jueves, 11 de febrero de 2016

El anuncio del siglo (tal vez...)

Los chismes empezaron a fines de septiembre de 2015. No habían pasado más que unos cuantos días desde que concluyó la renovación de 200 millones de dólares y el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferometría Láser (LIGO) ya estaba dando de qué hablar. El primer chismoso fue el físico Lawrence Krauss, de la Universidad de Arizona: "Hay rumores de que el LIGO detectó ondas gravitacionales. Si es cierto, es fantástico. Los mantendré informados", puso Krauss en Twitter el 25 de septiembre, y lanzó una oleada de rumores que terminaron por exasperar a la vocera de la colaboración LIGO, Gabriela González, de la Universidad de Luisiana. González dijo, en pocas palabras, que aún no tenían nada que informar y que había que esperar a que concluyera la ronda de observaciones y el equipo analizara los datos y redactara el artículo correspondiente, lo que no iba a ocurrir antes de febrero. Los rumores continuaron, por supuesto. A fines de enero trascendió un tuit que terminaba con la exclamación woo-hoo! A los pocos días, la colaboración LIGO anunció una conferencia de prensa para el 11 de febrero en la que el equipo ofrecería una actualización sobre la investigación en ondas gravitacionales. La cienciosfera enloqueció. Ya nadie tenía dudas: el LIGO había detectado las ondas gravitacionales cuya existencia predijo Einstein hace exactamente 100 años.

El LIGO no es un laboratorio, sino dos idénticos, separados 3000 kilómetros y consistentes en dos brazos perpendiculares de cuatro kilómetros de largo con tubos al vacío. Por los tubos corre un rayo láser separado en dos en la intersección. Los rayos láser se reflejan en unos espejos muy pesados suspendidos para evitar vibraciones externas. Cuando se vuelven a encontrar, en la intersección de los tubos, los rayos láser pueden hacer dos cosas: 1) si los brazos son exactamente de la misma longitud, no pasa nada; 2) si hay una diferencia de longitud de apenas la milmillonésima parte del tamaño de un átomo, los rayos láser interfieren, lo que se manifiesta en los instrumentos del observatorio.

En la teoría general de la relatividad de Einstein la gravedad no es una fuerza entre dos objetos con masa, como en la teoría clásica de Isaac Newton. Si los planetas giran alrededor del Sol no es porque el Sol y los planetas se atraigan mutuamente, sino porque la masa del Sol hace una concavidad en el espacio. Los planetas sólo siguen el contorno del terreno, como canicas que ruedan en un cuenco. Con esta teoría geométrica de la gravedad, Einstein predijo que los movimientos de grandes concentraciones de masa deberían generar ondas en el propio espacio --digamos, como una gelatina que tiembla, o un insecto acuático que se agita--. El efecto de una onda gravitacional se puede entender así: imagínense un círculo en el espacio. Si lo atraviesa una onda gravitacional, lo veríamos hacerse oblongo y oblato alternadamente al ritmo de la onda. Lo malo es que esta deformación de las cosas al pasar una onda gravitacional era tan minúscula, que el propio Einstein pensó que nunca sería posible detectarlas, si acaso existían.

Otras predicciones de la teoría general de la relatividad (tanto de Einstein como de otras personas) se fueron confirmando al paso de los años, pero las ondas gravitacionales no. En 1969 un físico llamado Joseph Weber construyó un aparato para detectarlas y según él las detectó, pero nadie pudo reproducir su experimento. Weber siguió insistiendo pero nunca pudo convencer a nadie. En 1974 Russell Hulse y Joseph Taylor descubrieron por accidente un sistema estelar que, luego de muchas observaciones, cálculos e hipótesis, resultó ser un par de estrellas de neutrones súper densas que estaban girando una alrededor de la otra, como si bailaran. En la teoría original de Newton dos objetos que se orbitan mutuamente no se inmutan: la órbita se mantiene para siempre en ausencia de influencias externas; pero en la de Einstein este "pulsar binario" debería estar emitiendo ondas gravitacionales. Aunque éstas eran inobservables, había un efecto que sí se podría observar: si estaban emitiendo las famosas ondas, estarían perdiendo energía y al perder energía tendrían que acercarse poco a poco. Hulse y Taylor midieron el efecto y coincidió perfectamente con la hipótesis de que el pulsar binario estaba perdiendo energía por ondas gravitacionales. Era una evidencia indirecta, pero muy convincente, y Hulse y Taylor ganaron el premio Nobel de física en 1993.

