Ondas gravitacionales
/ El sonido del Universo
SE ABRE UNA NUEVA VENTANA AL COSMOS
Científicos detectan las ondas gravitacionales 100 años después de
que Einstein predijera su existencia
Reportaje por
Luis Alfonso Gámez / IDEAL - Vocento
La
trascendencia de las ondas gravitacionales
Por
Eduardo Battaner / miembro de la Academia de Ciencias
Matemáticas, Físico-Químicas y Naturales de Granada.
Artículo incluido en IDEAL 14 febrero 2016
Así
era Einstein, el extravagante genio que predijo las ondas
gravitacionales
La nutrida colección de anécdotas sobre su vida nos muestraque era
mejor músico que estudiante, activo pacifista, bromista
empedernido y creyente convencido
Por
E. Arribas / A. Beléndezu clm/ua/socios de La Real
Sociedad Española De Física
WASTE MAGAZINE
EINSTEIN, BIOGRAFÍA
Albert Einstein, nació en Alemania, 14 de marzo de 1879 y murió en
Princeton, Estados Unidos, 18 de abril de 1955) fue un físico
alemán de origen judío, nacionalizado después suizo y
estadounidense. Es considerado como el científico más conocido y
popular del siglo XX.
Albert Eisntein en 1921 Foto: Ferdinand Schmutzer
En 1905, cuando era un joven físico desconocido, empleado en la
Oficina de Patentes de Berna, publicó su teoría de la relatividad
especial. En ella incorporó, en un marco teórico simple
fundamentado en postulados físicos sencillos, conceptos y
fenómenos estudiados antes por Henri Poincaré y por Hendrik
Lorentz. Como una consecuencia lógica de esta teoría, dedujo la
ecuación de la física más conocida a nivel popular: la
equivalencia masa-energía, E=mc². Ese año publicó otros trabajos
que sentarían bases para la física estadística y la mecánica
cuántica.
En 1915 presentó la teoría de la relatividad general, en la que
reformuló por completo el concepto de gravedad.3 Una de las
consecuencias fue el surgimiento del estudio científico del origen
y la evolución del Universo por la rama de la física denominada
cosmología. En 1919, cuando las observaciones británicas de un
eclipse solar confirmaron sus predicciones acerca de la curvatura
de la luz, fue idolatrado por la prensa.4 Einstein se convirtió en
un icono popular de la ciencia mundialmente famoso, un privilegio
al alcance de muy pocos científicos.
Por sus explicaciones sobre el efecto fotoeléctrico y sus
numerosas contribuciones a la física teórica, en 1921 obtuvo el
Premio Nobel de Física y no por la Teoría de la Relatividad, pues
el científico a quien se encomendó la tarea de evaluarla no la
entendió, y temieron correr el riesgo de que luego se demostrase
errónea. En esa época era aún considerada un tanto controvertida.
Ante el ascenso del nazismo, Einstein abandonó Alemania hacia
diciembre de 1932 con destino a Estados Unidos, donde se dedicó a
la docencia en el Institute for Advanced Study. Se nacionalizó
estadounidense en 1940. Durante sus últimos años trabajó por
integrar en una misma teoría la fuerza gravitatoria y la
electromagnética.
Aunque es considerado por algunos como el «padre de la bomba
atómica», abogó por el federalismo mundial, el internacionalismo,
el pacifismo, el sionismo y el socialismo democrático, con una
fuerte devoción por la libertad individual y la libertad de
expresión. Fue proclamado como el «personaje del siglo XX» y el
más preeminente científico por la revista Time.
ONDAS GRAVITACIONALES
SE ABRE UNA NUEVA VENTANA AL COSMOS
Científicos detectan las ondas gravitacionales 100 años después de
que Einstein predijera su existencia.
