Los susurros de la noche

Tocándose a distancia

En el centro absoluto de un viejo bosque en decadencia, entre las víctimas grises de una sequía terca y prolongada, se encuentra un árbol solitario resistiéndose a la muerte. Sus raíces descubiertas atraviesan el cauce vacío de un río que ya no existe, buscando desesperadamente agua donde solo fluye el polvo. Ya no quedan animales en este paisaje abandonado. Obligados por la necesidad, a riesgo de perder la partida contra la selección natural, han emigrado o fallecido en el intento de alcanzar nuevos verdores. El árbol está solo, bajo el universo entero, y ante la ventisca fría de una noche estrellada, su tronco finalmente cede, precipitándose hacia el suelo. Sin humanos o animales capaces de escuchar su caída, ¿podemos decir que emitió algún sonido nuestro amigo, al caer entre los suyos?

Esta interrogante es un ejercicio intelectual popular, sugerido por el filósofo George Berkeley a principios del siglo 16. En su Tratado sobre los Principios del Conocimiento Humano, Berkeley pretendía demostrar que el mundo exterior estaba principalmente compuesto de ideas, que eran transferidas a través de la observación a la mente de aquellos que pudiesen percibirlas. Visto así, el sonido no podía existir en ausencia del oyente, pues todo fenómeno requería de un observador consciente para manifestarse en la realidad.

Ahora, antes de emitir un juicio negativo sobre la validez de este razonamiento, haríamos bien en notar que la pregunta anterior en realidad está incompleta, y que su respuesta depende totalmente de un factor que no deberíamos dar por sentado: ¿qué es el sonido?Ondas longitudinales - gif

 Si consideramos que cualquier vibración transmitida a través del aire es un sonido –como lo hizo Aristóteles hace 2,500 años–  entonces evidentemente nuestro árbol sí hizo ruido al impactar con el suelo. Aunque no hubiesen oídos cerca para detectarla, una onda de presión longitudinal sin duda se generó y propagó por los alrededores, a unos 1230 km/h. Si, por otra parte, pensamos que el “sonido” es tan solo la interpretación neurológica que le otorga un cerebro a las vibraciones que percibe, entonces está claro que Berkeley tenía (algo de) razón: las ondas solo son movimientos cíclicos del medio que las transporta. Se convierten en sonidos únicamente si encuentran un intérprete.

Cuando un ser humano habla, codifica en la vibración del aire que exhala –por medio de sus cuerdas vocales– un cierto patrón generado en sus neuronas. Información y emociones que son traducidas al lenguaje de los átomos y las moléculas, para luego ser capturadas por el interlocutor en una maquinaria biológica capaz de interpretar el mensaje original. Justo así –sin esoterismos o misticismos– se conectan dos mentes de una manera tan íntima como lo sean sus pensamientos. Dos zonas separadas del universo, tocándose a distancia.

agujeros negros Kicked_Out_Black_Holes_00278Por supuesto, en nuestro planeta este mecanismo maravilloso está limitado por las condiciones de la atmósfera que nos envuelve, pero allá afuera entre los astros, ¿qué tan lejos podrá viajar una onda, y a través de qué medio, para ilustrar los secretos del evento que la produjo? Más aún, elevando considerablemente la apuesta de Berkeley: si dos agujeros negros colisionan a mil millones de años luz de distancia, ¿hacen ruido?

El bosque cósmico, donde nacen y mueren estrellas luego de brillar por eónes indecibles, se presenta bastante más amplio y complejo que nuestra arboleda inicial, pero nada nos impide perdernos ocasionalmente en sus profundidades, soñando despiertos, tratando de entender fenómenos mucho más allá de nuestra experiencia inmediata.

