El Universo es como una sábana que se dobla

MARIO HERRERO VALEA.- “El universo es como una sábana que se dobla”. Esta frase, con cierta reminiscencia a Forrest Gump, es una de las mejores formas de describir la Teoría de la Relatividad General, la teoría que describe cómo se comporta la gravedad en nuestro Universo y cómo se mueven los astros en él. Así, un cuerpo masivo se comportará como un peso sobre una sabana, curvando esta y provocando que cualquier otro objeto rodando sobre ella caiga hacia el cuerpo masivo, esta caída es lo que llamamos gravedad.

Este sencillo juego consistente en arrugar el espacio y el tiempo para que los cuerpos no se muevan en línea recta es el culpable de que durante las noches despejadas veamos sobre nuestras cabezas el espectáculo que es el cielo estrellado. Desde nuestro pequeño planeta a los supercúmulos galácticos (agrupaciones de millones de galaxias), pasando por las nebulosas, las estrellas, los misteriosos agujeros negros y muchos astros más; todo aquello que habita el Universo obedece las leyes de la Relatividad General. Y precisamente este hecho es el que en el futuro nos permitirá desvelar los misterios más maravillosos que esconde nuestro Universo.

Hasta el día de hoy, todo nuestro conocimiento astronómico proviene de observaciones realizadas gracias al espectro electromagnético, ya sea en el rango visible, en microondas, rayos X, radio, etc… Cuando queremos observar un objeto en el cielo dependemos de la luz (por no arrastrar el término pedante de radiación electromagnética) que este emite, ya sea por el mero hecho de estar a una cierta temperatura, al igual que los metales se ponen al rojo al calentarlos, o por alguna de las reacciones nucleares u otros fenómenos físicos cuyo producto final son emisiones de fotones al espacio. Esto puede parecer poco, y realmente es una muy pequeña parte de todas las posibles emisiones de partículas que se producen en el espacio, pero ha sido suficiente para llevarnos, en poco más de 100 años, desde una posición privilegiada donde nuestro Sol era un importante astro del firmamento a no ser más que los habitantes de una pequeña roca en el extremo de una más entre billones de galaxias; desde asumir la mano de un todopoderoso que nos puso en la Tierra e iluminó el cielo a confirmar la Teoría del Big Bang por la observación del fondo cósmico de microondas. Y sin embargo, todo esto es insuficiente si queremos testar las más novedosas y a veces rocambolescas ideas de la comunidad científica o desvelar los más profundos secretos de la negrura que nos rodea. Y es en este punto donde la gravedad, y su influencia sobre todas las cosas, entra en juego.

Imaginemos que en algún momento ocurre un suceso violento en el que una gran cantidad de masa se desplaza sobre la sábana que es el Universo. Al igual que cuando lanzamos una piedra a un estanque de agua, este suceso es capaz de provocar ondas en la superficie de nuestra sábana que se propagan sobre ella. Estas ondas se conocen por el nombre de ondas gravitatorias y representan nuestra mejor apuesta en el futuro próximo de la astronomía si algún día conseguimos detectarlas… y es que pese a llevar casi cien años manejando la Teoría de Einstein, no hemos sido capaces aún de detectar ondas gravitatorias más que indirectamente, pues aquellas que se generan en los sucesos astronómicos son increíblemente tenues, tan tenues que durante el siglo XXI sólo esperamos ser capaces de detectar aquellas provocadas por los sucesos más terribles y catastróficos que podamos imaginar, desde un choque de galaxias al nacimiento de un agujero negro, y eso tras un esfuerzo tecnológico impresionante. 

