Se descubrió que...

Cumple 50 años la "singularidad"

El título no se desembrolla con sentido común. Hay una definición precisa en matemáticas y en física: una singularidad matemática es un punto donde una función tiende a infinito. En física es un fenómeno gravitatorio, el corazón de un agujero negro.

En 1965, hace 50 años, sir Roger Penrose (lea La mente nueva del emperador), físico y matemático inglés, presentó un teorema al respecto de superficies atrapadas que se comprimen con el tiempo. El dato lo recuerda la FECYT, Fundación Española para la Ciencia y la Tecnología. Penrose "asoció dos conceptos relacionados con la relatividad. Uno, el de singularidad gravitatoria, un error en el espacio-tiempo donde no es posible definir cantidades físicas. El otro, el de las llamadas superficies atrapadas: áreas que de forma inevitable se encogen con el tiempo. Estas superficies se forman por la explosión de una estrella al final de su vida, con lo que se colapsa y termina como agujero negro. En ese momento se crea una singularidad gravitatoria donde el tiempo cesa de existir y las leyes conocidas de la Física dejan de aplicarse".

El tiempo también cesa de existir a la velocidad de la luz: los fotones del Big Bang son hoy tan nuevos como en ese instante. Velocidad y masa, en la relatividad, son conceptos relacionados: gravitación, aceleración y tiempo son la trinidad de un mismo sustrato: el universo.

Que los objetos caen es observación no sólo humana, sino de animales: las águilas dejan caer tortugas sobre rocas para romper su coraza y comerlas. Dicen que así murió Esquilo: un águila confundió su calva con una roca. Hay algo más que los animales saben: debe caer sobre piedra, no arena ni agua.

Hace 328 años, Newton unificó mareas, órbitas celestes y manzanas que caen en una sola fuerza, la gravitación universal, y determinó que se debilita con el cuadrado de la distancia. Nos dijo cómo, pero no qué. ¿Qué es? Lo respondería Einstein en 1915 con su teoría de la relatividad general que está cumpliendo un siglo: la masa produce una curvatura en el espacio-tiempo y así el movimiento de otro objeto, o de la luz, sigue esa curvatura por inercia. A mayor masa, mayor curvatura. El ejemplo más visual es, en dos dimensiones, un cielo raso: si le encimamos una pelota lo pandeamos.

En 1916, Karl Schwarzschild hizo un ejercicio matemático: la velocidad de escape, la mínima necesaria para salir de un campo gravitatorio, por ejemplo para ir a la Luna, es mayor conforme el cuerpo celeste por abandonar es más masivo. Si incremento esa masa llego a un punto en el que ni la velocidad de la luz es suficiente para escapar. Así tuvimos la primera noción de agujero negro, exitoso nombre dado por John Wheeler. En honor a Schwarzschild lleva su nombre el radio del borde, conocido como horizonte de eventos, al centro, la singularidad.

¿Cómo puede concentrarse masa suficiente en tan poca área que "desgarre" el espacio-tiempo? Cuando una estrella al menos diez veces más masiva que el Sol agota su hidrógeno, transformado en helio, sin el balance de la fuerza por fusión de núcleos, la gravitación colapsa las capas superiores sobre las inferiores. Con masa suficiente 'hunde' el espacio-tiempo, como una bola de boliche un cielo raso delgado.

Penrose y Stephen Hawking probaron otro teorema según el cual "un universo en expansión, como el nuestro, debe haberse originado en una singularidad instantánea, el Big Bang, misterioso estado inicial con densidad infinita": otro camino al ya sugerido bang inicial.

Esos dos teoremas, basados en la relatividad general, llevan a "predecir que dentro de los hoyos negros existen condiciones singulares y catastróficas como las de la inicial gran expansión del universo", explica José M. M. Senovilla, físico teórico de la Universidad del País Vasco. "Pero también indican que la relatividad incluye y describe sus propias limitaciones, pues prevé que no es válida bajo condiciones extremas debido a que aparecen singularidades 'infinitas' totalmente inaceptables". El estudio se Senovilla apareció en el journal Classical and Quantum Gravity con otros 12 artículos en celebración del primer centenario de la Teoría General de la Relatividad.

Crónica: Los días y los años, Planeta (el 68 en primera persona).

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