Archivo mensual: enero 2014

Chandra: dentro de un agujero negro

En 1930, Sbrahmanyan Chandrasekhar era un joven hindú de 24 años de edad, natural de Lahore (ahora Pakistán), recién licenciado en físicas. En el colegio había destacado por su habilidad con las matemáticas, física y química e, incluso, en el estudio del sánscrito. A pesar de la falta de medios y libros adecuados, Chandra -que así le llamaban sus amigos- se las había apañado para adquirir unos aceptables conocimientos de una de las más novedosas teorías del momento: la mecánica cuántica fundada por Max Planck. Incluso ganó un concurso en la facultad gracias a un ensayo sobre esta materia, el premio era un libro y él pidió uno titulado: La constitución de las estrellas, de Sir Arthur Eddington.
Eddington era por entonces uno de los físicos más eminentes del planeta. Conquistó la fama tras un viaje a las Islas Príncipe, cerca de África, para observar el eclipse solar del 29 de mayo de 1919. La Teoría de la Relatividad General de Einstein había predicho que, al ocultarse el Sol tras la Luna durante el eclipse, la luz procedente de las estrellas cercanas al Astro Rey sería curvada por la gravedad solar falseando su posición en el firmamento. Aunque la expedición tuvo muchos problemas, los datos recopilados demostraron que Einstein llevaba razón. Cuentan que, a su vuelta, un periodista le preguntó: “Sir Arthur, ¿es verdad que sólo hay tres personas en el mundo que comprenden la Teoría de la Relatividad y que usted es una de ellas?”. Eddington quedó pensativo y contestó: “Estoy intentando averiguar quién es la tercera persona.”
Eddington ni siquiera había oído hablar de él, pero el joven Chandrashekar comprendía muy bien las teorías de Einstein. Recién licenciado, con el libro del físico inglés bajo el brazo, se embarcó hacia Inglaterra para estudiar en la Universidad de Cambridge, gracias a una beca del gobierno. Poco propenso a perder el tiempo, Chandra decidió enfrascarse en un problema durante la travesía: intentar descubrir la estructura interna de las estrellas denominadas “enanas blancas”.
Es maravilloso pensar que el cerebro humano pueda ser tan osado. Aquel jovenzuelo armado de papel y lápiz, luchando contra el tedio de un viaje de varios meses en barco, escribiendo extrañas ecuaciones pobladas de signos incomprensibles, fue capaz de descender hasta el mismísimo corazón de las estrellas.
Las ecuaciones fueron fluyendo, una tras otra, descifrando el complejo comportamiento de la estrella moribunda cuando el combustible nuclear se acaba. Chandra imaginaba la terrible lucha de la gravedad, que todo lo comprime, cuando desaparece la fuente de energía interna que calienta y expande la materia. Según las creencias de entonces, llegado un momento, las estrellas no se podían comprimir más y morían lentamente radiando el calor remanente al espacio hasta convertirse en cenizas errantes, oscuras y frías. Pero Chandra comprendió que la Teoría de la Relatividad tenía algo que decir a ese proceso y aplicó las ecuaciones de Einstein.
Para sorpresa del joven físico, los resultados de sus cálculos decían que cuando la masa de la estrella supera un límite (ahora establecido en 1,44 veces la masa del Sol), el astro se contrae más y más, hasta el infinito. La estrella moribunda se convierte entonces en un objeto extraño, pequeño e inmensamente densa, tan masiva que nada escapa a su atracción gravitatoria, ni siquiera la luz. Es un objeto enigmático, que engulle sin piedad todo lo que tiene alrededor: un agujero negro.

Eddington, el mismo que había creído a ciegas en las teorías del joven Einstein hasta el punto de embarcarse en un peligroso viaje para demostrarlas, no supo ver la extraordinaria creación de aquel joven hindú y puso en duda sus resultados. “Creo que debe haber una ley natural que impida a una estrella comportarse de forma tan absurda”- exclamó. La historia se repitió pero, una vez más, ganó la Ciencia. Chandrasekhar rompió los moldes y demostró que el Cosmos es muy diverso, dinámico y vivo, cargado de energía que evoluciona de infinitas maneras dando a luz a insospechadas maravillas. En 1983, la comunidad científica concedió el Premio Nobel de Física a Sbrahmanyan Chandrasekhar.
El 23 de Julio de 1999, la NASA puso en órbita el Observatorio de rayos-X Chandra. Este observatorio no puede ver los agujeros negros directamente pero sí puede detectarlos de manera indirecta, observando las emisiones de rayos X que libera la materia al caer en ellos. Gracias a Chandra y a otros instrumentos ahora sabemos que existen agujeros negros de muchos tamaños. Unos, enormes, habitan en el centro de las galaxias y tienen masas de miles de millones de soles, otros son más modestos, como GRS 1915, que tiene una masa de 10 soles y se alimenta del material que roba a una estrella compañera. Se habla, incluso, de mini agujeros negros del tamaño de partículas elementales.
La historia se repite una y otra vez: la juventud de Chandrasekhar, unida al conocimiento y a su trabajo extenuante, le proporcionó, gracias a su curiosidad, visiones insólitas del mundo. Como tantas veces sucede, la osadía de las nuevas ideas choca con las verdades establecidas y, sobre todo, con los que las defienden. Pero el conocimiento, como la juventud, no tiene color, raza o fronteras y, tarde o temprano, triunfa.