Una fuerza ficticia

Cautivo de un pasatiempo similar, pasados dos años desde la publicación de su Teoría Especial de la Relatividad, Albert Einstein se encontraba aún sentado frente a su escritorio en la oficina de patentes, pensando en el universo. Como demanda la sensatez, pronto comenzarían a lloverle los doctorados honorarios y las ofertas de empleo académico, pero por el momento, sus días seguían pasando tranquilos en la ciudad suiza de Berna, haciendo el trabajo que le había conseguido el padre de su buen amigo, Marcel Grossman. Debido a su bajo promedio, Albert fue el único alumno de su clase que no fue contratado por su Departamento de Física al graduarse, lo cual le ocasionó serias dificultades para encontrar un empleo. Sin embargo, aquel día de 1907, un problema bastante menos terrenal le ocupaba de lleno: cómo integrar la gravedad Newtoniana en su nueva concepción de la realidad, en la que la velocidad de la luz era un límite absoluto, y nada podía viajar más rápido que ella por el cosmos.

einsteinFue justo allí sentado que tuvo el que luego describiría como “el pensamiento más feliz de su vida”: una idea tan simple como poderosa, que se convertiría en la base de una revolución científica como pocas en la historia.

Inmerso en uno de sus viajes imaginarios, Albert notó emocionado que un observador en caída libre no podría percibir la fuerza de gravedad (como no lo hacen los astronautas en la ISS). Por lo tanto, si un objeto iba cayendo a su lado, para el observador parecería inmóvil, como si estuviera flotando plácidamente en el vacío. Este escenario comenzó a indicarle que la gravedad era en principio indistinguible de esa presión que sentimos cuando aceleramos: una especie de “fuerza ficticia”, resultado del movimiento relativo de los cuerpos a través de la geometría variable del espaciotiempo. Más que una conclusión filosófica abstracta, esta era la respuesta que tanto había eludido a Isaac Newton, cuando se preguntaba cuál era el engranaje que conectaba a la Luna con La Tierra, y a ambas con el Sol. Resulta que el universo es un lugar tan interesante gracias a la más delicada simbiosis cósmica, “la materia le dice al espacio cómo curvarse, y el espacio le dice a la materia cómo moverse”.

A Einstein le tomaría varios años más reconciliar la geometría no euclidiana –apropiada para superficies curvas– con su teoría, pero cuando finalmente lo logró, fue como si la humanidad entera abandonara de golpe la proverbial “Caverna de Platón”, apreciando la belleza que el universo escondía tras las sombras. La relatividad ya no aplicaba solo a casos “especiales”, sino que era “general”, y sus implicaciones serían evidentes en cualquier rincón del firmamento.

A la velocidad del pensamiento

La relatividad general es un modelo elegante, coherente, conceptual y matemáticamente hermoso. No obstante, las teorías científicas –sin importar su origen– solo pueden ser aceptadas si son capaces de hacer predicciones verificables, ya sea mediante la observación o los experimentos controlados. Afortunadamente, 100 años después de su formulación, son muy numerosas las vías que permiten comprobar las ideas de Einstein, en un proceso que continúa aún en la actualidad.

mercurio precesion wissenschaft_printTodo comenzó con el desplazamiento detectado en la órbita de Mercurio. Desde el siglo 19 se había medido que la trayectoria del planeta más cercano al Sol se trasladaba significativamente con cada ciclo, lo cual a pesar de ser una rebeldía menor, denotaba que algo estaba mal, o incompleto, en la física Newtoniana. Cuando los cálculos realizados con las ecuaciones de Einstein predijeron a la perfección este movimiento, la relatividad obtuvo una primera victoria imponente de cara a la naturaleza. Igualmente exitosa fue la predicción de que la luz debería desviarse al cruzar el espacio curvo, lo cual pudo apreciarse durante el eclipse solar del año 1919, en el que las estrellas alrededor del Sol lucieron fuera de posición vistas desde África y América.

No conformándose con esto, los astrónomos han podido verificar el fenómeno de los “lentes gravitacionales”, en los que la curvatura del espaciotiempo distorsiona o amplifica la imagen de galaxias lejanas, ocultas tras algún objeto masivo. Esto es tan impactante como suena: son colecciones enteras de miles de millones de soles que se extienden sublimes por incontables años-luz, rindiéndose ante el poder predictivo de una mente humana.

