Reportaje publicado el 17 de octubre del año 2000 en

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HERALDO DE ARAGON
tercer
MILENIO
n este primer
n˙mero del
curso, la nueva
secciÛn que nos
acompaÒar· en
la p·gina 8, ´Ciencia
soÒadaª, salta a las
p·ginas centrales.
Estrenamos ese
apartado con la
colaboraciÛn especial
de uno de los mayores
Ciegos a la gravedad
expertos en FÌsica
E
TeÛrica, a quien
pedimos que ´soÒaraª
con el futuro de su
rama de la ciencia. Dado que su especialidad es la
GravitaciÛn y CosmologÌa, eligiÛ como anhelo
cientÌfico ´la detecciÛn directa de la radiaciÛn
gravitatoriaª. La ´domesticaciÛnª de los fenÛmenos
gravitatorios podrÌa abrirnos horizontes que
apenas podemos imaginar. El Universo, tan oscuro
hoy desde nuestros telescopios, se aparecerÌa ante
nosotros en todo su esplendor.
E
Zaragoza
Martes, 17 de octubre de 2000
Número 233
tercer
MILENIO
El Encuentro ´Ciencia y periodismoª, organizado por la Universidad Internacional MenÈndez Pelayo, reuniÛ en Formigal a profesionales de diversos medios de comunicaciÛn que reflexionaron sobre la relaciÛn
entre periodistas y
cientÌficos, asÌ como
sobre las posibles
fÛrmulas de acercar
la ciencia a la sociedad.
Las neurociencias
constituyen un apasionante campo de
investigaciÛn todavÌa
lleno de desafÌos. Si,
a finales del siglo pasado, RamÛn y Cajal
logrÛ entender cÛmo eran las neuronas y cu·les eran sus
funciones, hoy el
principal reto se
sit˙a en llegar a
comprender las bases biolÛgicas de la
consciencia y los procesos mentales.
Un Universo
oscuro
ante los ojos
En p·gina
En p·gina
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NCSA
8
A las puertas del siglo XXI, la detecciÛn directa de radiaciÛn gravitatoria es uno de los sueÒos de la ciencia actual
n ciencia no todo
son resultados.
TodavÌa hay retos
por delante,
sueÒos cientÌficos,
fenÛmenos que se resisten
a ser domesticados. Este es
el caso de los fenÛmenos
gravitatorios. Sabemos que
las cosas se caen, y que esto se debe a la atracciÛn
gravitatoria que ejerce la
Tierra sobre ellas, pero a˙n
no estamos capacitados pa-
ra observar directamente
la radiaciÛn gravitatoria.
Igualmente, tampoco sabemos producir con suficiente intensidad ondas de este tipo en laboratorios terrestres. Sufrimos una
´gravicegueraª que coloca
ante nuestros ojos un Universo oscuro, del que nuestros telescopios adivinan
una mÌnima parte. Llegar
a dominar la radiaciÛn gravitatoria ñen cuyo estudio
se trabaja intensamente en
varios laboratorios del
mundoñ supondrÌa abrir
una ventana a un Universo lleno de objetos que hoy
no podemos siquiera imaginar.
CIENCIA APLICADA, CREATIVIDAD Y EMPRESAS
TERCER MILENIO es un suplemento de ciencia aplicada y creatividad editado por HERALDO DE ARAGON y pensado para el mundo de la investigaciÛn, la empresa aragonesa y la enseÒanza media y superior, a los que llega con la colaboraciÛn del Instituto TecnolÛgico
de AragÛn y del Banco Central Hispano. AsesorÌa cientÌfica: Instituto TecnolÛgico de AragÛn, Vicerrectorado de InvestigaciÛn de la Universidad de Zaragoza y Miguel Angel Sabadell. Coordina: MarÌa Pilar Perla Mateo.
http://milenio.heraldo.es
17 DE OCTUBRE DE 2000, MARTES
E-mail: [email protected]
JosÈ MarÌa MartÌn Senovilla
maginemos una bellÌsima,
extensa y frondosa selva que
sÛlo podemos divisar desde
el exterior lejano. La selva
est· plagada de insectos,
aves, reptiles, mamÌferos y toda
clase de especies animales. Los rÌos
I
surcan los suelos, y los lagos, charcas y aguas subterr·neas se esparcen por el territorio aleatoriamente, llenando de vida sus m·s
remotos lugares. La vegetaciÛn es
ubÈrrima, con grandiosos ·rboles
e innumerables plantas de mayor
o menor tamaÒo. Sin embargo, desafortunadamente, desde nuestra
¿EXISTE?
Una certeza
que viene
de la teorÌa
y la observaciÛn
Ûmo estamos seguros
de que la radiaciÛn gravitatoria existe, si no
hemos sido capaces de observarla hasta ahora?
