El sonido del Universo

En esta charla TED la profesora Janna Levin habla sobra una forma distinta de observación del cielo. Nos da una idea de la magnitud de los agujeros negros, y reproduce una recreación de como se "oiría" la propagación de las ondas gravitatorias durante la fusión de estos. Termina la charla en forma abierta, con muchas preguntas que aún no tienen respuesta.



Janna Levin es profesora en el Departamento de Matemáticas Aplicadas y Física Teórica de la Universidad de Cambridge (Reino Unido). Se licenció en Física y Astronomía en la Universidad de Columbia, se doctoró en el MIT (Massachusetts Institute of Technology) y trabajó sucesivamente en el Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica y en el Centro de Astrofísica de Partículas de la Universidad de California, Berkeley, antes de trasladarse a Inglaterra. Está considerada una de las mayores especialistas mundiales en la materia y una investigadora polémica debido a su lucha por la aceptación de la mujer en los círculos de investigación de élite.

Los ecos del Big Bang

En el año 1916, el físico suizo Albert Einstein publicó su Teoría general de la relatividad, en ella proponía una nueva teoría para la gravitación, a diferencia de Isaac Newton que había dicho que el fenómeno de la gravitación se debía a la existencia de una fuerza que actuaba a distancia y se debía a la atracción entre objetos debido a su masa, Einstein dijo que esto se debía a la interacción que se daba entre los cuerpos masivos con el entramado del espacio-tiempo, es decir, que los cuerpos con masa causaban una curvatura en la geometría de esta red tridimensional; generando un campo gravitatorio a su alrededor cualquier cuerpo masivo inmerso en el espacio-tiempo. Einstein dio una ecuación  para este campo gravitatorio; al ser resuelta unos años más tarde, los datos obtenidos predecían que el universo tenía que estar en movimiento constante, pero en esa época hasta el mismo Einstein estaba convencido que el universo era, siempre había sido y siempre sería el mismo.

George Gamow fue uno de los máximos defensores de la teoría de un universo en expansión (Teoría del Big Bang). En el año 1948, junto con los físicos Ralph Alpher y Robert Herman postularon la existencia de la Radiación de fondo de microondas como una distribución cósmica homogénea de radiación que de ser descubierta validaría la Teoría del Big Bang.

Casi unos 20 años más tarde, en el año 1964, dos científicos llamados Arno Penzias y Robert Wilson se encontraron accidentalmente con el fenómeno predicho por Gamow al encontrarse trabajando en la instalación de una antena ultrasensible a las microondas destinada a la observación radioastronómica; Wilson y Penzias detectaron una interferencia molesta de fondo que no podían evitar captar ni siquiera apuntando la antena hacia otros lados. Esta interferencia molesta no era otra cosa que la Radiación de fondo de la que hablaba Gamow.

 Pero a que se debe esta radiación de fondo? La teoría del big bang da una buena  explicación para esto (en realidad es de donde surgió la predicción): si el universo se esta expandiendo en algún momento tuvo que estar contraído, y entonces la temperatura tuvo que ser mas grande; al principio la temperatura era tan alta que la luz (que está formada por fotones, que son partículas elementales) estaba mezclada con las demás partículas elementales; entonces la luz, que es una forma de energía estaba mezclada con la materia, a medida que la temperatura fue descendiendo a causa de la expansión, como la energía de estos fotones y la materia con la que estaba mezclada también fue bajando, la luz se terminó separando y andando libre por el universo; hoy en día, a causa de la tremenda expansión que sufrió el universo a lo largo de mas o menos 14 mil millones de años la longitud de onda de esta radiación creció tanto que llegó al rango de las microondas; entonces todo el universo esta inundado de una Radiación de fondo de microondas que vendría a ser como el remanente cosmológico de la explosión que le dio origen.

Brilla tú, diamante loco!

Dale play al video y leé el post que escribí más abajo.

Los agujeros negros ¿violan la segunda Ley de la Termodinámica?

La propiedad más conocida de los agujeros negros es la imposibilidad de que algo que haya caído en sus fauces, incluyendo la luz, pueda escapar. 

