Kip Thorne, mirando el lado curvo del universo

El renombrado astrofísico estadounidense, Premio Nobel de Física (y consejero científico de la película Interestelar) visita Chile para ver el eclipse solar y realizar un par de actividades en la Universidad Católica. “Este será mi tercer eclipse total de sol”, señala en esta entrevista, donde también explica la trascendencia de los agujeros negros y por qué es muy probable que nunca exista una máquina del tiempo.

por Patricio Tapia I 2 Julio 2019

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Un eclipse solar total en Chile es la oportunidad para observar las estrellas. No solo la más cercana a la Tierra y que permite la vida humana: el Sol (con lentes de protección), sino también otras más lejanas, que se verán en el cielo cuando el día se vuelva noche momentáneamente. Pero además es posible que se puedan divisar algunas estrellas del cine o la música que supuestamente vendrán a contemplar el fenómeno e incluso algunas de las estrellas de la ciencia, como es el caso del astrofísico Kip Thorne, uno de los mayores expertos en la Teoría de la Relatividad General y, entre otros reconocimientos, Premio Nobel de Física en 2017 por la comprobación de la existencia de las ondas gravitacionales.

La experiencia de ver el eclipse, cuando “el sol se detuvo y la luna se paró”, según lo recuerda el libro bíblico de Josué (10:13), no es únicamente un espectáculo curioso y turístico de alineación celeste inusual, sino un evento astronómico y científico. De hecho, fue un eclipse total de sol, hace cien años, mediante la organización de dos expediciones simultáneas para observarlo en una serie de islas en África, por una parte, y el norte de Brasil, por otra, lo que permitió corroborar la teoría de la relatividad general, como recuerda Thorne: un grupo de estrellas, visible en torno al eclipse, más los datos recopilados, permitieron comprobar que la luz de astros lejanos se desvía al pasar junto al Sol, tal y como predijo cuatro años antes Albert Einstein. En realidad, la teoría de la relatividad predecía que los rayos de luz deberían ser desviados por el campo gravitatorio del Sol, aunque la ley de gravedad de Newton en combinación con su teoría de la luz también predecía tal desviación, pero con un ángulo distinto. La medición hecha durante el eclipse de 1919, confirmó la predicción y el cálculo de Einstein, un físico solo conocido entre los expertos, pero que entonces alcanzaría fama mundial.

Thorne nació en 1940, es profesor emérito de la cátedra Feynman de física teórica en el Instituto Tecnológico de California (Caltech). Profesor brillante e inspirador, su libro más reciente, coescrito con Roger Blandford, es Modern Classical Physics, un texto de referencia y de estudio que cubre los conceptos fundamentales y las aplicaciones de seis áreas principales de la física clásica que se aplican en la física actual, destacando los fenómenos a escala macroscópica. Thorne es también una “estrella” científica por derecho propio. Su carrera se ha enfocado en la astrofísica y la física gravitatoria, especialmente en los agujeros negros y las ondas gravitatorias, el descubrimiento experimental que le valió el premio Nobel.

Ha sido amigo de grandes “estrellas” científicas, entre las cuales destacan su mentor John Wheeler, Stephen Hawking y Carl Sagan, el creador de la serie Cosmos. A este último, Thorne le sugirió que usara un “agujero de gusano” (una suerte de “atajo” que conecta dos regiones separadas en el espacio-tiempo) para transportar a la científica protagonista de la novela de Sagan (y luego película) Contacto. También se sabe de una famosa apuesta hecha en 1975 con Hawking (quien se refirió a ella en su libro Una breve historia del tiempo) sobre si la fuente de rayos X conocida como Cygnus X-1 era un agujero negro o no: apostaron un año de suscripción a la revista erótica Penthouse si ganaba Thorne contra cuatro años de suscripción a la revista satírica Private Eye si ganaba Hawking. Ganó Thorne.

Los físicos y astrónomos de todo el mundo están entusiasmados y agradecidos por los maravillosos descubrimientos científicos que vienen de los telescopios ubicados en sus altas montañas. Algunas de estas montañas chilenas son los mejores lugares del mundo para observar los cielos.

