06 novembro, 2015

(Cosmofísica, 6) "La teoría perfecta. Un siglo de figuras geniales y de pugnas por la teoría general de la relatividad"

Este libro de Pedro G. Ferreira (profesor de astrofísica en Oxford) es una historia de la teoría de la relatividad general. Como el lector seguramente sabe, esta teoría fue expuesta por Einstein en 1915 y en ella, entre otras cosas, es donde se afirma que la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo: las masas deforman la geometría que hay a su alrededor.

El título del libro es una ironía intencionadamente engañosa, pues si algo se demuestra a lo largo de sus páginas es que la perfección de esa teoría se halla, precisamente, en su imperfección, que es la que la ha convertido en una fuente inagotable de sugerencias y nuevos caminos para toda la física del siglo XX (y más allá...). Ferreira deja claro desde el principio que "la recompensa que se obtiene al dominar la teoría general de la relatividad de Albert Einstein equivale nada menos que a hacerse con la clave que permite comprender la historia del universo, el origen del tiempo y la evolución de todas las estrellas y galaxias del cosmos."

Ferreira distribuye su relato en tres grandes etapas. Los cinco primeros capítulos los protagoniza directamente Einstein, y narran tanto los momentos de esplendor científico y mediático de su trabajo, como las imperfecciones que generaron dudas y, consecuentemente, nuevos estímulos para la física.

Por un lado, está el triunfo de la comprobación experimental desde la Isla de Príncipe de que, efectivamente, la luz se curva en presencia del espacio-tiempo; pero, por otro, el problema que se le planteó a Einstein cuando se hizo patente que sus ecuaciones predecían un universo en evolución. Su obcecación en un universo estático y eterno lo llevó a insertar la famosa constante cosmológica, para evitar la implosión universal que la gravedad habría de terminar por producir. Alexander Friedmann y Georges Lemaître indicarían luego la dirección correcta, y la constante cosmológica hubo de esperar unas décadas para resucitar dramáticamente, bajo la forma de una energía oscura que respaldaría la idea de un universo aceleradamente expansivo. La teoría de la inflación cósmica complementaría más adelante el modelo del big bang, con el objeto de explicar la homogeneidad del universo a gran escala: es esencial, porque se vincula el mundo cuántico y las fuerzas fundamentales (en origen) con el cosmos en su dimensión más grande, que es el ámbito de dominio de la relatividad general.

La valoración científica de la teoría de la relatividad al final de la vida de Einstein era delicada y reflejaba sus propias dudas ante las consecuencias que parecía permitir: se la veía como una teoría puramente matemática, alejada de realidades experimentables y observables, sin una verdadera conexión con el universo real.

Desaparecido Einstein, la relatividad ha llevado desde entonces una vida tumultuosa.

Hay, obviamente, un montón de hallazgos de la física contemporánea que de forma directa o indirecta están relacionados con ella; el libro de Ferreira los va señalando, pero de forma incuestionable sobresale el tema de los agujeros negros, ya no solo por su misma existencia, sino por lo que las características de esta suponen para la física y la cosmología en general.

Descubiertos ya en vida de Einstein, los agujeros negros constituyen una singularidad, en el mismo sentido en el que lo es el estado inicial del universo: un algo en el que la física clásica se tambalea, y donde la relatividad parece replegarse para dejar campar a sus anchas a la física cuántica. La peculiaridad de una singularidad como la de un agujero negro hizo creer durante algún tiempo que esta solo se podía encontrar en las ecuaciones relativistas de Einstein, pero no en la realidad. Sin embargo, Roger Penrose dejó claro que existen, que no son solo matemáticas: una vez iniciado un proceso de implosión gravitatoria, la formación de singularidades es inevitable. El famosísimo descubrimiento de Stephen Hawking de que los agujeros negros emiten luz y tienen temperatura fue, por su parte, una consecuencia de la suma de fuerzas entre la relatividad general y la física cuántica. Sin embargo, las investigaciones posteriores de Hawking revelaron una amenaza crucial contra aquella, y contra la física en general. El gran problema que plantean los agujero negros es el de la extraña posibilidad de que la información que succionan se pierda; esto es algo que sería viable si la entropía (esa temperatura, esa luz) residiese en el volumen. De estar ahí, cuando el destino final de un agujero negro, su evaporación, se cumpliese, todo ello también desaparecería. Pero si la información se pierde, la física se estremece: pierde su capacidad de predicción, tan esencial a ella misma: en todo momento, es posible saber qué es de la materia que teníamos en el momento anterior. Hawkins sugiere entonces que la entropía de los agujeros negros tiene que ver con el área de su superficie, y no con el volumen espacial. Cambiar volumen por superficie implica que, en estas dimensiones, la relatividad deja de ser relevante, pues el espacio-tiempo ha quedado desplazado: la gravedad cuántica se convierte entonces en la depositaria de toda esa entropía. Lo que ha ocurrido realmente es que el espacio-tiempo ha quedado atomizado y que, por debajo de un determinado tamaño mínimo, ya no tiene sentido hablar de los conceptos de superficie y volumen.

Tirando de este hilo, en los últimos tres capítulos Ferreira reflexiona sobre el futuro de la relatividad y, aunque afirma que seguirá siendo "la médula misma de la física y la astronomía del siglo XXI", reconoce que "quizá haya llegado ya la hora de dar un paso más y empezar a buscar una teoría capaz de superar el comportamiento de la relatividad general en aquellas situaciones que bordean sus propios límites." Así las cosas, las nuevas ideas apuntan claramente a que es en el mundo cuántico donde recaería toda la responsabilidad de la formación de la geometría del espacio-tiempo.



FERREIRA, Pedro G. (2015): La teoría perfecta. Un siglo de figuras geniales y de pugnas por la teoría general de la relatividad. Anagrama. Barcelona.



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