Pero, si nada puede escapar a tremendo monstruo, toda la información que se traga, ¿adónde va a parar? ¿No viola al menos, alguna ley de conservación? 

En un agujero negro, la materia no se crea ni se destruye, sino que sencillamente..... ¿DESAPARECE? 

Es más, parecería que existe una manera muy fácil de violar la segunda Ley de la Termodinámica: arrojando al agujero negro materia con gran cantidad de entropía, disminuiríamos la entropía existente de la materia fuera del agujero, consiguiendo así, disminuir a su vez, el desorden imperante en el Universo. 

Desde luego, podríamos decir que la entropía total, dentro y fuera del agujero negro permanece constante, pero dado que no podemos mirar dentro de él, no hay forma de saber cuánta entropía tiene la materia dentro del agujero negro. 

En la década de los '70, el por entonces joven estudiante de Princeton, Jacob Bekenstein sugirió que "el área del horizonte de sucesos era una medida de la entropía del agujero negro. Cuando materia portadora de entropía cae en un agujero negro, el área de su horizonte de sucesos aumenta, de tal modo que la suma de la entropía de la materia fuera de los agujeros negros y del área de los horizontes nunca disminuye." (pg 142, Historia del Tiempo) 

Dicha afirmación parecía evitar el problema de la violación de la segunda Ley de la Termodinámica, pero sin embargo contenía un error fatal: un agujero negro que tuviera entropía, también debería tener temperatura y un cuerpo con una temperatura particular debía emitir radiación. Por tanto, los agujeros negros para evitar violar la segunda ley, debían emitir radiación, pero por su propia definición, un agujero negro no podía emitir absolutamente nada. 

Los dichos de Bekenstein, irritaron tremendamente a Stephen Hawking ya que consideraba que el joven, había abusado de su descubrimiento acerca del aumento del área del horizonte de sucesos. Esta irritación motivó al reconocido físico a profundizar sus investigaciones acerca de los agujeros negros. 

Fue así que los físicos soviéticos Zeldovich y Starobinsky convencieron a Hawking que, "de acuerdo al principio de incertidumbre de la mecánica cuántica, los agujeros negros en rotación deberían crear y emitir partículas" (pg 143, Historia del Tiempo) y que incluso, según sus los propios cálculos de Hawking, los agujeros sin rotación también deberían crear partículas a un ritmo estacionario. 

Hawking supuso que algún cálculo estaba equivocado, pero cuanto más pensaba en ello más le parecía que seguía el camino correcto. 

Lo que definitivamente lo convence, es que los cálculos planteados indicaban que el espectro de las partículas que debería emitir un agujero negro era exactamente el mismo que debería emitir un cuerpo caliente para evitar violaciones a la segunda Ley de la Termodinámica.

Cálculos posteriores realizados por diversas personas, confirmaron las afirmaciones de Hawking, de que un agujero negro debe emitir partículas y radiación como si fuera un cuerpo caliente con una temperatura que sólo dependerá de la masa del agujero: cuanto mayor sea la masa, tanto menor la temperatura.

Años más tarde, Hawking anuncia sus resultados hoy conocidos como Radiación de Hawking, que se define como  radiación que se produce en el horizonte de sucesos de un agujero negro producida por efectos cuánticos, cuya expresión es:

donde T es la temperatura,  kB la constante de Boltzmann y el resto de las letras, constantes conocidas y amigas de la casa.

El "cómo es posible que un agujero negro parezca emitir partículas" y el "cómo parece que un agujero "crea" partículas", es muy largo de contar para este post, aunque está muy bien explicado por el mismo Hawking en su libro Historia del Tiempo, del cual obviamente he extraído todas las ideas principales de este post. 

La relatividad en la música!

Acá podemos ver el efecto que genera la teoría de la relatividad en las personas ;).

"39" es una canción de la famosa banda de rock inglesa Queen. Esta interesante canción fue escrita e interpretada por el guitarrista y astrofísico Brian May. Fue publicada como single junto a la canción You're My Best Friend el 18 de mayo de 1976 y pertenece al aclamado disco A Night at the Opera realizado en 1975.