Los investigadores han visto cómo dos agujeros negros se
fusionaron hace unos 1.300 millones de años para dar lugar a otro
más grande
Reportaje por
Luis Alfonso Gámez / IDEAL - Vocento
"Hemos detectado ondas gravitacionales. ¡Lo hemos hecho!»,
dijo David Reitze, físico del Instituto de Tecnología de
California (Caltech) y director del Observatorio de
Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales (LIGO), en la sede
de la Fundación Nacional para la Ciencia (NSF) de Estados Unidos,
en Washington, poco después de las 16.30 horas. Los periodistas y
científicos que estaban en la sala estallaron en aplausos. Albert
Einstein volvía a tener razón. El físico alemán predijo en 1915,
en el marco de la teoría de la relatividad general, que un suceso
cósmico muy violento generaría ondas gravitacionales que, como las
de agua en un estanque en el que cae una piedra, se propagarían
por el Universo.
Los documentos donde Einstein escribió su teoría
Stephen Hawking Físico
«Podríamos incluso
ver los vestigios del Universo primordial durante el Big
Bang»
Kip Thorne
Físico
«La fusión de los
agujeros negros emitió durante 20 milisegundos más energía que
todas las estrellas del Universo juntas»
Cien años después, un proyecto internacional en el que participan
1.000 científicos de 16 países –incluido un equipo de la
Universidad de las Islas Baleares– ha detectado las ansiadas
perturbaciones. «Hemos tardado meses en ver que eran ondas
gravitacionales, pero lo emocionante es lo que viene
después.Abrimos una nueva ventana al Universo», añadió Reitze
cuando los aplausos cesaron. El hallazgo –un rumor desde hace
semanas en internet– supondrá una revolución para la astronomía y
lo más probable es que sus autores reciban pronto el Nobel. Más de
90.000 personas siguieron ayer en directo la rueda de prensa desde
Washington por internet.
Si hasta ahora los científicos veían el Universo –ya fuera en
forma de luz visible, infrarroja, ultravioleta, rayos X...–, a
partir de de este momento también lo escucharán. «Hace 400 años,
Galileo miró por el telescopio y abrió una época. Ahora, hemos
hecho lo mismo», explicó Reitze. «Esta detección es el comienzo de
una nueva era: la de la astronomía de las ondas gravitacionales»,
apostilló Gabriela González, de la Universidad de Louisiana y
coordinadora del LIGO. «La capacidad de detectar las ondas
gravitacionales tiene el potencial de revolucionar la astronomía»,
declaró Stephen Hawking a la BBC. El físico británico cree que,
«además de probar la teoría de la relatividad general, podemos
esperar ver agujeros negros a lo largo de la historia del
Universo. Podríamos incluso ver los vestigios del Universo
primordial durante el Big Bang». «Las primeras aplicaciones que
vemos ahora son para los agujeros negros, porque no emiten luz y
no los podríamos ver sin las ondas gravitacionales», coincidió el
astrofísico David Shoemaker, responsable de LIGO en el Instituto
de Tecnología de Massachussetts (MIT).
50 años de búsqueda
El anuncio de ayer fue, de hecho, doble y en la línea de lo
apuntado por Hawking yShoemaker: los científicos del LIGO –que
publicarán el hallazgo en la revista ‘Physical Review Letters’– no
sólo han detectado las ansiadas ondas gravitacionales, sino que,
además, gracias a ellas han visto por primera vez la fusión de dos
agujeros negros, el violentísimo fenómeno cósmico que provocó los
pliegues en el espacio-tiempo registrados. Las ondas
gravitacionales se captaron a las 11.51 horas del 14 de septiembre
pasado en los dos detectores gemelos del proyecto, situados en
Livingston (Luisiana) y Hanford (Washington), y dirigidos por un
consorcio de Caltech y del MIT, con el apoyo de la NSF. "La
distorsión en el espacio-tiempo –la onda en el agua del estanque–
se captó primero en Livingston y 17 milisegundos después en
Hanford.
«Mi reacción fue: ‘¡Guau!’. No me lo podía creer», admitió ayer
Reitze. Los científicos llevaban más de 50 años intentando cazar
ondas gravitacionales y lo habían conseguido sólo tres días
después de que los detectores de LIGO volvieran a encenderse tras
de cinco años de mejoras del instrumental. La señal correspondía,
según simulaciones informáticas, al momento en que dos agujeros
negros de masa estelar se fusionan para dar lugar a otro más
grande. Un agujero negro es el cadáver de una estrella muy masiva
que, tras consumir todo su combustible, cae sobre sí misma,
comprime toda su masa hasta límites increíbles y no deja salir
nada, ni siquiera la luz.