Abell 2218

Efectivamente, aunque al principio puede resultar contraintuitiva, la relatividad ha demostrado ser impecable en cada afirmación que hemos podido poner a prueba, incluyendo aquellas en las que el mismo Einstein no confiaba demasiado. De todas las predicciones de su teoría, ninguna ha resultado más elusiva que las llamadas “ondas gravitacionales” –perturbaciones cósmicas causadas por sucesos increíblemente energéticos, como supernovas o colisiones estelares, capaces de estremecer la estructura del espaciotiempo. Sobre este tema, Einstein consideraba altamente improbable que algún día fuesen detectadas, llegando a retractarse y declararlas inexistentes en alguna ocasión. Tan indeciso se le veía que Arthur Eddington –un colega escéptico– bromeó afirmando que las ondas gravitacionales parecían propagarse a la velocidad del pensamiento, como cualquier rumor de pasillo sin base en la realidad.

Menos de un siglo después, ese pensamiento, aunado a la curiosidad y la indomable persistencia humana, han triunfado nuevamente frente al misterio absoluto que representa el universo.

De luna nueva y nubes tormentosas

La ciencia funciona –los aviones vuelan, las vacunas neutralizan enfermedades, los teléfonos conectan a las personas y las naves espaciales alcanzan otros mundos– gracias a una combinación rigurosa de métodos, herramientas y maneras de pensar, que nos permiten diferenciar entre las afirmaciones que probablemente son ciertas, y aquellas que solo encuentran sentido en nuestra imaginación. Todas las etapas del proceso científico son igualmente importantes: la construcción de una hipótesis consistente con lo que ya sabemos del universo, el análisis escéptico de los escenarios que podrían descartarla (con una aplicación sabia de la navaja de Occam), el diseño de experimentos que pudiesen arrojar luz sobre su veracidad, la medición precisa de los resultados, la sumisión voluntaria a la auditoría de tus pares, y sobre todo, la honestidad intelectual para aceptar el camino que sugiera la evidencia. No basta con ser bueno en solo algunos de estos pasos: fallar en uno es desprestigiar toda la empresa de la ciencia.

luz maxresdefaultPor motivos evidentes al análisis, este método es la vía más efectiva a la que tenemos acceso para entender el universo que habitamos, y poder manipularlo para nuestros fines. Igualmente, resulta sencillo reconocer sus debilidades, al confrontarlo con fenómenos capaces de alterar nuestras mediciones, resultados o conclusiones. A modo de ejemplo, imaginemos que caminamos con cautela por una calle terriblemente oscura, en noche de luna nueva y nubes tormentosas, y se nos pide leer un aviso luminoso recién encendido en la fachada de un edificio cercano. Como cabe esperar, el resplandor es tan potente que nuestros ojos no logran distinguir las letras, cegados por el cambio repentino. En este caso, el fenómeno que tratamos de estudiar afecta de tal forma nuestro instrumento de medición, que no podemos separar lo verdaderamente interesante del ruido electromagnético.

¿Cómo podemos entender la realidad cuando ésta juega con nuestras percepciones?regla ruler_40cm

 De acuerdo a las ecuaciones de Einstein, las ondas gravitacionales no son demasiado diferentes de los sonidos que experimentamos en La Tierra, pero no es el aire lo que se comprime y expande para transmitirlas, sino el espacio mismo. Si tratáramos de registrar su longitud con una regla convencional, ésta se comprimiría y alargaría con la onda que se supone debe medir, y nuestros cuerpos con ella, evitando que percibiéramos que algo ha sucedido. Inadvertidamente, nos habríamos vuelto parte del experimento. De esta manera, siendo el objeto de estudio la arquitectura fundamental de todo lo que existe, el científico y el ratón de laboratorio encuentran que no son tan distintos, después de todo.