A día de hoy los experimentos que han intentado cazar esta esquiva radiación han sido infructuosos, y eso que consisten en sistemas de varios kilómetros de tamaño. En ellos, dos brazos sólidos de varios miles de metros de largo se sitúan formando una cruz, enviándose sendos rayos de luz a su largo. Estos rayos, provienen previamente del mismo haz, que se ha separado mediante una lámina semiespejada. Cuando cada rayo llega al final del brazo, encuentra un espejo en el que se refleja y vuelve hasta encontrarse con su gemelo en el cruce, donde se vuelven a unir en un solo haz luminoso. La clave de este experimento es que, si en algún momento una onda gravitatoria cruza el sistema, uno de los dos brazos variará ligeramente su longitud, haciendo que el rayo que lo recorre viaje una distancia ligeramente mayor o menor que el otro, de manera que cuando se vuelvan a encontrar estarán desfasados e interferirán entre ellos. Si somos capaces de medir esa interferencia entre haces luminosos, habremos detectado una onda gravitatoria. El problema es que la variación de longitud del brazo, incluso para ondas generadas relativamente cerca de nuestro planeta (en nuestra vecindad galáctica) es de una milésima del tamaño de un átomo de hidrógeno… algo verdaderamente pequeño como para poder medirlo con eficiencia. Pese a ello, experimentos como LIGO, en los Estados Unidos; o VIRGO, en Pisa, Italia; confían en este sistema para intentar detectar ondas gravitacionales. Así mismo, existe un proyecto, denominado LISA, que, pese a que se ha ido reduciendo su ambición debido a los recortes en los presupuestos de la NASA, espera ser capaz de realizar un descubrimiento directo cuando esté funcionando. Para ello, se lanzarán tres satélites al espacio, que jugarán el papel de los extremos de los brazos del sistema óptico, pero con la ventaja de estar en el espacio y poder separarse cientos o miles de kilómetros.

Si fuésemos capaces de detectar ondas gravitacionales, el siguiente paso sería refinar nuestra tecnología de manera que seamos capaces ya no sólo de detectarlas si no de diferenciar su origen e intensidad, construyendo de este modo un verdadero telescopio de ondas gravitatorias que nos abriría la puerta al futuro de la astronomía, permitiéndonos ver cosas que hasta ahora nos estaban vedadas, como la dinámica de la materia oscura (que haciendo honor a su nombre no emite luz, pero sí radiación gravitatoria), lo que ocurre en el extremo de un agujero negro o el mismísimo origen del Universo, donde se supone que un proceso de expansión rápida conocido como inflación generó una importante cantidad de ondas gravitatorias que deberíamos poder medir.

Como veis, la ciencia nunca dejará de sorprendernos y cada día nos abre la puerta no sólo a nuevos descubrimientos si no también a nuevas formas de mirar al cielo y maravillarnos por lo que vemos.

Ver para no creer

MARIO HERRERO VALEA.- En los últimos meses hemos vivido uno de los momentos históricos más importantes en la historia de la Física con anuncios como la casi “captura” del bosón de Higgs por parte del LHC o la posible naturaleza superlumínica de cierta clase de neutrinos. Desde la sociedad en general y desde Internet en particular la respuesta ha sido más que positiva y ha estado más que respaldada por un optimismo científico sin precedentes. Sin embargo, la Ciencia nunca ha de ser un asunto pasional y siempre se ha de ser crítico con ella. Más de una vez en la historia un gran descubrimiento se convirtió en un desastroso fracaso tras ser sometido a la revisión de la comunidad científica. Y de todos estos desastres, quizás el más famoso sea el que desencadenó cierto físico francés a principios del Siglo XX.

