Somos energía ralentizada

 

Somos energía ralentizada; por eso precisamente existimos como materia, porque existe el tiempo y el espacio (la velocidad). Y nuestra existencia se debe, además de a la gravedad y a las interacciones débil y fuerte, al bendito electromagnetismo, que es el que mantiene a los átomos de nuestra materia cohesionados e interactúa con el espacio y el tiempo mediante fotones, que son los que crean la ilusión y el orden en el cosmos, gracias a su extraordinaria y sobrecogedora velocidad. Y en la velocidad está también el orden (unos antes y otros después, este aquí y aquel acá, tú allí y yo acullá), ese orden de creación y destrucción en medio de la entropía como artífice de nuestra existencia.

La verdad de lo que somos, de lo que escribimos, de quien nos enamoramos... es nuestra verdad; la verdad de cada uno, que nunca es exactamente igual a la de los demás, por mucho que esta se aproxime.

Así, tú eres único; yo soy único; aquel es único... porque existimos.

Lo curioso es que algunos, aunque han muerto hace mucho tiempo, aún existen en nuestra realidad presente y existirán en el futuro. Son aquellos que se diferenciaron de la masa dejando un resplandor diferente, en forma de información exclusiva y especial que persiste a través del tiempo: su arte, su obra, su pensamiento, su maquiavélica maldad o su excelsa bondad... algo que perdurará a través de los siglos como información, pura y llanamente información.

Eso creo yo que somos.

¿Qué opinas tú al respecto?

LIGO. Propagación y detección de ondas gravitacionales.

 

Todos sabemos que, cuando un objeto golpea el agua de un estanque, se generan ondas que se propagan por su superficie. Pero la onda no es un objeto independiente que viaje sobre el agua. Lo que existe físicamente es una perturbación de la superficie del agua que se desplaza de un lugar a otro. La onda es la forma en que esa perturbación se propaga.

Algo parecido sucede con las ondas gravitacionales. No son una especie de objeto que viaje por el universo, sino una perturbación que se propaga en la propia geometría del espacio-tiempo. Según la teoría de la relatividad general, el espacio y el tiempo no constituyen un escenario rígido e inmutable, sino que pueden deformarse. Y esas deformaciones pueden propagarse en forma de ondas.

Cuando dos agujeros negros chocan y se fusionan, el efecto podría compararse, salvando las enormes distancias que existen entre ambas situaciones, con golpear violentamente el centro de un estanque. Solo que, en este caso, el «estanque» sería el propio espacio-tiempo y el golpe tendría una intensidad inimaginable.

También podríamos imaginar una enorme tarta de gelatina. Si hiciéramos explotar un petardo en su interior, la gelatina se deformaría y esa perturbación se propagaría hacia el exterior en forma de ondas. No habría una cosa llamada «onda» desplazándose por la gelatina: lo que se desplazaría sería la perturbación de la propia gelatina.

Con el espacio-tiempo sucede algo parecido, aunque la comparación tiene sus límites, porque el espacio-tiempo no es una sustancia material como la gelatina. Cuando dos agujeros negros se fusionan, una parte de la energía del sistema se emite en forma de ondas gravitacionales, es decir, como pequeñas perturbaciones que se propagan por el espacio-tiempo a la velocidad de la luz.

Y ahí es donde entra en juego LIGO.

Cada uno de los dos detectores de LIGO tiene dos brazos perpendiculares de cuatro kilómetros de longitud. Por ellos circulan haces de luz láser que son reflejados por espejos situados en los extremos y regresan al punto de partida. El sistema está diseñado para comparar con una precisión extraordinaria la distancia recorrida por los dos haces.

Cuando una onda gravitacional atraviesa el detector, el espacio-tiempo se estira ligeramente en una dirección y, al mismo tiempo, se comprime en la dirección perpendicular. Después ocurre lo contrario: el primer brazo se comprime mientras el otro se estira. Este proceso se repite mientras pasa la onda.

La variación es extraordinariamente pequeña. Tan pequeña que, en los brazos de cuatro kilómetros de LIGO, puede ser del orden de (10^{-18}) metros: muchísimo menos que el tamaño de un protón. En realidad, lo que importa no es tanto el cambio absoluto de longitud como la relación entre ese cambio y la longitud total del brazo, una magnitud que los físicos denominan strain.

¿Cómo puede detectarse algo tan diminuto?

Mediante la interferencia de la luz. Si los dos brazos mantienen exactamente la misma longitud efectiva, los dos haces de láser regresan al punto de encuentro en una determinada relación de fase. Pero cuando una onda gravitacional modifica ligeramente la longitud de los brazos, aunque sea de una manera inimaginablemente pequeña, esa relación cambia. La luz produce entonces un patrón de interferencia diferente, y los instrumentos pueden registrar ese cambio.