Los objetos detectados por el LIGO eran de 29 y 36 masas solares,
pero, en cada caso, empaquetadas en sólo unos 150 kilómetros de
diámetro.Se encontraban en dirección a las Nubes de Magallanes,
galaxias satélites de la nuestra, pero mucho más lejos, a unos
1.300 millones de años luz. Eso significa que la colisión sucedió
hace 1.300 millones de años, «cuando estaban empezando los seres
multicelulares en la Tierra», recordó González.De momento,
con sólo dos detectores, los científicos no pueden precisar más la
localización del fenómeno, pero pronto habrá media docena de
observatorios similares a los gemelos estadounidenses repartidos
por el planeta, incluido el francoitaliano VIRGO, lo que permitirá
ubicar sucesos similares con precisión.
Hito tecnológico
La fusión de los dos agujeros negros lanzó al espacio en forma de
energía más de 3 masas solares. «Fue una tormenta muy violenta y
muy breve. Durante 20 milisegundos, emitió más energía que todas
las estrellas del Universo juntas», explicó Kip Thorne,
físico de Caltech y uno de los padres del LIGO. El suceso provocó
una enorme distorsión en el espacio-tiempo, que, como una onda en
un estanque, fue reduciéndose según se alejaba del lugar a la
velocidad de la luz. Para cuando atravesó la Tierra, 1.300
millones de años después, apenas suponía la fracción del tamaño de
un protón, lo que da una idea de la gran precisión del
instrumental del LIGO.
«El desarrollo tecnológico es impresionante para detectar algo así
en un mundo tan ruidoso», dijo ayer a este periódico Agustín
Sánchez Lavega, astrofísico de la Universidad del PaísVasco. El
planetólogo bilbaíno destacó a este periódico el hecho de que
hasta ahora la ciencia experimental haya confirmado todas las
teorías de Einstein.
«Dos agujeros negros bailan enamorados»
«Hay dos agujeros negros que están bailando
enamorados.Están uno al lado del otro y en un momento dado se
besan, se funden y generan una cantidad de energía nunca vista,
como la del origen del Universo. Esperamos que en el futuro veamos
más agujeros negros bailando», dijo ayer Alicia Sintes, la
investigadora principal del grupo de la Universidad de las Islas
Baleares (UIB) que ha participado en el descubrimiento. Su marido,
el también investigador de la UIB Sasha Husa, fue uno de los
científicos que revisaron todo el código cuando se detectaron las
ondas gravitacionales para verificar que todo estaba
funcionando bien y no era una falsa alrama.
LA TRASCENDENCIA DE LAS ONDAS GRAVITACIONALES
Por
Eduardo Battaner / miembro de la
Academia de Ciencias Matemáticas, Físico-Químicas y Naturales de
Granada.
Artículo incluido en IDEAL 14 febrero 2016
La importancia del descubrimiento es que se trata de
una detección directa y un buen ejemplo de cómo la ciencia pura
promueve el desarrollo de tecnología puntera
Einstein, Einstein, Einstein... “ repetía frecuentemente Niels
Bohr, obsesionado por las críticas de Einstein a la Mecánica
Cuántica. Einstein, Einstein, Einstein... repetimos los
astrofísicos, impresionados por la noticia propiciada por la
Colaboración LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Waves
Observatory). Pero ahora lo hacemos con alegría y emoción. Una
alegría y una emoción que se ha desbordado y ha llegado al
público. ¿Qué significa este gran hallazgo y por qué traemos a la
memoria el nombre de Einstein?
Se trata de la confirmación de una predicción de la teoría de la
relatividad general de Albert Einstein. Se consigue 100 años
después, casi exactamente porque esta teoría fue publicada
en noviembre de 1915 y en su forma definitiva en marzo de 1916.