Publicado en Diario de Avisos – Principia 25 de enero de 2014

HUELLAS EN LA MEMORIA

“La Carta de la Semana” premiada por la Revista XLSemanal nº 1289 (Julio 2012). Daniel García Velázquez

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Planck: el físico que cambió la óptica del mundo

Aunque no somos conscientes de ello, nuestra visión del mundo es una ilusión óptica, un engaño creado por cada objeto y su peculiar forma de comportarse ante la luz.

Por ejemplo, un vestido rojo podríamos decir que es de todos los colores, menos rojo. Cuando incide sobre él la luz blanca, que es el conjunto de todos los colores del arco iris, el vestido rechaza el rojo y se queda con todos los demás. Si iluminamos el vestido con luz verde solamente, no reflejará ningún color, para nosotros será negro. Nuestro limitado sentido de la vista tiene la culpa del engaño, al menos en parte. Miramos a través de una ventana porque el vidrio es transparente a los colores que podemos ver, sin embargo es opaco ante las radiaciones que no vemos, las que están por debajo del rojo (infrarrojas) o más allá del azul (ultravioletas).

Otros cuerpos no reflejan la luz, la generan; son fuentes de luz, una bombilla o una estrella son ejemplos de ellos. Estos objetos brillan más o menos y nos parece que podemos reducir la intensidad de la luz a voluntad, haciéndola más y más tenue hasta el infinito. Una gran mentira. Fue el científico alemán Max Planck (1858-1947) el que descubrió ese otro engaño de la naturaleza y, al hacerlo, revolucionó nuestra visión del mundo. La energía, se pensaba antes de él, era continua y se podía dividir en trocitos tan pequeños como queríamos. Planck descubrió que no.

El juego de absorción y emisión de energía que modela nuestro mundo atraía de forma muy especial a los científicos de finales del siglo XIX. Para ellos estaba claro que la luz visible, la radiación infrarroja o la ultravioleta son sólo distintos aspectos de un tipo de emisión que recibe el nombre genérico de “radiación electromagnética”. Sabían también que si un cuerpo absorbe radiación se calienta y, por otro lado, un cuerpo caliente emite radiación. Lo que los científicos de aquella época no sabían es cómo emite la radiación cada material. Para averiguarlo se les ocurrió un juego: idearon un cuerpo teórico capaz de absorber todas las radiaciones, un cuerpo negro (sería aquel que absorbe toda la luz que le llega, y que por tanto no refleja ninguna, siendo del color más negro posible).

Un cuerpo negro se asemeja a una cámara hermética, perfectamente aislada, en cuyo interior las paredes absorben todas las radiaciones sin dejar escapar nada. Dicho así se tenía un problema: no se podía ver lo que pasaba dentro. Para averiguarlo, no hay más remedio, tenemos que abrir un pequeño agujero. Si abrimos un agujero para mirar, las radiaciones exteriores podrán entrar por él, añadirán energía a su interior y el cuerpo se calentará. Lo mismo sucede al ponernos ropa negra al Sol, la ropa absorbe la energía y empezamos a sudar. Así pues, como hemos dicho que un cuerpo negro es un absorbente perfecto, irá aumentando la energía acumulada y cada vez se pondrá más caliente.

No puede existir un cuerpo capaz de acumular energía hasta el infinito porque acabaría robando toda la que existe y el Universo moriría helado. Caso imposible. Si abrimos un agujero, abrimos también una puerta de escape para la radiación. El cuerpo negro es, a la vez, un absorbente perfecto y un perfecto emisor.

Max Planck, en 1899, intentó explicar por qué pasaba esto proponiendo algo que revolucionaría la física. En ese entonces se tenía la noción de que la luz (y la energía en general) eran como el agua que sale de un grifo: puedes obtener cualquier cantidad de agua, desde una gota a un cubo. Sin embargo, Planck dijo que la energía no era algo que se pudiera dividir eternamente, sino que había una cantidad mínima de energía: el cuanto. Al igual que el átomo es la unidad más pequeña de materia corriente que se puede tomar, el cuanto sería su equivalente energético. La luz, por ejemplo, no sería algo continuo, sino que sería más bien un chorro de cuantos luminosos (actualmente llamados fotones). Con esa premisa dedujo la fórmula que cuadra de manera precisa con los experimentos del cuerpo negro y cambió para siempre la visión del mundo de lo diminuto. Había nacido con esto la mecánica cuántica. Así, a la física anterior a 1900 se la conoce como física clásica, y a la posterior, física moderna. A día de hoy hay numerosas organizaciones en su honor, como por ejemplo en Alemania se encuentra el Instituto de Óptica Cuántica Max Planck, así como la Sociedad Max Planck.

Para concluir, una de sus célebres frases:“La verdad nunca triunfa, simplemente sus oponentes se van muriendo” (Max Planck)

Publicado en Diario de Avisos – Principia 9 de enero de 2014