A partir de esa señal, los científicos pueden reconstruir lo que ocurrió. No basta con medir simplemente la intensidad de la perturbación para saber automáticamente a qué distancia se produjo o qué masas participaron. La señal contiene una forma característica que cambia con el tiempo, y los investigadores la comparan con modelos calculados mediante las ecuaciones de la relatividad general.

De esa comparación pueden inferir las propiedades del acontecimiento: las masas de los agujeros negros, su movimiento, la distancia aproximada a la que se produjo la fusión y la cantidad de energía que fue emitida en forma de ondas gravitacionales.

Eso es, en realidad, lo extraordinario de LIGO: no estamos viendo directamente cómo chocan dos agujeros negros. Estamos detectando, aquí en la Tierra, la diminuta huella que dejó aquel acontecimiento en la propia geometría del espacio-tiempo después de viajar durante miles de millones de años por el universo.

La primera detección directa, realizada en 2015, procedía de la fusión de dos agujeros negros de unas 36 y 29 masas solares, situada a unos 1.300 millones de años luz. Aproximadamente tres masas solares de energía fueron radiadas en forma de ondas gravitacionales durante una fracción de segundo.

Analizando la esencia de los campos cuánticos. Parte I.

 

¿El nacimiento de un universo?

Quizás nuestro universo sea una gigantesca burbuja de energía en expansión, nacida de la singularidad de un colosal agujero negro que, en un momento dado y debido a procesos físicos aún desconocidos, alcanzó un estado crítico capaz de desencadenar una inmensa liberación de energía. Esta habría perforado la brana sobre la que se sustentaba, permitiendo que la energía fluyera hacia el otro lado y diera origen a un nuevo universo. Si este mecanismo pudiera repetirse indefinidamente, cada universo sería el hijo de otro anterior, formando una sucesión infinita de nacimientos cósmicos.

La inmensa densidad de energía confinada en la singularidad del universo predecesor ejercería una presión extraordinaria sobre la brana que lo sustentaba, deformándola progresivamente hasta generar un abombamiento que constituiría el embrión del nuevo universo. Durante un breve intervalo, la tensión de la propia brana contendría esa enorme concentración de energía hasta que, al superar su límite de resistencia, acabaría desgarrándose. A través de esa ruptura, la energía fluiría violentamente hacia el otro lado de la brana, expandiendo el espacio-tiempo naciente y desencadenando el proceso que hoy identificamos como el período inflacionario del universo.

La energía, una vez liberada, comenzaría a expandirse y, con ello, a enfriarse. El descenso progresivo de la temperatura propiciaría una serie de transiciones de fase mediante las cuales la energía primordial se organizaría en los distintos campos cuánticos fundamentales y en las partículas asociadas a ellos, dando origen a la materia y a las interacciones fundamentales que estructuran el universo. Sin embargo, no toda la energía liberada llegaría a condensarse en estas formas. Una pequeña fracción permanecería ligada a la propia estructura del espacio-tiempo naciente como una manifestación de la tensión residual de la brana que dio origen al nuevo universo. Esta energía del vacío, distribuida uniformemente por todo el cosmos, se identificaría con la constante cosmológica (Λ) y actuaría como el motor de la expansión acelerada del universo, conservando así la huella física del proceso que le dio origen.

Naturalmente, esta propuesta no pretende presentarse como una teoría física establecida, sino como una hipótesis cosmológica especulativa destinada a explorar una posible explicación del origen del universo, de la inflación primordial y de la constante cosmológica (Λ) a partir de un mismo mecanismo fundamental. Las próximas entregas desarrollarán cada uno de estos conceptos con mayor profundidad.

La expansión del universo

 

Un universo con dos relojes... que no marcan la misma hora

Imagina que quieres saber qué hora es y tienes dos relojes muy buenos. Pero uno dice que son las 10:00 y el otro que son las 10:10. Eso es exactamente lo que está pasando con el universo. Los científicos usan distintas formas de medir cómo de rápido se está expandiendo el cosmos, lo que se conoce como la constante de Hubble. Un método observa el universo muy antiguo, analizando la luz más antigua que existe. Otro método mide galaxias y estrellas más cercanas, es decir, el universo actual. Y aquí está el problema: no coinciden. Durante años se pensó que uno de los métodos estaba equivocado. Sin embargo, observaciones más recientes y precisas indican que ambos son correctos. Entonces surge una pregunta inquietante: ¿qué está pasando? La respuesta más probable es que nuestro conocimiento del universo está incompleto. Puede que exista algún fenómeno que todavía no entendemos, relacionado con componentes misteriosos como la energía oscura. La idea clave es sencilla pero profunda: el universo no encaja del todo con nuestras teorías actuales. Y cuando eso ocurre, en ciencia, suele ser el inicio de un gran descubrimiento.