¿Qué son las ondas gravitacionales?
Es conocido por los curiosos amantes de la ciencia que según la
relatividad la gravitación es equivalente a una curvatura del
espacio-tiempo. Esta deformación es capaz de propagarse en forma
ondulatoria. Se produce en cualquier lugar, aunque para que sea
detectable se precisa que la deformación inicial sea debida a
grandes variaciones de gravitación, como en un sistema doble de
estrellas de neutrones o, como en el caso que nos ocupa, por la
fusión de dos agujeros negros. Al llegar aquí, a la Tierra, las
ondas producen una variación ligerísima en el espacio-tiempo, con
lo cual la distancia entre dos espejos varía. En el caso de este
esta noticia, la separación entre los espejos es de 4 km y la
variación en la distancia es de uno partido por uno seguido de 19
ceros metros.
En 1915 se publica la teoría de la relatividad general. En 1936,
se publica un artículo en el que se predice la existencia de ondas
gravitacionales, en el que Einstein y su colaborador son
conscientes de las dificultades de su detección. Posteriormente,
R. Weis, K. Thorne y R. Drever, los tres profesores «emeritus», en
1980, proponen que con el avance de la tecnología se podía ya
pensar en su detección. Aunque sea un reto colosal, esto es un
buen ejemplo de cómo la ciencia pura promueve el desarrollo de
tecnología puntera. Se propone la idea: es el nacimiento de LIGO.
Este experimento es liderado por Estados Unidos pero goza de la
participación de científicos de muchos países (LIGO+VIRGO), entre
ellos España (grupo de la Profa. Alicia Sintes, de la
universidad de las Islas Baleares). El presupuesto de estos
experimentos es tan elevado que necesita la colaboración
internacional, como es frecuente en las grandes colaboraciones
para observatorios tanto en tierra como espaciales. Esta
cooperación internacional supone además un nexo interactivo de
interés para la humanidad.
La búsqueda de ondas gravitacionales no es nueva. En 1982 se
descubrió que el período orbital de un sistema doble formado por
dos estrellas de neutrones disminuía con el tiempo. Un sistema
doble de este tipo es un lugar ideal para producir ondas
gravitacionales intensas. Se pensó que este aumento era debido a
la pérdida de energía debida a la emisión de las ondas. Se trataba
de una detección indirecta, que necesitaba de una hipótesis para
su interpretación. Por este descubrimiento R. Hulse y J. Taylor
recibieron el premio Nobel en 1993. Pero era necesario una
detección directa.
Muy recientemente una colaboración americana con el nombre de
BICEP2 anunció el descubrimiento de ondas gravitacionales, aunque
estas tenían un origen muy diferente. Digamos que hay dos tipos de
fuentes de ondas gravitacionales. Unas se producen en el universo
actual, en sistemas dobles de objetos muy masivos, como es el caso
del mencionado sistema doble de estrellas de neutrones o, como es
el caso de este descubrimiento que nos permite asistir a la fusión
de dos agujeros negros. Estos agujeros negros se generan en la
muerte de estrellas muy masivas. Para ello hace falta que existan
las estrellas, es decir, en un universo relativamente reciente.
En cambio, las ondas gravitacionales pretendidamente descubiertas
por BICEP2, tenían que haberse originado en una fase muy primitiva
del Universo, denominada «era de la inflación», cuando no existían
aún ni galaxias ni estrellas. En esta era, existían variaciones
aleatorias del espacio-tiempo que son las que se pudieran haberse
detectado en el llamado «Fondo Cósmico de Microondas», CMB. Es
esta una radiación correspondiente a un tiempo de algo menos de
400 mil años después del Big-Bang y que podemos observar hoy.
Se ha predicho que las ondas gravitacionales de la inflación
tienen que producir un tipo muy particular de polarización en el
CMB, los famosos “modos B” de polarización. Esta detección,
publicada a bombo y platillo, sin embargo, tuvo que ser
desmentida. De eso se encargó la misión espacial PLANCK que por
entonces estaba midiendo el CMB con mayor sensibilidad que
nunca. Debemos destacar que en esta misión espacial PLANCK
participa la Universidad de Granada. Con PLANCK se comprobó que
esos modos B descubiertos por BICEP2 no eran la huella de ondas
gravitacionales inflacionarias. Su origen estaba mucho más cerca:
en el polvo del medio interestelar de nuestra propia galaxia, la
Vía Láctea.
