Para Newton el tiempo era como para la mayoría de nosotros un absoluto. Esto es una inducción que no es cierta, que funciona bastante bien en las escalas humanas, sin darnos cuenta que esto no es cierto.
Hermann Minkowski se dio cuenta de algo notable, si la velocidad de la luz en el vacio es una constante universal, que vale lo mismo aquí que en Andromeda que en el Big-Bang, siempre puedo convertir tiempo en espacio con un factor único universal y permanente. Por tanto separar entre tiempo y espacio no parece algo legitimo dijo Minkowski.
La idea de Einstein es que el espacio-tiempo quizás está deformado por las estrellas, galaxias, planetas, cometas, cualquier masa, y entonces todo se mueve en el espacio-tiempo siguiendo la curvatura que el espacio-tiempo tiene por la deformación que las propias masas producen.
Entonces Einstein se pregunto ¿no se si la luz se mueve en linea recta en el espacio? Y concluyó que no se mueve en línea recta en el espacio, porque si yo tengo un objeto como el sol que curva el espacio-tiempo, pues la luz va a seguir una línea recta pero no espacio curvo como cuando uno sube una montaña por un camino que esta trazado en la montaña. Uno va siempre en línea recta pero por el camino. Si el camino es curvo, pues la luz se curva. Einstein concluyó que la luz debía curvarse.
En 1919 un eclipse visto desde el noreste de Brasil y desde Africa se hizo una doble verificación y comprobó que efectivamente que la luz se curva y se curva como dice la teoría de Einstein y no la de Newton. Ese dia Eistein paso a ser una celebridad pública.
Fijaos en este dibujo que esta detrás es muy esquemático las líneas que ven con los dos ejes cartesianos, una de ellas es el tiempo.
Entonces también el tiempo se curva. Y cuando se curva el tiempo se hace más largo porque si un segundo es una distancia entre dos puntos de esta red, cuando se curva se estira el tiempo. Entonces se supone que en las cercanías del planeta Tierra, lo que curva las inmediaciones de nuestro planeta es la propia Tierra, cuanto mas cerca estemos de la Tierra más lento va a trascurrir el tiempo, más largos van a ser los segundos, y esos lo comprobareis vosotros todos los días con el GPS.
El GPS es un sistema de triangulación que lo que hace es enviar unas señales del aparatito que está en nuestro coche hasta los satélites que están geoestacionarios a una cierta altura, no muy altos pero a los cuales el tiempo que trascurre es un poquito más rápido que aquí.
Las ecuaciones de Albert Einsten son una obra maestra de la cultura. Escriben, incluso, para sorpresa de Einsten, el universo entero, toda la historia desde el Big-Bang hasta actualidad de la de los planetas. Describen todo lo que tenga que ver con la astronomía de todas las escalas del sistema solar al universo entero. Una descripción de algo tan amplio se da la paradoja que cabe en la superficie de una locomotora. Esta fue una pintada de un apasionado de Eisntein que se fue a un cementerio de trenes en Bolivia y escribió en una locomotora las famosas ecuaciones.
La parte izquierda del signo igual define la curvatura del espacio-tiempo.
La letra T es todo el contenido de materia y energía (hay un sol lo pongo ahí, hay un planeta lo pongo ahí, tengo luz lo pongo ahí, porque la luz es energía, y la energía también contribuye a curvar el espacio-tiempo.
Esta ecuación lo que dice es que el espacio-tiempo se curva, según la masa de energía que hemos puesto y la masa y la energía se mueve según la curvatura del espacio tiempo.
Este es el acuerdo al que llegan masa y energía con el espacio-tiempo. Asi se marca todos los detalles de este intercambio entre la materia y el espacio-tiempo. Una cosa importante que se suele obviar en la literatura son estos numeros: hay un 8 hay una π, y luego hay dos letras, letra G, que es la constante de Newton que se conoce desde hace varios siglos y es un numero extremadamente pequeño. La letra C que está en el denominador es la velocidad de la luz, numero enorme, y está elevado a la cuarta, con lo que al estar dividiendo me da un número muy pequeño. Por tanto ese factor que está delante, que en definitiva lo que me dice es si yo pongo un sol, cuanto se curva el espacio-tiempo, mucho o poco, pues muy poco.
Si queremos tener una imagen en la cabeza de como es el espacio-tiempo, es como una especie de sábana elástica muy tensa, como la membrana de un tambor que prácticamente cuando le ponéis cosas encima, apenas se curva un poquitito, pero esa curvatura es suficiente para producir, por ejemplo el sistema solar, el movimiento de los planetas.
Por suerte estoy dando la charla en 2018 donde ya puedo deciros que el espacio-tiempo tiene una realidad física y lo supimos hace menos de tres años. Seguro que habéis escuchado lo de las ondas gravitacionales .
Si el espacio-tiempo es una realidad que se curva, las masas se mueven, se va a producir una vibración en ese espacio-tiempo. Claro que la vibración va a ser muy pequeña porque el panel es muy rigido. Necesito y me lo puedo hacer yo, puedo producir una vibración de espacio-tiempo aplaudiendo, pero eso no lo voy a poder detectar. Necesito masas enormes, buscar estrellas que roten una entorno a la otra, agujeros negros que roten uno entorno a otro. Esto parecía imposible de detectar. Sin embargo el 14 de Septiembre de 2015 se detectó esto que veis aquí:
Es una animación de lo que se observó en experimento LIGO (Observatorio por Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales) que fue la fusión de dos agujeros negros a mil millones de años luz de la Tierra. O sea ocurrió hace mil millones de años.
Cuando esta fusión se produjo, en la Tierra era el organismo más desarrollado que había eran unas algas que estaban empezando a producir el germen de la reproducción sexual.
