El último pasillo de Einstein

Los científicos de Tortoisia vivían fascinados por los animales, y como tontos no eran, habían averiguado mucho sobre ellos. Unos habían clasificado con enojosa minuciosidad absolutamente todas las especies de escarabajos en Tortoisia. Otros, habían deducido complejas leyes matemáticas que explicaban la hibernación de los osos. Y desde luego, ninguno sospechaba que un brillante joven, quizá un poco desgreñado, acababa de concebir una idea radical que cambiaría su ciencia. Así pues, aquella mañana estival de La Rueda de Prensa, los científicos desayunaron como siempre antes de partir, con renovado ahínco, a lucubrar sobre las especies de Tortoisia.

El joven brillante tomó el micrófono, echó una rápida ojeada a la habitación abarrotada de periodistas y proclamó: “Nuestros científicos han pasado por alto algo muy importante. Han estado tan preocupados con los escarabajos y los osos que no se han dado cuenta: ¡Vivimos sobre una tortuga!”.

El planeta en el que vivimos, por desgracia quizá, no es una tortuga. Y aun así, el relato de Tortoisia no le es enteramente ajeno a la Historia de la ciencia terrícola. Los cimientos de una disciplina, la Física, fueron igualmente removidos por las ideas un joven brillante en los albores del siglo pasado. El joven es Albert Einstein. Y la tortuga ignorada, mero proscenio antes de Eistein, y reinterpretada por el físico alemán como actor fundamental de la obra de la naturaleza, es el espacio-tiempo.

Así como los naturalistas de Tortoisia creían que el mundo era solo el lugar donde habitaba el resto de los animales, los físicos terrestres concebían el espacio-tiempo como un escenario inmóvil en el cual el resto de los fenómenos ocurrían. Einstein cambió esta visión al proponer que la “tortuga” también obedece leyes que dictan su evolución, no disímiles, por ejemplo, a las leyes de la Electrodinámica que rigen los fenómenos eléctricos y magnéticos. En su Teoría General de la Relatividad, Einstein describió al espacio-tiempo como un cambiante paisaje accidentado y enunció las ecuaciones que describen exactamente su evolución. Todos los experimentos, hasta el día de hoy, le dan la razón.

Según Einstein, son los objetos con masa o energía los que determinan la configuración espaciotemporal. El pico Turquino por ejemplo, coronando la Sierra Maestra, crea una minúscula depresión en el lienzo del espacio-tiempo. La Tierra toda, un valle un poco mayor. El Sol es el principal culpable de alterar nuestro vecindario. La cavidad que lleva al Sol en su centro es lo suficientemente profunda como para atrapar planetas, asteroides y cometas en las órbitas elípticas que componen el Sistema Solar. Esto es, según la visión relativista, lo que mantiene a la Tierra moviéndose alrededor del Sol, no es la “fuerza de gravedad” sino la existencia de una depresión en el espacio-tiempo creada por la masa solar. Y un agujero negro, con toda su masa concentrada al límite que permite la física, desgarra el tejido mismo del espacio-tiempo en una quebrada de la que nada, ni siquiera la luz, puede escapar. Surge una singularidad.

Porque los grandes objetos masivos del universo están en movimientos relativos unos respecto a otros, el escenario cósmico es muy animado. Los valles y montañas cambian de lugar y al hacerlo perturban el tejido espaciotemporal. Y nada lo despeina más y mejor que el abrazo mortal de dos agujeros negros. Cuando dos de estos cruzan sus caminos comienza un tango inexorable que concluye en su coalescer. Es un baile delicado y dulce en sus inicios, tímido diríase. Un baile de millones de años. Los últimos compases no obstante son verdaderamente apasionados, ¡cómo para que el universo se entere, vaya! La noticia de la inminente unión es transmitida a bombo y platillo a cualquiera que sea capaz de escuchar ondas gravitacionales, que son el sonido del espacio-tiempo.

Es casi profético que la existencia de las ondas gravitacionales fuera predicha primero por Einstein en 1916. Cien años después la colaboración científica internacional LIGO (Laser Interferometry Gravitational-Wave Observatory u Observatorio de Ondas Gravitacionales mediante Interferometría Láser) en Estados Unidos ha anunciado el final de la carrera por su detección directa. Fue en septiembre del 2015 cuando llegaron a la Tierra las ondas causadas por un evento majestuoso: la fusión de dos agujeros negros, cada uno de ellos más pesado que 25 soles. LIGO estaba lista para llevarse el gato al agua y, después de meses de comprobaciones, ha cantado victoria en conferencia de prensa el 11 de Febrero.

¿Qué son entonces las ondas gravitacionales? Consideremos una ola. Cuando pasa una ola, la superficie del mar se deforma cambiando las posiciones relativas de los cuerpos que flotan en él. En una onda gravitacional, es el espacio-tiempo mismo el que sufre una distorsión y las posiciones relativas de todos los cuerpos han de cambiar según esta pasa. Cuando del espacio-tiempo se trata, todos “cogemos” la ola.