Pongámonos en situación. Nos encontramos a finales del Siglo XIX y la Guerra que durante años ha enfrentado a Francia y a los Estados Alemanes acaba de terminar, dejando altas las enemistades entre ambas naciones (la segunda ya reunificada en un único país). Todo aquello en lo que un francés destacaba, debía ser superado por los alemanes y viceversa. Y por supuesto, en ciencia no podía ocurrir otra cosa y los celos franceses se encontraban crecidos debido al descubrimiento por un alemán, Wilhelm Röntgen, de los Rayos X sólo cinco años antes de que comenzase la guerra. Este novedoso fenómeno pronto se extendió por toda Europa y todos los laboratorios de Física de renombre comenzaron a contar con dispositivos productores de Rayos X, buscando ampliar el conocimiento sobre ellos y quizás encontrar algún nuevo efecto o aplicación industrial. La fiebre de los rayos crecía imparable en Europa y es en este contexto en el que, a finales del Siglo XIX, Prosper-René Blondlot, un físico francés de cierto renombre en el campo de la óptica anuncia el descubrimiento de un nuevo tipo de radiación, nunca antes documentada y a la que denominó Rayos N, por encontrarse su laboratorio en la ciudad de Nancy (aunque en la literatura también pueden encontrarse bajo el nombre de Rayos Blondlot).

Blondlot contaba entre su instrumental con un dispositivo de detección de rayos X que consistía fundamentalmente en una reproducción del experimento de Hertz. En él, se hacía pasar la radiación X a través de una espira metálica que presentaba un pequeño hueco en uno de sus lados. Al atravesar la radiación el conjunto del conductor, se generaba en este una corriente eléctrica que, con la intensidad suficiente, provocaba la ruptura del aire y generaba una chispa en el hueco de la espira, cuya longitud se ajustaba para que sólo la radiación X (o alguna radiación de mayor energía, en principio desconocida en la época) fuese capaz de generar la chispa. Lo que Blondlot observó es que, al generarse el arco eléctrico en el conductor, el brillo de este no era uniforme en todas las direcciones del espacio, si no que presentabadiferencias de luminosidad en distintos ángulos, lo que el físico francés achacó a la producción de algún nuevo tipo de radiación en el proceso de generación de la chispa. El descubrimiento estaba ahí y ponía a la física experimental francesa a la altura de la ya renombrada alemana.

Sin embargo, desde la distancia y la perspectiva que el tiempo nos concede, podemos ponerle una fuerte pega a este experimento, y es que la simple detección visual de un fenómeno luminoso no posee la suficiente relevancia científica como para certificar un nuevo descubrimiento. No obstante, como ya hemos comentado, Blondlot era un reputado experimentador en óptica, con lo que pronto comenzó a mejorar las condiciones experimentales situando placas fotográficas que recogían la luz emitida por la chispa eléctrica. Y aún así, toda su experiencia no le permitió darse cuenta de que pese a las fotografías, continuaba cayendo en el mismo error continuamente, pues los elementos de medida finales eran sus ojos, que observaban las láminas irradiadas. Mientras que la detección de los Rayos X resultaba sencilla, se producía luz o no; la de Rayos N recaía en sutiles variaciones de luminosidad que, con la tecnología de la época no representaban una verdadera evidencia. Y es que los Rayos N en realidad no existían, si no que eran producto de una mera ilusión óptica. 

Pese a ello, el renombre de Blondlot sirvió para que el descubrimiento se abriese paso por toda Europa y muchos laboratorios comenzasen a experimentar con esta nueva radiación, encontrándose éxitos y fracasos de detección a partes iguales; fracasos que, pese a todo, no redujeron la euforia de la comunidad científica. Y es que, junto con su controvertido método de detección, los Rayos N presentaban unas cualidades tan peculiares que todo el mundo quería experimentar con ellos. Algunas de estas cualidades, detalladas por el laboratorio de Nancy, eran tan extrañas como ser producidos por los más variopintos materiales, entre los que se contaban algunos metales e incluso la madera; o ser el aluminio el único material capaz de refractarlos

Pero, como sabemos, la ciencia no es un dogma, y todo conocimiento es continuamente revisado a la luz de nuevas evidencias experimentales o ideas teóricas. Y puesto que los rayos N eran suficientemente extraños como para no encontrar mecanismo plausible que fuese capaz de explicar su existencia, la comunidad científica, especialmente la alemana, comenzó a dudar de la veracidad de las afirmaciones de Blondlot, afirmaciones que, realmente, sólo se sostenían por el nombre del investigador y su “fama”. Por ello, en 1903, la revista Nature encomienda al físico estadounidense Robert W. Wood, un negacionista de la nueva radiación, un informe detallado sobre el tema, entre cuyas pesquisas se incluye una visita al laboratorio de Nancy para observar los experimentos franceses de primera mano. 