En todo caso, esta detección de ondas gravitacionales en el CMB,
que probablemente no tardará en conseguirse realmente, hubiera
sido también una detección indirecta. La importancia del
descubrimiento de LIGO es que se trata de una detección directa.
La emisión tiene una energía equivalente a una masa de tres veces
la masa del Sol, según la fórmula de Einstein E=mc². Comprueba una
predicción de Einstein. Y desde el punto de vista instrumental,
se basa en interferometría láser y fue Einstein quien sentó la
base teórica para el funcionamiento del láser.
Einstein, Einstein, Einstein...
ASÍ ERA EINSTEIN
El extravagante genio que predijo las ondas gravitacionales
La nutrida colección de anécdotas sobre su vida nos muestra que
era mejor músico que estudiante, activo pacifista, bromista
empedernido y creyente convencido
Por E. ARRIBAS / A. BELÉNDEZU / socios de La Real Sociedad
Española De Física /ABC-IDEAL-VOCENTO
«Einstein tenía razón». Así titulaban esta semana buena parte de
los diarios de todo el mundo la primera detección de ondas
gravitacionales. Cien años después de que el inigualable
científico reconociese que las vibraciones producidas en los
confines del universo por fenómenos masivos, que él había predicho
en la Teoría de la Relatividad General, no se detectarían nunca
por ser casi imperceptibles al llegar a la Tierra, los
investigadores del Observatorio de Interferometría Láser de Ondas
Gravitacionales de Estados Unidos conseguían esta semana
captarlas. Un hito científico que abre a la Astrofísica una nueva
ventana por la que no podemos ni imaginarnos lo que seremos
capaces de ver. De estar vivo aún, la prestigiosa revista «Time»,
como ya hizo en 1946 y en 1999, le habría dedicado una portada
para nombrarle, esta vez, «personaje del siglo XXI», al igual que
en 1999 ya lo fue del siglo XX. ¿Pero cómo era uno de los mayores
científicos de todos los tiempos?
Mejor músico que estudiante
Albert Einstein nació en la ciudad alemana de Ulm en 1879 en el
seno de una familia judía. A diferencia de otros grandes
científicos, Einstein no fue un niño prodigio. A los tres años
apenas había aprendido a hablar y hasta los nueve no lo hizo con
fluidez. Sus maestros no lo calificaban ni como un alumno bueno ni
malo, sino del montón. Sin embargo, y debido a la influencia de su
madre, entre los seis y los catorce años recibió clases de violín,
afición que le acompañó hasta su muerte en 1955. «La vida sin
música me resulta inconcebible… la música es mi mayor alegría»,
declaró en más de una ocasión.
Activo pacifista
Estudió Física y Matemáticas en el Instituto Politécnico de la
ciudad suiza de Zúrich, donde en 1896 –y previo pago de tres
marcos- renunció a la nacionalidad alemana, pues no podía
compatibilizar su ideal pacifista con el carácter militarista del
Reich Alemán del káiser Guillermo II. Estuvo tres años sin
nacionalidad, un apátrida, hasta que en 1901 obtuvo la suiza. Tras
graduarse en Zúrich, intentó conseguir un puesto de profesor
universitario pero sin éxito, por lo que buscó otro medio para
ganarse la vida.