Con un poco más de precisión, imaginen que colocamos varios cuerpos masivos formando un círculo. Si una onda gravitacional atravesara nuestro círculo de masas, veríamos como este se contrae en la dirección arriba-abajo y se expande en la dirección derecha-izquierda formando una elipse. Este patrón expansión-contracción se reproduce alternadamente a medida que la onda pasa. En consecuencia, una manera de detectarla es colocar dos cuerpos a igual distancia de un tercero, que asume el papel del centro de nuestro círculo de masas. Los brazos que unen el centro del círculo con los cuerpos los disponemos perpendiculares entre sí formando una ‘L’. Si una onda gravitacional cruzara a través de este diseño, en principio podríamos medir cómo uno de los radios se encoge al tiempo que el otro se alarga y que esto sucede en alternancia. Si construimos los brazos de 4 km de largo y colocamos un tal cachivache en Louisiana  y otro en Richland en el estado de Washington, tenemos el experimento LIGO.

LIGO ha escuchado la fusión de dos agujeros negros, y desde la mota de polvo que es la Tierra en el orden cósmico, es difícil imaginar la enormidad del evento que ha tenido revuelta a la comunidad física en estos días. Comencemos con algo familiar ¿Recuerdan las campañas de ahorro energético en la televisión, esas en las que “tumbaban 20 megawatts” y apagaban un municipio? ¿Cuántos megawatts habría que “tumbar” para apagar todas las ciudades de la Tierra? La respuesta es algo así como 20 millones. Eso es mucha energía, la mayor parte de la cual la humanidad la obtiene quemando combustibles fósiles. Y aun así, 20 millones de megawatts no es nada a escalas astronómicas. Representa menos de una Billonésima (con B de burro) parte de la energía que emite nuestra estrella, el Sol. En parte, es por ello que algunos científicos piensan que es inteligente depender un poco más de la energía solar para el consumo energético de la humanidad. Sepan además que hay nada menos que cien mil millones de Soles en la Vía Láctea, nuestra galaxia.

Pues bien, en el segundo que precedió a la fusión de los agujeros negros detectada por LIGO, la energía que estos emitieron por medio de ondas gravitacionales fue equivalente a la que emitirían en ese mismo segundo un billón de galaxias como la nuestra.

Vale la pena preguntarse entonces ¿cómo es posible que haya sido necesario esperar cien años para homologar la última predicción de Einstein? En parte la respuesta está en el hecho de que las ondas gravitacionales interaccionan muy débilmente. Tan débilmente que si hubiéramos tenido una nave espacial apropiada, habríamos podido viajar hasta la colisión y observarla en platea sin riesgo alguno para nuestra salud. Habríamos notado eso sí, un cosquilleo por todo el cuerpo, como si nos hubiéramos situado muy cerca del bajo en una discoteca. No obstante, la blandenguería de las interacciones gravitatorias no es el único factor que explica la tardanza de la detección. Además sucede que “tormentas perfectas”  como la detectada por LIGO no son demasiado frecuentes y no suceden necesariamente en el barrio astronómico de al lado. Hubiera sido relativamente fácil si los agujeros negros hubieran decidido consumar su unión en nuestra galaxia. En realidad, se juntaron a mil millones de años-luz de nosotros, en una era en la que las guerras en la Tierra se libraban exclusivamente entre ejércitos de bacterias.

Por todo ello, LIGO ha tenido que impeler las fronteras de la tecnología hasta niveles que casi suenan irreales. En su campo, no hay instrumento humano más preciso. Para ser sensible a las ondas gravitacionales, LIGO tuvo que evolucionar hasta el punto de poder detectar las vibraciones producidas por el tráfico a 10 kilómetros de distancia. Piensen en ello. Existe una máquina en la Tierra que si la pusiéramos en La Habana, en Playa digamos, sería capaz de determinar si un camionero pisó el freno en Alamar, ¡solo por las vibraciones que provoca! ¡Y esa misma máquina es tan sofisticada que es capaz de anular todas las falsas señales generadas por los camioneros del mundo para extraer la señal verdadera, susurrada mil millones de años ha, en el otro extremo del universo!

No cabe duda de que la detección de ondas gravitacionales en LIGO es un descubrimiento de esos que marcan generaciones de científicos. Confirma de manera espectacular una de las teorías más elegantes de la física, al tiempo que abre a la ciencia una nueva manera de escudriñar el universo. Hay poco debate sobre que habrá un premio Nobel. Y como todo gran descubrimiento en astronomía, no deja de recordarnos otra vez el lugar que ocupamos en el universo. La Tierra, nuestro hogar, no es más que una diminuta partícula suspendida inerme en el espacio, de tanto en tanto mecida por cataclismos siderales, como muselina flotando en algún balcón habanero.

*El autor es Doctor en Ciencias Físicas de la Universidad Autónoma de Madrid. Nació en La Habana y ahora trabaja en la Northwestern University, de Chicago