver/oír eventos más benignos, por ejemplo, cómo un agujero negro deglute una estrella. 
¿Viajar en el tiempo?
—En un artículo se afirma que las ondas gravitacionales serían “una fuente de información desde el fondo del tiempo y del espacio que se escucha por primera vez”. ¿Qué opina de esta descripción, quizás metafórica, del hallazgo? 
H .P: en este caso, los agujeros negros colisionaron en una galaxia muy lejana, distante unos mil millones de años luz de nosotros. Una distancia casi inconcebible si recordamos que en un segundo la luz recorre trescientos mil kilómetros. Si conseguimos no marearnos con estos números, podemos intentar imaginar hace cuánto tiempo ocurrió este evento y cuán lejos fue. Pudimos oírlo durante la fracción de segundo en que este frente de onda llegó a la Tierra. En realidad, cuando miramos el cielo estamos ya hurgando en el pasado, cuanto más potente el telescopio más lejos podemos ver y más antigua es la señal que detectamos. Cuando continúen los estudios, tendremos información de eventos más lejanos y más antiguos, cada vez más cercanos al instante del Big Bang, hace unos trece mil millones de años.
—¿Podríamos en el mediano plazo –como en las películas– viajar en el tiempo? Y eso, ¿qué implicaría?
—Nada de eso en el mediano plazo. En todo caso se podría viajar al futuro, como ocurre en la película Interstellar. Hay otra predicción de Einstein, lo que hoy se llaman agujeros de gusano, que permitirían saltos espacio temporales. Pero por ahora no hay ningún indicio de su existencia ni se sabe por dónde buscar.
—¿Cómo sería viajar al Futuro?
—En realidad lo que ocurre es que mientras para los astronautas transcurrieron dos horas en la cercanía de un agujero negro, en la tierra transcurrieron 17 años. Eso es consecuencia de la relatividad de Einstein. 
Mariano Ruiz Clausen / UNO Santa Fe

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