Los susurros de la noche

Si quieres medir el universo, necesitas una regla de longitud constante, totalmente independiente del espaciotiempo en el que se materializa. No suena fácil, pero contra todo pronóstico, y por la más amable de las suertes, existe una herramienta que podemos usar para este propósito: un rayo de luz, o más específicamente, un láser. Para detectar las vibraciones más remotas de la bóveda celeste, que reverberan por las vastas distancias que separan los cúmulos estelares, requeriremos el oído más preciso, la atención más aguda, y una cantidad nada despreciable de paciencia.

Agujeros negros en colisión 2Han pasado unos mil millones de años desde que dos agujeros negros lejanos se acercaron más de la cuenta, y comenzaron a caer el uno hacia el otro arrastrados por la inmensidad de su gravedad conjunta. Esta sentencia de muerte en espiral probablemente duró años en desarrollarse, pero en sus últimos instantes se hizo tan intensa que los participantes alcanzaron velocidades relativistas, orbitándose mutuamente más de 1000 veces por segundo. Justo antes del impacto, a medida que el espaciotiempo se hacía un nudo y las leyes de la física huían despavoridas, estos monstruos liberaron más energía que la suma de todas las estrellas del universo, generando una perturbación en la tela misma de la realidad.

Mientras esto ocurría, en La Tierra –una mota de polvo que habría sido vaporizada de haber estado medianamente cerca de este evento– una sopa de organismos unicelulares se extendía poco a poco por los océanos azules. ¿Quién entre nosotros habría apostado a favor de estas criaturas microscópicas, como posibles intérpretes de esta oleada interestelar?

ligo image-20160211-28676-19nbab3Con el beneficio del tiempo cósmico, la onda gravitacional resultante se expandió por las 3 dimensiones del espacio a la velocidad de la luz, disipándose progresivamente. Para cuando alcanzó nuestra galaxia, hace unos 50,000 años, ya no era más que un eco débil y distante, como esos que tan a menudo confundimos con el viento. Pero los años no habían pasado en vano en aquel humilde planeta azul. Gracias al enorme y dadivoso poder de la evolución, una variedad majestuosa de formas de vida capaces de correr, volar, nadar, sentir y pensar, ahora poblaban cada rincón de la superficie, con una especie en particular mostrando gran potencial para entender sus alrededores. En los milenios restantes para el contacto, este simio desnudo desarrolló la ciencia, sus métodos e instrumentos, comprendió la luz y las partículas de las que se compone, soñó despierto en oficinas, parques y colegios, y construyó un oído gigantesco, capaz de escuchar hasta los susurros de la noche.

Cuando la onda atravesó finalmente La Tierra, alargó y comprimió el espaciotiempo circundante en una longitud menor al diámetro de un protón. Y fue detectada por LIGO –el interferómetro láser para la observación de ondas gravitacionales. Para sorpresa de nadie, pero maravilla de todos, Einstein tenía razón nuevamente.

Un milagro de la ciencia

ligo Simplified-How-LIGO-detects-gravitational-wavesCarl Sagan solía decir que los libros, como repositorio permanente de las voces del pasado, eran prueba de que los seres humanos podíamos hacer magia, y escucharnos unos a otros a través del paso de las épocas. En ese caso, la magnitud de lo logrado en LIGO bien podría clasificarse como un milagro (de la ciencia) a falta o desconocimiento de un mejor término. Durante 22 años de construcción frenética, físicos, astrónomos, técnicos, ingenieros y muchísimos otros profesionales, participaron en un proyecto para hacer rebotar dos láseres a través de un túnel gigantesco en forma de L, usando los tres mejores espejos jamás producidos. O debería decir seis, ya que el experimento consta de dos instalaciones idénticas en extremos opuestos de los Estados Unidos. Se trata de un requisito necesario: cuando trabajas con el oído más sensible de La Tierra, lo escuchas todo: sismos, radios, vehículos en la autopista, radiación cósmica y el estornudo casi-aguantado de un técnico terriblemente apenado. Duplica tu experimento, y solo una onda gravitacional podrá ser detectada en ambos sitios al mismo tiempo, sin importar los obstáculos.

