¿Por qué es importante el Premio Nobel de Física 2020?

Éfige de Alfred Nobel, científico creador de la dinamita y de los premios que llevan su nombre.
Éfige de Alfred Nobel, científico creador de la dinamita y de los premios que llevan su nombre

El Premio Nobel de Física ha sido para dos físicos y una física. Esta última es la cuarta mujer en esta disciplina (la tercera ya se reseñó en este periódico basándose en la novela biográfica “no te conviertas en solo una mujer”). Su trabajo sobre agujeros negros vuelve a reforzar la teoría de la relatividad general de Einstein. Se sabe que la velocidad de la luz es una constante universal y que no se puede superar. Ninguna señal puede ir más rápido que ella. Sobre este pilar se construye el marco matemático de esa teoría. Esta velocidad, vale aproximadamente trescientos mil kilómetros por segundo. Para ilustrar esto, podemos hacer el siguiente experimento y comprobar si salen los números.

Ponemos a dos niñas una frente a otra. Cada una con su móvil, y hacemos que se llamen. Les decimos que atiendan a lo que oyen por el móvil y lo que oyen fuera del auricular. Nos dirán que ambas conversaciones están retrasadas una respecto a otra. La razón es fácil, entre sus orejas, la señal va a trescientos cuarenta metros por segundo, (0,340 kilómetros por segundo), que es la velocidad del sonido en el aire, pero lo que oyen por el móvil esta retrasado porque la señal tiene que ir al satélite, que esta aproximadamente a treinta y seis mil kilómetros de altura, y volver al otro móvil. Recordemos que la fórmula que nos da la velocidad es el espacio partido por  el tiempo, podremos calcular cuál es el tiempo de retraso.

En cualquier caso, no puede existir ninguna señal que viaje a una velocidad superior a la de la luz. Vamos a recordar varias situaciones en las que esto se cumple. Vemos el brillo de muchas estrellas que se han apagado hace miles de años. Por mucho que queramos, la velocidad de un ordenador está limitada por la velocidad de la luz, la transcripción de los bits de ceros y unos, al igual que la transmisión en los elementos electrónicos de hardware. ¿Qué sucede en un agujero negro? Se llama así porque para ver algo hace falta que la luz llegue a nuestro ojo, bien sea reflejada o emitida. Esto es válido para el gran ojo que es un telescopio. En un agujero negro, la gravedad es tan grande que no deja salir luz y la que le llega no puede reflejarse porque la absorbe.

Bajo esta perspectiva podemos analizar la frase “todo lo que sube baja”. Esto es así hasta una velocidad de 11,2 kilómetros por segundo, si lo lanzamos a mayor velocidad no baja y se pierde en el espacio. Si lanzáramos hacia arriba luz desde el centro de un agujero negro, como en el caso anterior de la tierra, su velocidad de escape, que es la necesaria para vencer la gravedad del agujero negro, es mayor que la de la luz. Por lo que esta no puede escapar.

Otro ejemplo. Se esta hablando cada vez más del doble mensajero. ¿Qué significa el doble mensajero? Que podemos conocer información del universo a través de otra señal, las ondas gravitacionales, que no son luz, pero que Einstein las había previsto y han aparecido  a la velocidad de la luz. Con este pilar Einstein desarrolla un marco matemático que integra todo lo que sucede en el universo que se podría llamar galáctico. Allí todo es grande.

Pero existe otro universo, el de lo muy pequeño, con sus propias reglas, donde la teoría de la relatividad de Einstein fracasa. Casi cada nuevo descubrimiento se aleja de Einstein en lugar de reforzarlo. Es el marco la Física cuántica. Todavía nadie ha sido capaz de compatibilizarlas. Los habitantes de ese mundo invisible tienen propiedades de partículas y de ondas.

¿Existe algún pilar sobre el que construir un marco matemático? Sí, y de hecho ya se han desarrollado las matemáticas involucradas en ese mundo. Puesto que este periódico no es una revista científica, podemos hacer un poco de ciencia ficción sobre la Física cuántica. Este pilar va a ser una propiedad de las ondas que es la superposición, que no tienen las partículas.

Supongamos dos barcos que se cruzan produciendo ondas que se dirigen una hacia otra. Cuando chocan experimentan una interferencia constructiva si la ola resultante es mayor que las que chocan, y destructiva si se anula. Es decir, se suman y se restan. La matemática necesaria para decir lo anterior es que una onda se puede representar por una función seno con su correspondiente fórmula. La fórmula de la suma total será la suma de dos funciones seno, cada una con una participación que se puede expresar por un porcentaje. Por ejemplo, si una aporta un veinte por ciento, la otra debe aportar un ochenta por ciento, puesto que el total debe ser el cien por cien.

Pasemos lo anterior a matemáticas. Seno total = 20/100 seno de la primer + 80/100 seno de la segunda. El resultado es que una onda más grande viaja independientemente de las que la producen. Supongamos que por algún procedimiento podemos modificar solo el porcentaje que aporta cada foco de onda, pero manteniendo inalterada la función de la onda total (fórmula del seno). Entonces, Función de onda (Seno total) = 40/100 función de onda (seno de la primera) + 60/100  función de onda (seno de la segunda). Si no fuera así la suma no sería el cien por cien. Pero lo importante no es eso, es solo un ejemplo.

 

Esta matemática funciona a nivel cuántico. La pregunta es: ¿A que velocidad se transmite la señal de la primera onda, que le dice a la segunda que pase al sesenta por ciento porque ella ha pasado al cuarenta? Aquí se pretende sugerir que la transmisión es instantánea. Sí así no fuera existiría un instante en el que el total no sería el cien por cien. Lo que se acaba de decir contradice a la teoría de la relatividad y el razonamiento cuántico de la función de onda se aleja cada vez mas de ella.

Alguien ha dicho ante la aparición de la noticia de los premios nobeles de Física que la unión de la Teoría de la relatividad y la Física cuántica podría estar en las singularidades que son los agujeros negros.

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