'39 es una canción muy peculiar en su estilo ya que mezcla el sonido country con una letra de ciencia ficción, la cual habla sobre unos voluntarios que viajan en una nave espacial en busca de nuevos mundos. Al volver a la Tierra, un año después, descubren que en ella han pasado cien años a causa de la dilatación del tiempo, que es un efecto predicho por Einstein en su famosa teoria de la relatividad. El protagonista se encuentra con que todos sus amigos y conocidos han muerto, incluida su amada esposa; entonces, al ver a su hija, ve en ella los ojos de su esposa y eso le produce mucha melancolía.

Brian May, en una entrevista sobre el disco A Night at The Opera, describe la historia de esta canción: "Es una historia de ciencia ficción y trata de una persona que se va de viaje fuera de la tierra y deja a su familia y ... debido al efecto de la dilatación del tiempo, al llegar a la tierra se da cuenta que las personas han envejecido mucho más, o sea su viaje que duró un año en la tierra fue de 100 años. Así, al saber que su esposa ha muerto, él encuentra a su hija y él ven en ella los ojos de su señora ... realmente es una historia extraña. Creo que se debe a que tenía en mente una historia de Herman Hesse, que creo que se llama "The River" (en realidad se refiere a "The Poet" ) donde un hombre deja su ciudad natal y tiene un montón de aventuras y luego regresa a su ciudad natal pero observa desde el otro lado del río algo muy diferente en su escencia, ha perdido la luz que el tanto disfrutaba y las personas ya tenian otro modo de vida. Lo otro que inspiró esta canción es lo que estaba viviedno en ese entonces, donde producto de las giras y las grabaciones pasaba lejos de casa, y al volver notaba todo distinto, sentía un mundo distinto y diferente a lo que vivía en el Rock..."

En esta canción, May deja en claro sus gustos cientificos mezclandolos con su labor musical que siempre ha sido sorprendente y fue escrita cuando estaba a punto de terminar su tesis doctoral en astronomía, la cual fue hecha mientras mezclaba sus estudios con la extravagante vida del rock'n'roll.

Agujeros de gusano

Un agujero de gusano es un túnel que conecta dos puntos del espacio-tiempo  o dos Universos paralelos. Nunca se ha visto uno y no está demostrado que existan, aunque matemáticamente son posibles.

Se les llama agujeros de gusano porque se asemejan a un gusano que atraviesa una manzana por dentro para llegar al otro extremo, en vez de recorrerla por fuera.

Así, los agujeros de gusano son atajos en el tejido del espacio-tiempo. Permiten unir dos puntos muy distantes y llegar más rápidamente que si se atravesara el Universo a la velocidad de la luz.
Según la teoría de la relatividad general de Einstein, los agujeros de gusano pueden existir. Tienen una entrada y una salida en puntos distintos del espacio o del tiempo. El túnel que los conecta está en el hiperespacio, que es una dimensión producida por una distorsión del tiempo y la gravedad.

Pero entonces…… ¿Se puede viajar en el tiempo?

Los científicos creen que un agujero de gusano tiene una vida muy corta. Se abre y vuelve a cerrarse rápidamente. La materia quedaría atrapada en él o, aunque consiguiera salir por el otro extremo, no podría volver. Evidentemente, tampoco podríamos elegir adónde nos llevaría.

La tierra no es plana, y la gravedad no es lo que me dijeron

Este pequeño y bonito video resume una sensación que me ha invadido los últimos días. No es que pretenda un post confesional, pero da la impresión que nos muestran muchas veces una idea de la física que no es la correcta. Algún tipo de menosprecio por la población desconocedora de estos temas, que lleva a explicarlos a medias?

Como sea, cumplí los 18 hace rato, y recién ahora, me empiezo a enterar de estas cosas, gracias a la universidad, y a MinutodeFísica, que ponen estos simpáticos videos.

Hay otro que han puesto en Youtube sobre la gravedad se llama: ¿Qué es la Gravedad?
y está bueno.