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Ulises y la Ciencia

Desde abril de 1995, el profesor Ulises nos ha ido contando los fundamentos de la ciencia. Inspirado por las aventuras de su ilustre antepasado, el protagonista de la Odisea, la voz de Ulises nos invita a visitar mundos fascinantes, sólo comprendidos a la luz de los avances científicos. Con un lenguaje sencillo pero de forma rigurosa, quincenalmente nos cuenta una historia. Un guión de Ángel Rodríguez Lozano.

Viaje a un Agujero Negro

Agujero negro

A principios del siglo XX, dos teorías completamente nuevas cambiaron nuestra forma de entender el espacio y el tiempo. Hasta ese momento el espacio era infinito, inamovible, y el tiempo un tic-tac monótono que nos venía acompañando con su música imperturbable desde toda la eternidad. Ambos, espacio y tiempo, sufrieron una dolorosa transformación con la llegada de la Teoría General de la Relatividad y La Mecánica Cuántica.

La Teoría General de la Relatividad reforma el concepto del espacio como algo que se extiende en línea recta hasta el infinito, en su lugar propone un espacio que se curva, se comprime en unos lugares y se expande en otros, y lo mezcla con el tiempo; un tiempo cuyo tic-tac pierde el ritmo universal e inamovible y se estira o encoge dependiendo del lugar en el que se encuentre o del movimiento del portador del reloj.

La Mecánica Cuántica sólo sirve a escalas minúsculas pero nos dice que el universo es un lugar incierto. No es posible la exactitud suprema, no podemos saber, simultáneamente, el lugar exacto en el que se encuentra una partícula y la velocidad a la que se mueve. Esta propiedad es, más que un principio de la Física, un dilema, se conoce como "Principio de incertidumbre". Si logramos localizar el lugar exacto de una escurridiza partícula, perderemos automáticamente la información sobre su velocidad en ese momento. Si conocemos su velocidad exacta, no sabremos donde está. Ambos datos son imprescindibles para conocer su movimiento futuro. El Futuro es, pues, borroso, incierto e impredecible.

Albert Einstein fue el responsable de la Relatividad General y desempeñó un papel importante en el desarrollo de la Mecánica Cuántica. Pero el mundo cuántico era tan extraño, tan poco intuitivo, que el propio sabio dejó bien claras sus dudas con esta frase: "Dios no juega a los dados". Ha pasado mucho tiempo desde entonces y todo indica que Dios en un jugador empedernido.

Las leyes de la física son las mismas en todos sitios, donde está usted, en una estrella y en la galaxia más lejana que hayan podido detectar nuestros sofisticados instrumentos astronómicos. Las leyes no dependen del lugar ni del movimiento. Poco importa que usted esté parado, viaje en un coche o en un cohete espacial, las leyes son las mismas. Si se encuentra en Madrid, la rotación de la Tierra le arrastrará a 1.270 km/h, si está en algún lugar del ecuador irá más rápido todavía (1.663 km/h), eso sin tener en cuenta que la Tierra recorre 30 km cada segundo en su movimiento alrededor del Sol, que el Sol se mueve a varios centenares de kilómetros por segundo alrededor del centro de la Vía Láctea, y la galaxia se mueve hacia no se sabe dónde a una velocidad aún mayor. A las leyes físicas todo eso les importa un comino, ellas siguen funcionando exactamente igual.

Un coche policía persigue unos ladrones que huyen en un vehículo robado. Un policía dispara y, tanto para él como para el ladrón, la velocidad de la bala es la misma, pero usted, que observa todo desde la calle, parado, ve que la velocidad de la bala es la suma de la que le proporciona el arma más la velocidad del coche patrulla. El ladrón responde, dispara hacia atrás y para usted sus balas se mueven más lentamente, a la velocidad del disparo hay que restar la que lleva el vehículo robado. Así parecía funcionar todo, con cualquier proyectil y en cualquier lugar. Pero llegó la luz y lo puso todo patas arriba. Si el policía dispara un rayo láser, o sea, un rayo de luz, éste se moverá 300.000 kilómetros por segundo tanto para el policía como para el ladrón y para usted. Si dispara el ladrón, también. No hay nada que sumar o restar ¿como es posible?

En la Teoría Especial de la Relatividad, Einstein daba la solución: Los relojes del policía, del ladrón y de usted tienen su propio tiempo y lo miden a distinto ritmo. El espacio y el tiempo cambian pero el cociente de ambos, la velocidad, es el mismo. Por supuesto la velocidad de un coche patrulla es tan pequeña, comparada con la luz, que sus efectos no se notan, pero no sucede así cuando comparamos velocidades muy grandes. Durante un experimento se colocó un reloj atómico en un avión comercial y, como predecía Einstein, en vuelo, el reloj fue más lento, muy poco, pero se pudo medir. Habría que dar 400 millones de vueltas al mundo para añadir un segundo a nuestra vida, cosa poco recomendable para luchar contra el envejecimiento.

El hecho de que exista un espacio y un tiempo para cada observador ha revolucionado nuestra forma de mirar el mundo. Una de las consecuencias es que el Universo ya no es un ente estático, infinito, sino que se expande, tuvo un origen, el Big Bang. La masa influye también en el espacio y el tiempo, una propiedad que hace pensar en objetos infinitamente densos cuya gravedad es tan potente que nada puede escapar de su atracción, ni siquiera a la luz. Son objetos que, en teoría, no podemos ver, por esa razón se conocen como Agujeros Negros.

En 1973, Stephen Hawking comenzó a investigar el efecto de la Mecánica Cuántica en las proximidades de un agujero negro. Al aplicar el Principio de Incertidumbre descubrió que no es realmente tan negro, de él escapan algunas partículas y radiación. Para Hawking pueden existir agujeros negros muy pequeños con un tamaño inferior al núcleo de un átomo y con una masa de mil millones de toneladas, tan pesados como el Teide, la montaña más alta de España. ¡Qué mundo más maravillosamente extraño!

Hoy Ulises nos invita a viajar hasta las cercanías de un Agujero Negro. Suban ustedes sin miedo a la nave de cienciaes.com y escuchen a Ulises.

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