Su conexión con Hollywood se debió a un romance fallido en el que actuó como celestino nada menos que Sagan, quien en 1980 sugirió una cita a ciegas con la entonces editora de ciencia en The New York Times Magazine, quien terminó siendo su amiga. Con ella, en 2005, comenzó a escribir la película Interestelar. Después de años de las típicas disputas hollywoodenses, la película fue dirigida por Christopher Nolan y se estrenó en 2014, con Thorne como asesor científico (y productor). Allí, en un futuro posapocalíptico, donde la comida escasea y las posibilidades de seguir viviendo en la Tierra son casi nulas, un grupo de astronautas se embarca en la misión de encontrar un nuevo planeta en el espacio para adoptarlo como hogar viajando mediante agujeros negros y “agujeros de gusano”. Hay que recordar que en su libro de divulgación Agujeros negros y tiempo curvo (1994), Thorne parte con un relato inicial de un posible viaje interestelar, agujeros negros y “agujeros de gusano” mediante, explicando con dibujos y diagramas cómo sería la experiencia (la falta de percepción del tiempo y un transcurso más lento que en la Tierra).

Una de las razones de su viaje a Chile, país al que ha venido varias veces (incluso pasó su luna de miel con su segunda esposa acá) y en el que cuenta con varios ex alumnos y amigos, es para ver el eclipse solar de hoy martes. Después de todo, aunque la detección de las ondas gravitatorias no ocurrió en Chile, en otros hallazgos sorprendentes de la astronomía reciente han intervenido instancias ubicadas en el país: la primera imagen de un agujero negro, el descubrimiento de ciertos exoplanetas…

 

¿Todo científico dedicado a la física siente una especie de obsesión con los eclipses?

La mayoría de los científicos no sienten mayor obsesión con los eclipses que los no científicos. Yo, en lo personal, los disfruto mucho.

 

¿Ha visto otros?
Este será mi tercer eclipse total de sol.

 

Sin querer alimentar el chovinismo nacional, ¿es Chile efectivamente un centro importante de observación e investigación astronómica?
Los físicos y astrónomos de todo el mundo están entusiasmados y agradecidos por los maravillosos descubrimientos científicos que vienen de los telescopios ubicados en sus altas montañas. Algunas de estas montañas chilenas son los mejores lugares del mundo para observar los cielos. Agradecemos al pueblo y al gobierno de Chile por su gran apoyo a la astronomía.

 

Kip Thorne trabajando con la actriz Jessica Chastain en el set de la película Interestelar.

 

Relatividad y el lado curvo del universo

Según la teoría de relatividad general, el espacio y el tiempo forman un tejido de cuatro dimensiones que se deforma ante la presencia de un objeto masivo como el Sol. La luz, tal como la materia, viaja por este tejido y su trayectoria parece desviarse donde esté deformado. Al corroborarse en 1919 con el eclipse (se produjo la distorsión gravitatoria de la luz que predecía la teoría) cambió la concepción de la realidad. Thorne se ha dedicado a indagar en los secretos de lo que llama “el lado curvo del universo”.  La gravedad se produciría por una curvatura (una distorsión) del tejido del espacio-tiempo, y los agujeros negros, los agujeros de gusano, las ondas gravitatorias, están constituidos a partir de dicho tejido.

“De todas las ideas concebidas por la mente humana, desde los unicornios y las gárgolas a la bomba de hidrógeno”, afirma Thorne en Agujeros negros y tiempo curvo, “la más fantástica es, quizá, la del agujero negro”: un agujero en el espacio con un borde perfectamente definido en cuyo interior puede caer cualquier cosa y de donde nada puede escapar; un agujero con una fuerza gravitatoria tan intensa que incluso la luz queda atrapada en su poder; un agujero que curva el espacio y distorsiona el tiempo.

Para Thorne, “de todas las ideas concebidas por la mente humana, la más fantástica es la del agujero negro”. Sí, un agujero en el espacio con un borde perfectamente definido en cuyo interior puede caer cualquier cosa y de donde nada puede escapar, ni siquiera la luz.

Puesto que la curvatura espacio-temporal es lo mismo que la gravedad, las ondulaciones de curvatura son ondas de gravedad, u ondas gravitatorias. La teoría de la relatividad general de Einstein predice que tales ondas deben producirse cuando dos agujeros negros (y también dos estrellas) orbiten uno en torno al otro y se fundan. Los agujeros negros no son pasivos: giran y cuando estrellas o planetas o agujeros más pequeños caen dentro de uno mayor, este empieza a latir y sus pulsaciones producen ondulaciones que se propagan a través del Universo. Ha quedado un registro en las ondulaciones de la curvatura espacio-temporal que emitieron los agujeros que se fundieron. Son, como dice Thorne, algo parecido a las ondas sonoras de una sinfonía.