La respuesta afirmativa
procede de dos frentes distintos. Uno teÛrico y el otro
observacional.
C
´Prediccionesª
El primero simplemente se
basa en que todas las teorÌas
que tenemos actualmente para describir correctamente el
campo gravitatorio, y en particular la Relatividad General
de Einstein, ´predicenª la
existencia de tal radiaciÛn y
tambiÈn que su velocidad de
propagaciÛn es la misma que
la de la luz. Esta es la misma situaciÛn en que se encontraba la FÌsica desde la
predicciÛn teÛrica de Maxwell y antes del descubrimiento de Hertz.
MÈtodo
indirecto
El observacional se basa en
el hecho de que la radiaciÛn
gravitatoria ya ha sido detectada ´indirectamenteª. El radiop˙lsar PSR1913+16 y su estrella de neutrones compaÒera, en la constelaciÛn
del Aguila, forman un sistema estelar binario fuertemente acoplado del que, por
mÈtodos sofisticados, sabemos medir los diferentes periodos orbitales y de rotaciÛn.
Se observa un descenso en el
periodo de rotaciÛn que se
interpreta como debido a
una disminuciÛn del tamaÒo
de la Ûrbita causado por
´emisiÛn de ondas gravitatoriasª.
Las dos estrellas que componen este sistema son de
neutrones. La ´visibleª desde
la Tierra lo es por emisiones
de radio. La compaÒera sÛlo
es posible detectarla de forma indirecta.
El acuerdo entre los c·lculos basados en la Relatividad
General y lo observado es excelente, y nadie duda de que
ello indica que la radiaciÛn
gravitatoria existe. De hecho,
Hulse y Taylor recibieron el
premio Nobel de FÌsica en
1993 por este descubrimiento.
lejana posiciÛn no somos capaces
de ver nada de lo que la selva tiene en su interior. Ni siquiera usando los m·s sofisticados telescopios
podemos adentrarnos en ella, ya
que toda la luz que recibimos (la
luz es lo que ven los telescopios)
proviene del exterior de la selva,
es emitida por los ·rboles m·s altos. El resto de luz ha quedado
atrapado en el interior de la selva,
por la opacidad de las cosas. Podemos suponer que hay agua, porque vemos las copas de los ·rboles, pero no sabemos cu·nta, ni
dÛnde. No oÌmos los ruidos emitidos por las cataratas, ni los cantos de los p·jaros, ni las estampidas de los animales. No sabemos,
de hecho, si hay fauna... En definitiva, no sabemos apenas nada
del maravilloso mundo que esconde tal selva.
Pues bien, digan lo que digan
los informativos diarios y algunos
cientÌficos entusiastas, Èse es pura y llanamente nuestro actual conocimiento del Universo (la selva).
No sabemos casi nada de Èl ni de
lo que contiene, salvo los grandes
rasgos, porque todo lo que conocemos lo ´vemosª con nuestros telescopios, que miden la luz y
otras ondas electromagnÈticas (ondas de radio, microondas, rayos X,
gamma, etc.), pero parece ser que
la mayor parte del Universo (pongamos el 90 por ciento) est· formado por materia oscura, o sea,
materia ´invisibleª para dichos telescopios. Tenemos ante nosotros
la m·s fant·stica selva, y no hemos podido a˙n adivinar siquiera
quÈ contiene, ni cÛmo se desenvuelve. Somos unos supinos ignorantes.
-----------------JosÈ MarÌa MartÌn Senovilla es catedr·tico de FÌsica TeÛrica de la Universidad del PaÌs Vasco e investigador
en el Laboratorio de FÌsica Matem·tica de la Societat Catalana de FÌsica, IEC,
de Barcelona. [email protected]
La graviceguera,
øun ´malª
sin cura?
xisten fenÛmenos en la
Naturaleza ante los que
hemos sido ´ciegosª durante aÒos ñlos electromagnÈticos, por ejemploñ y otros ante los que seguimos siÈndolo, como es el caso de
los gravitacionales. Para comprender lo que podrÌa suponer
curar nuestra ´gravicegueraª resultar· muy ˙til un breve repaso histÛrico y una comparaciÛn.
Fue Maxwell quiÈn, en el siglo
pasado (el XIX queremos decir), y
bas·ndose en resultados previos
de Faraday, consiguiÛ la primera unificaciÛn en la historia de la
FÌsica: la de los fenÛmenos elÈctricos con los magnÈticos. El resultado es lo que desde entonces
se llama ´Electromagnetismoª.
Todo el mundo sabe lo que es un
im·n (magnetismo) y tambiÈn ha
recibido una descarga elÈctrica.