Llegados a este punto cabe decir que Wood obró de una manera que a muchos nos parece maliciosa y que está fuertemente relacionada con su percepción personal sobre los resultados de Blondlot. Los falsos negativos sobre la nueva radiación podían tener muchas causas y, pese a ser la más lógica el defecto psicológico del autoengaño, Wood decidió actuar como si los franceses supiesen la verdad y estuviesen falseando sus resultados a conciencia. Por ello, cuando se presentó en el laboratorio, lo primero que hizo fue ocultar que hablaba perfectamente el francés, de manera que pudiese oír sin reparos los comentarios que Blondlot y su ayudante, confiados de su intimidad, intercambiaban.

Los experimentos que los franceses estaban llevando a cabo en esos momentos trataban sobre la refracción de los rayos N por un prisma de aluminio. Para ello, generaban un haz estrecho de rayos que hacían cruzar a través del prisma. Como toda radiación, los rayos N debían refractarse según la Ley de Snell, cambiando su dirección de propagación e impactando posteriormente en una pantalla compuesta de algún material reactivo frente a ellos, a fin de ser observados por los físicos. Cuando Wood vio todo esto comenzó su juego escéptico y, valiéndose de la oscuridad necesaria para los experimentos de óptica, comenzó por rotar el prisma a ángulos distintos a los que Blondlot esperaba o directamente a retirarlo del supuesto camino de los haces de radiación N. El resultado que encontró era que ninguno de los dos experimentadores, ni el reputado físico ni su ayudante, percibían desacuerdo en sus observaciones... ¡pese a que el montaje experimental era incorrecto!. 

No contento con esto, Wood quiso obtener una prueba directa de la respuesta negativa de los experimentos de Blondlot, por lo que propuso lo siguiente: encendieron una (supuesta) fuente de rayos N enfocada a una pantalla que permitía saber si los rayos incidían sobre ella o no. A continuación, con una lámina supuestamente absorbente de este tipo de radiación y a la espalda de los franceses, Wood tapaba y destapaba la fuente preguntando en cada ocasión a sus colegas si sobre la pantalla incidían o no los rayos N. Por supuesto, el resultado de este juego fue que ninguno de los dos físicos era capaz de saber si la fuente estaba cubierta o no, poniendo en evidencia que su observación del nuevo fenómeno óptico era un fraude completo, cosa que Wood no tardó en hacer público. 

Por supuesto, las respuestas internacionales no tardaron en surgir y, en poco tiempo, todos los laboratorios europeos de óptica estaban revisando sus experimentos sobre radiación N y llegando a la autentica conclusión: los rayos N no existían. Blondlot, por su parte, comenzó un largo declive hacia el ridículo, comenzando con artículos intentando explicar el porqué sus colegas se equivocaban y terminando con acusaciones contra su ayudante, cargando sobre él toda la culpa del falso descubrimiento. Indudablemente, en esta situación el hombre no estuvo a la altura de la ciencia. 

Y es que este episodio pone en evidencia como funciona la ciencia, pues es un fenómeno colectivo, propiedad de la humanidad en su conjunto y eso es lo que la hace tan maravillosa y tan capaz de logros casi fantásticos, porque donde los egos, las envidias, las ilusiones y los sueños… y en definitiva nuestra condición humana, nos confunden, la ciencia sale airosa, mejorada e impulsada hacia algún nuevo descubrimiento. Y eso es lo más bonito de la ciencia, que es de todos. ¿STAS o no STAS?.

* Puedes conocer más a Mario Herrero en su blog: Stringer.es