Einstein también predijo las ondas gravitatorias, pero asumió que nunca existiría la tecnología que permitiría observarlas. Estas ondas producirían vibraciones de alrededor de una diezmilésima parte del diámetro de un átomo. El propio Thorne pensó alguna vez que sería imposible tratar de medir un movimiento tan minúsculo en un ambiente como el terrestre. Pero abrigaba la esperanza de poder medirlo en un instrumento de laboratorio cuidadosamente diseñado: un detector de ondas gravitatorias. Así, fue uno de los cofundadores de LIGO, acrónimo en inglés de “Observatorio de ondas gravitatorias por interferometría láser”, en los Estados Unidos, que captó en 2015 (y presentó al público en 2016) ondas producidas por la fusión de dos agujeros negros. Fue la primera vez que se captaban ondas gravitatorias, un siglo después de que Einstein predijera su existencia. LIGO es un gran instrumento de precisión, con detectores tan sutiles que son capaces de identificar tales vibraciones.

En su libro The Science of “Interstellar”, Thorne señala que, de niño y más tarde de adolescente, se sintió motivado a convertirse en científico leyendo ciencia ficción y divulgación científica. Además de la ciencia, él ha participado en ambas.

Las leyes de la física nos dicen que solo hay dos tipos de ondas que pueden viajar a través del universo y que nos brindan información sobre lo que está lejos: las ondas electromagnéticas (incluidas la luz, los rayos X, las ondas de radio, etc.) y las ondas gravitacionales.

En la película Interestelar y en parte de su libro sobre los agujeros negros, explora la posibilidad de viajar en el tiempo a través de los “agujeros de gusano”…
En mi libro Agujeros negros y tiempo curvo, expliqué por qué es probable que el viaje en el tiempo sea algo imposible. Se debe a que cualquier máquina del tiempo creada por una civilización muy avanzada probablemente explotará y se destruirá cuando se encienda por primera vez. Sin embargo, mis intentos de averiguar si las leyes de la física exigen que toda máquina del tiempo se destruya a sí misma fallaron, al igual que los intentos de otros como Stephen Hawking y sus estudiantes. Parece que esta destrucción está controlada por las leyes de la gravedad cuántica, que no entendemos muy bien. Algo de esa discusión está en el capítulo de Hawking y en mi propio capítulo en el libro El futuro del espaciotiempo (escrito con Hawking y otros), así como en la discusión en The Science of “Interstellar”.

 

¿Podría explicar de la manera más sencilla posible qué son las ondas gravitatorias?
Las ondas gravitatorias son un pequeño estiramiento y compresión del espacio, que viaja a la velocidad de la luz. Estas ondas son producidas por cosas como colisiones de agujeros negros y el nacimiento del universo. Las leyes de la física nos dicen que solo hay dos tipos de ondas que pueden viajar a través del universo y que nos brindan información sobre lo que está lejos: las ondas electromagnéticas (incluidas la luz, los rayos X, las ondas de radio, etc.) y las ondas gravitacionales.

 

¿Y por qué fue tan importante la observación directa de ellas en 2015-16?

Galileo creó la astronomía electromagnética hace 400 años, cuando construyó un telescopio óptico y lo apuntó al cielo, y observó las cuatro lunas más grandes de Júpiter. El proyecto LIGO creó la astronomía gravitacional hace cuatro años, cuando encendimos nuestros detectores de ondas gravitacionales y descubrimos ondas gravitatorias de agujeros negros en colisión. La astronomía electromagnética ha revolucionado nuestra comprensión del universo. Espero que la astronomía gravitacional haga lo mismo.

 

Imagen de portada: Jon Rou.

 

Modern Classical Physics, Kip S. Thorne y Roger D. Blandford, Princeton University Press, 2017, 1.512 páginas, U$ 78,9.

 

The Science of “Interstellar”, Kip S. Thorne, W. W. Norton, 2014, 336 páginas, U$ 24,95.

 

Agujeros negros y tiempo curvo, Kip S. Thorne, Crítica, 2005, 576 páginas, $27.499.

 

El futuro del espaciotiempo, Stephen Hawking, Kip S. Thorne y otros, Crítica, 2003, 224 páginas, $15.900.