Con esta confirmación a medias, la comunidad física se animó a invertir en detectores de ondas gravitacionales más sensibles que el de Weber y en 1999 se inauguraron los dos laboratorios del proyecto LIGO, en parte gracias a los esfuerzos de Rainer Weiss, que se inspiró en el caso de Weber para idear una nueva manera de detectar ondas gravitacionales. Los aparatos tomaron datos entre 2002 y 2010, pero nadie en realidad esperaba que pudieran detectar nada. Las ondas gravitacionales son muy tenues. Se consideraba este periodo como una etapa de pruebas para aprender a operar los aparatos. Pero tras la remodelación que concluyó en septiembre, con el LIGO 10 veces más sensible que antes, era casi seguro que el equipo no tardaría en empezar a detectar ondas gravitacionales de acontecimientos como pulsares binarios y colisiones de hoyos negros en las profundidades del cosmos. Y así, empezaron los rumores. Alguien le respondió el tuit a Krauss con este mensaje: "Como científicos, ¿no deberíamos más bien esperar y no lanzar rumores, sobre todo en espacios públicos?" Y eso, en esencia, es lo que contestó Gabriela González cuando los chismes aumentaron de intensidad.

Y así, hoy, en unos momentos, empezará la conferencia de prensa de la colaboración LIGO en la que, según todo el mundo espera, informarán que han detectado las ondas gravitacionales de Einstein, lo que es muy simbólico en este año en que se cumple un siglo de la predicción.

Mientras espero, tratando de contener la emoción, me pongo a escribir a manera de terapia. (El link por Internet ya está abierto, pero todavía no hay transmisión...).

Mi hija me hizo una pregunta interesante: ¿y si dicen que no existen las ondas gravitacionales? La respuesta tiene dos partes. En primer lugar, con los datos que el equipo haya tomado entre septiembre y el 16 de enero, cuando el LIGO entró en una nueva etapa de remodelación, podría bastar para decir que sí existen, mas no para decir lo contrario. Demostrar que algo existe es más fácil que demostrar que no existe: un solo elefante verde basta para demostrar que existen los elefantes verdes, pero el no ver elefantes verdes no demuestra nada. De modo que si la conferencia de prensa es para decirnos que no han detectado nada será muy decepcionante porque no querría decir que no existen las ondas gravitacionales. Ahora bien, eso sí que sería emocionante: saber con certeza que esa predicción de la teoría general de la relatividad es incorrecta abriría nuevos caminos en la física (para empezar, le quitaría el título de campeona de las teorías de la gravedad a la teoría general de la relatividad). A los físicos les gusta mucho estar en lo cierto, pero les gusta mucho más saber que estaban errados, porque eso abre posibilidades. Algunas personas piensan que lo que quieren los físicos es demostrar que Einstein tenía razón (y que son capaces de hacer trampa, como los políticos, para demostrarlo), pero no es así. En la física no hay próceres, al contrario, los físicos siempre están viendo cómo pueden demostrar que se equivocan (sobre todo otros físicos).