Y es muy bonito pensar que mientras viajaba esta onda como la veis aquí, ocurría la evolución de las especies en la Tierra para que justo a tiempo un ser pluricelular fabricara una máquina que fuera capaz de capturar esto. Esta imagen quizás, de recordáis es icónica porque es la sdetección.
Otra posibilidad es la colisión de dos estrellas de neutrones que a diferencia de los agujeros-negros ésta explota, y produce luz tambien. Cuando se observó la primera colisión, la de los agujeros negros, fue un resultado espectacular, increíble. Pero hasta que no se observo esto,
Que fue el 17 de agosto de 2017, había todavía un margen de duda, porque la única forma de verificar la onda gravitacional era con el propio detector único que tenemos. Sin embargo el 17 de Agosto de 2017 se objservó una onda gravitacional correspondiente a la colisión de dos estrellas de neutros, se indico inmediatamente a todos los telescopios de la Tierra que apuntaran en la dirección de la cual mas o menos venía y diez horas después desde un telescopio que está en Chile se observó de que galaxia venía y se observó con lujo de detalles durante mas de un mes, con distintos telescopios en distintas longitudes de ondas todo lo que estaba pasando allí.
Esto es equivalente a que mañana un biólogo se encontrara no un hueso de Tyrannosaurus Rex sino un Tyrannosaurus Rex caminando y viendo toda su vida ante tus ojos. Se vio en todo detalle esto que acabamos de ver en esta película de animación. Incluso se vio la etapa final, en la cual cuando estas estrellas de neutrones colapsan una sobre otra, se produce una explosión brutal, en la cual se fabrican todos los elementos pesados de la tabla periódica. Es como una polinización del universo.
Justo el día que hubiera cumplido años Eistein falleció Stephen Hawking, entonces me gustaría hacer un pequeño homenaje dedicado a él, primero porque probablemente nadie comprendió la relatividad general como Hawking, incluyéndolo a Einstein. Hizo tres contribuciones cruciales,
La primera la hizo cuando era muy jovencito, y la hizo con el matemático Roger Penrose. Ambos mostraron que de las ecuaciones de la relatividad general se deriva inexorablemente la existencia de eventos como el Big-Bang. No es una rareza sino que es parte intrínseca de esas ecuaciones. Y de esas ecuaciones también es parte intrínseca algo que se podría entender como la cara opuesta, que son los agujeros negros, sobre lo que Hawking trabajó mucho tiempo.
Viendo la película de lo que ocurrió en el universo desde el Big-Bang, el universo se expande, en este grafico el tiempo va para arriba. El universo en el pasado estuvo mas contraido y caliente y al avanzar la temperatura bajó. De hecho si comparais temperatura con tiempo uno puede hacer un correlato entre tiempo y temperatura. Para daros una idea una billonésima de segundo corresponde a algo así como un cuatrillón de grados centígrados.
Lo interesante de esta comparación de tiempo y temperatura porque cuando se hacen experimentos hoy en día en la Tierra como en Ginebra, de hacer chocar partículas a muy altas energías, está produciendo altísimas temperaturas en un lugar muy pequeño del espacio. Entonces la física que uno está mirando allí es la física del universo antiguo
Cuando uno mira la historia del universo mostrado aquí, tenemos la historia del universo de izquierda a derecha.
El Big-Bang bien luminoso y allí está un satélite europeo. La agencia espacial europea lanzó un satélite llamado PLACK en el cual hubo una muy importante contribución del Instituto Astrofisico de Canarias, que lo que hizo fue observar la luz más antigua del universo (la elipse de colores). La primera luz que pudo emerger a los 380.000 años del universo, porque antes estaba atrapada.
Era tan denso el universo que no podía salir del conjunto da partículas entre las cuales rebotaba.
Pero cuando se enfrió suficientemente el universo, cada electrón miró a su alrededor encontró un proton y formaron átomos. Los átomos son neutros, y en un medio neutro la luz si que puede viajar. Entonces fue ahí cuando la luz se escapó, cuando se formaron los atomos.
Si miramos esta imagen vista de frente esto es un gráfico de Planck, esto se observó hace unos cuatro años. Aparece la temperatura de los distintos puntos de toda la esfera celeste vista desde el satélite que comentamos antes, y las temperaturas que veis allí son diferencias de una diezmillesima de grado.
El universo es prácticamente igual en todas direcciones, con ligerísimas diferencias. Hawking descubrió que estos grumitos que vemos es la fuente de que hoy haya galaxias, y lo mostró con un cálculo muy preciso. Uno podría preguntarse si hubo una gran explosión porque no hay pedruscos por todas partes, por qué se formo esta estructura, por qué hay galaxias con estrellas, con planetas que orbitan alrededor de las estrellas, y mucho espacio vacio entre una galaxia y otra en lugar de haber simplemente un desastre.
La gran contribución de Hawking, si bien es la más especulativa, la mas espectacular para todos sus colegas porque creemos que es correcta y es muy brillante, es lo que el hizo con los “agujeros negros”.
¿Que es un agujero negro? Si teneis una estrella, que tiene su masa solar, cuando se le acabe el combustible implota, y se produce como si fuera un hueco en la sábana que vimos al principio de la charla. Hawking publicó un trabajo increíble en el cual veis que hay una formulita que da la temperatura de un agujero negro.
Hawking hizo algo increíble: dos teorías que no se hablaban que se llevan muy mal: la teoría cuántica y la teoría de la gravitación, él encontró un ángulo ciego en el cual se podían
aplicar ambas, y en en el cual las dos tienen sentido.
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En el video algunas de las secuencias de la conferencia:
luis sordo iglesias @sirgledo
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