Ondas gravitacionales - Espejo LigoUn interferómetro de luz, de cualquier tamaño, funciona al comparar la longitud de onda de la luz saliente con la que regresa –unas 280 veces en LIGO– para encontrar desfases que delaten la presencia de una perturbación. Es por eso que los túneles, de 4 kilómetros de largo, deben contener vacíos de menos de una trillonésima de atmósfera terrestre, con espejos pulidos con láser hasta convertirlos en esferas casi perfectas. Aún con todo esto, el experimento no puede aislarse totalmente de las señales externas, las cuales tuvieron que ser compensadas con software a través de años de pruebas, falsas alarmas y no tan falsos desencantos. Como es de esperarse, todos los involucrados aprendieron a ser paranoicos con el trabajo, ya que hasta una célula muerta o partícula de polvo es capaz de alterar los resultados. Es necesario lucir como un astronauta para siquiera limpiar estos túneles, sin el beneficio de la ingravidez y la fama.

Es, en todos los sentidos, una labor de amor por la naturaleza y por la curiosidad que nos motiva a desentrañar sus secretos.

Para navegar la oscuridad

Hubble_Extreme_Deep_Field_(full_resolution)A pesar del espectáculo radiante que representa una noche despejada, cuando pareciera que cada rincón del universo es el hogar de alguna estrella (o galaxia, si usamos un telescopio suficientemente potente), la verdad inescapable del cielo es que la mayor parte de lo que existe está oculto a la mirada. Sin duda la luz visible –ese angostísimo segmento del espectro electromagnético que evita seamos totalmente ciegos– ha resultado un medio muy útil para estudiar la penumbra, pero incluso ella desfallece cruzando las distancias enormes que separan a los sistemas solares.

Un fotón en una cosa delicada, y mucho puede pasarle mientras cruza los años-luz. Con facilidad puede ser absorbido por una nube de polvo cósmico, o desviado por la curvatura invisible del espaciotiempo. Es por esto que muchas zonas de la Vía Láctea lucen opacas, escondiendo tras un velo el nacimiento explosivo de los soles.

andromeda espectroClaro está que esto no iba a detenernos. Para estudiar objetos poco reflexivos descubrimos la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio. Para identificar las explosiones intensas de radiación aprendimos a capturar la luz ultravioleta, los rayos X y gamma. En la astronomía moderna, solo aquello que no emite luz de ningún tipo, o es transparente a ella, continúa siendo un misterio impenetrable. Lo son los agujeros negros, cuyo nombre no podría ser más descriptivo de sus características, y también la “materia oscura”, que no se queda atrás en este aspecto.

Como las personas que han sufrido el infortunio de perder la visión, los humanos nos enfocamos ahora en afinar nuestros otros sentidos, con la esperanza de poder oír los detalles que la luz ya no puede revelar. En más de una forma, se trata de una nueva ventana para la astronomía. Como la ciencia misma, una onda gravitacional es una guía para navegar la oscuridad, cuando todas las otras luces han fallado.

agujero negro big_14ab398772fc064aa987c7da093dcca949d893adEn un futuro espero no demasiado distante, cuando un interferómetro espacial escuche con mayor alcance y precisión los remanentes del pasado más remoto, presumo que podremos dar por respondida la pregunta filosófica que nos lanzó en esta odisea: cuando eres capaz de registrar el “sonido” del universo naciendo, y con él la totalidad de lo que ha existido o existirá, te das cuenta de que el árbol no estaba tan solo después de todo.

Todos existimos y vibramos juntos en el espaciotiempo.

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11 comentarios en “Los susurros de la noche

  1. buenisimo tu blog te aplaudo colocas temas que son magia para adeptos como yo temas donde lo real es tangibvle donde lo que es lo tomas y lo compartes …nada de magia nada de abstracto todo tangible ….

    Le gusta a 1 persona

    • ¡Muchas gracias Freddy! Como decía Feynman, la belleza del universo resalta mientras más conoces de él, y justo de eso trata este espacio. Estoy convencido de que no hace falta el pensamiento mágico para apreciar la inmensidad. Es bueno saber que no estoy solo en eso.

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