Así pues, hoy es súper jueves, el día en que se demostró que existen las ondas gravitacionales (¿y si no...?), día para recordar en la historia de la ciencia, y no sólo porque se confirmará la última predicción del propio Einstein que quedaba por confirmar (que sería lo de menos), sino porque abrir nuestros ojos a las ondas gravitacionales será como adquirir un nuevo sentido para explorar el universo. Muchos fenómenos cósmicos no emiten luz -o emiten luz que nunca nos llega por diversas razones- pero emiten ondas gravitacionales que sí nos llegan. Hasta ahora hemos sido sordos a las ondas gravitacionales. El LIGO y proyectos similares en Europa son como el primer telescopio de Galileo. Ahora habrá que construir  observatorios de ondas gravitacionales más sensibles, como el proyecto LISA, un conjunto de satélites separados millones de kilómetros que podría detectar ondas mucho más tenues que el LIGO.

Empieza la transmisión (son las 9:17). Se oye una música muy alegre. Hay una pantalla y un letrero de la National Science Foundation. Una bandera de Estados Unidos, personas sentadas, personas que se paran y toman fotos. Estamos a punto de empezar...

PD, 10:18. ¡Fue que sí! Dave Reitze, director ejecutivo del LIGO, empezó con estas palabras: "Damas y caballeros: hemos detectado ondas gravitacionales."

La señal se detectó desde el 14 de septiembre de 2015 en ambos laboratorios al mismo tiempo (indispensable para considerar la señal legítima). Duró 20 microsegundos. La produjo un sistema de dos hoyos negros que se fusionaron emitiendo odas gravitacionales con una potencia 50 veces más grande que la de todas las estrellas del universo juntas. Como explicó Gaby González, portavoz del proyecto, a partir de la frecuencia de las ondas, los científicos de LIGO calcularon que los dos hoyos negros eran de masas iguales a 29 y 30 veces la masa del sol. Reitze dijo que la señal es exactamente lo que se esperaba ver. Esta esperanza, como explicó un poco más adelante Kip Thorne, relativólogo famoso y cofundador del LIGO, se basa en cálculos y simulaciones por súper computadora hechos con las ecuaciones de la teoría general de la relatividad de Einstein, por lo que el descubrimiento confirma: 1) que existen los hoyos negros, 2) que existen los hoyos negros binarios (parejas de hoyos negros en órbita uno alrededor del otro, 3) que existen las ondas gravitacionales tal como las predijo Einstein (lo que es un poquito decepcionante).

Los participantes señalaron  que lo más importante es que "por primera vez el universo nos ha hablado en ondas gravitacionales" y que en adelante podremos no sólo ver, sino oír al universo, lo que seguramente nos permitirá observar fenómenos nuevos.


6 comentarios:

José María Hdz dijo...

muchisimas gracias por comparti esto sergio.
muchos saludos!! que bueno es leerte de vuelta.

Unknown dijo...

Muy bien explicado. Gracias!

Patricia Garmo dijo...

Muy interesante información, pero principalmente gracias por hacerla amena y tenernos a la expectativa de todo lo que vas diciendo así como entendible para los que no somos expertos, pero que siempre disfrutamos tus publicaciones. Claro que es bueno leerte nuevamente, saludos Sergio!!

Jorge Alex Laris Pardo dijo...
Este comentario ha sido eliminado por el autor.
Jorge Alex Laris Pardo dijo...

"La produjo un sistema de dos hoyos negros que se fusionaron emitiendo odas gravitacionales con una potencia 50 veces más grande que la de todas las estrellas del universo juntas". Escupo mi café. No entiendo esto. ¿Significa que si todas las estrellas del universo estuvieran en el mismo lugar entonces ni aun así lograrían igualar las ondas de los dos hoyos? Pero, si todas las estrellas estuviesen en el mismo lugar, ¿No serían un súper ultra duper mega hoyo negro super masivo o algo así? o ¿significa que los dos hoyos produjeron ondas 50 veces más poderosas que las que producen todas las estrellas por separado? ¿Esto significa que la capacidad para producir ondas gravitacionales crece exponencialmente con la masa que acumula un objeto? ... Perdón por todas las preguntas ¡Muchas gracias por compartir esta entrada!

Gestor Gastando dijo...

Yo también tengo la duda de Jorge