Un genio en una oficina
Einstein realizó algunos de sus más grandes logros científicos
entre 1902 y 1909, cuando ese gigante desconocido ocupaba un
humilde puesto como «funcionario técnico» en la Oficina Federal de
Patentes de Berna. Este trabajo le dejaba, sin embargo, el
suficiente tiempo libre para desarrollar, uno tras otro, trabajos
científicos extraordinarios. De hecho, él mismo calificó a estos
años en Berna no sólo como los más felices, sino también como el
período más fructífero en su vida. En 1905, su annus mirabilis,
publica una serie de artículos en «Annalen der Physik», la revista
líder de la física alemana, sobre el efecto fotoeléctrico, el
movimiento browniano y la teoría de la relatividad especial. Tal
es la importancia de estos trabajos que 2005 fue declarado por la
ONU como «Año Internacional de la Física» en conmemoración del
primer centenario de aquel año milagroso de Einstein. Tras la
publicación de estos artículos, fue reconocido como un destacado
científico, lo que le permitió iniciar su carrera como profesor
universitario en Berna, Praga y, en 1914, en Berlín.
Por encima de Newton
Fue en la capital alemana cuando, en 1915, presenta su Teoría de
la Relatividad General, cuyo centenario se celebró el año pasado a
bombo y platillo y que también fue uno de los hitos científicos
que se conmemoraron en el «Año Internacional de la Luz». Desde los
trabajos de Newton, la interacción gravitatoria entre dos masas se
había descrito mediante una fuerza de atracción entre ambas, un
campo gravitatorio que permea completamente el espacio
tridimensional en el que las dos masas se encuentran. Sin embargo,
Einstein propuso que la interacción gravitatoria se pone de
manifiesto de una manera diferente, de una forma puramente
geométrica, mediante la modificación de la propia esencia y forma
del espacio-tiempo. Esto suponía un cambio radical de enfoque, una
nueva teoría de la gravitación que modificaba y corregía a la ley
de la gravitación universal que tan brillantemente había
establecido Isaac Newton casi doscientos cincuenta años antes.
Un sabio extravagante y divertido
La imagen de Einstein como extravagante científico de cabellos
blancos enmarañados es un icono universal. Se le asocia con ideas
brillantes pero especialmente es reconocido por sus ideas
pacifistas y sus frases célebres y anécdotas. Se cuenta que en una
fiesta en la que coincidió con Marilyn Monroe, esta le propuso
ener un hijo. «Imagínese, con su inteligencia y con mi belleza
sería alguien fenomenal», le dijo la sensual actriz
norteamericana. Pero Einstein contestó «Quizá no sea tan buena
idea, imagínese si nace con mi belleza y su inteligencia».
En otra ocasión, su chófer, que lo acompañaba siempre a impartir
conferencias a lo largo Estados Unidos, bromeó sobre si podría él
dar la charla, puesto que aseguraba que la había escuchado tantas
veces que se veía capaz de contarla él mismo. Así sucedió, y
cuando una persona del público le hizo una pregunta al falso
Einstein, este dijo, «esa pregunta es tan fácil que hasta mi
chófer (que en realidad era Einstein) podría contestarla». Y así
lo hizo, porque estaba sentado entre el público.
Un creyente convencido
Cuando a principios del siglo XX empezó a cobrar fuerza la Física
Cuántica, Einstein no le dio mucho crédito. Frente a los cálculos
cuánticos en los que la probabilidad y la incertidumbre juegan un
papel fundamental él prefería una Física totalmente determinista.
De ahí la frase que se le atribuye de «Dios no juega a los dados».
Otra anécdota relevante de su forma de pensar tiene que ver
también con la religión. Se cuenta que cierta vez fue a cortarse
el pelo y, como era su costumbre, inició una charla con el
barbero, que defendía la idea de que Dios no existe. Al
preguntarle Einstein por qué, el barbero afirmó: «Porque hay
demasiadas personas en el mundo que hacen daño a otros. Y si Dios
existiera, no debería existir el mal». Cuando terminó, Einstein
salió y se encontró con un joven de barba larga. El científico le
paró y le pidió que entrase con él a la barbería. Lo hicieron, y
entonces le dijo al sorprendido barbero: «Este joven es la
evidencia de que los barberos no existen». El barbero le contestó
que por supuesto que existían, puesto que allí estaba él, «sólo
que este joven no se acerca a mí para que le arregle la barba»,
dijo. Y Einstein respondió «Pues entonces es lo mismo, Dios existe
pero las personas malas no se acercan a él».
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