Pues bien, desde Maxwell sabemos que esas dos cosas no son
m·s que diferentes manifestaciones de lo mismo. Pero,
adem·s, los estudios de Maxwell
para comprender estas interacciones condujeron a una predicciÛn maravillosa e insospechada:
ese campo unificado parecÌa tener que manifestarse a veces en
forma de propagaciÛn de ondas
E
http://www.ligo.caltech.edu/
http://www.virgo.infn.it/
http://www.geo600.uni-hannover.de/
http://tamago.mtk.nao.ac.jp/
(como se propagan las olas del
mar) que transportaban puro
campo ´electromagnÈticoª. M·s
a˙n, la velocidad de propagaciÛn
de dichas ondas coincidÌa con la
que se habÌa observado para la
propagaciÛn de la luz. No sÛlo
los fenÛmenos elÈctricos y
magnÈticos, sino tambiÈn la luz,
eran la misma cosa.
Ondas
Poco despuÈs, Hertz conseguÌa
´emitir y recibir en el laboratorioª ondas electromagnÈticas (llamadas a menudo ondas hertzianas) similares a las luminosas, pero de diferente frecuencia. Las
ondas electromagnÈticas que
creÛ Hertz son del tipo de las
que hoy se usan en la radio. Maxwell y Hertz lograron la ´domesticaciÛnª del campo electromagnÈtico y, en particular, de su
manifestaciÛn en forma de ondas, llamada ´radiaciÛn electromagnÈticaª. Desde entonces, estos fenÛmenos han estado a
nuestra disposiciÛn y, hoy en dÌa,
es pr·cticamente imposible imaginar nuestra civilizaciÛn y la sociedad sin ellos. Los fenÛmenos
electromagnÈticos y su radiaciÛn
son cotidianamente ubicuos.
Adem·s de la electricidad que llega a las casas, se pueden citar los
aparatos electrodomÈsticos, telefonÌa, mandos a distancia, radio,
televisiÛn, comunicaciones, computadoras, radar, aparatos de rayos X, hornos de microondas, Internet, fibra Ûptica, megafonÌa,
alumbrado, puertas autom·ticas,
l·seres y un larguÌsimo etcÈtera.
La influencia de la revoluciÛn
electromagnÈtica en nuestras vidas es enorme, quÈ duda cabe.
øAlguien puede imaginarse su vida sin tales avances?
No hay sÛlo fenÛmenos electromagnÈticos en la vida cotidiana, empero. Existe otra clase de
fenÛmenos fÌsicos habituales, de
la experiencia diaria: los gravitatorios. Todos sabemos que las cosas ´se caenª si se sueltan: esto se
debe a la atracciÛn gravitatoria
que ejerce la Tierra sobre ellas.
Y aquÌ es donde viene la comparaciÛn antes aludida: por lo que
hoy se conoce, el campo que crea
la interacciÛn gravitatoria tambiÈn se manifiesta en forma de
ondas (la ´radiaciÛn gravitatoriaª). Desafortunadamente, no sabemos, y quiz·s no sepamos nunca, producirlas con suficiente intensidad en laboratorios terrestres. Y tampoco hemos sido capaces de observarlas ´directamenteª. Es en este sentido que la
humanidad no est· capacitada
para ´gravimirarª o ´graviescu-
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tercer
17 DE OCTUBRE DE 2000, MARTES
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PROYECTOS
charª, como se prefiera, o sea, para observar la radiaciÛn gravitatoria. Si alg˙n dÌa conseguimos
arreglar esta ceguera, øquÈ ocurrir·? øConseguiremos domesticar la radiaciÛn gravitatoria en la
medida que lo hemos hecho con
la electromagnÈtica? La revoluciÛn consiguiente, øser· del mismo calibre?
LIGO/NCSA/REUTER/EFE/NASA
De izquierda a derecha y de arriba
a abajo: laboratorio LIGO en Hanford, EE. UU., sus brazos miden 4
kilÛmetros cada uno; simulaciÛn
de ondas gravitatorias de tipo
Brill; un inmenso agujero negro
eyecta masa desde el centro de la
galaxia M87; agujero negro en el
corazÛn de una galaxia espiral
POSIBILIDADES
InterferometrÌa
l·ser a la caza
de nuevas
ondas
øQuÈ nos traer·
el dominio
de la radiaciÛn
gravitatoria?
Lo que queda ahora es acabar con nuestra ´gravicegueraª. Necesitamos detectar directamente y domeÒar la radiaciÛn gravitatoria. Y se est·n
invirtiendo muchÌsimos esfuerzos en ello.
El pionero en tratar de detectar esta radiaciÛn fue Weber en 1960, pero los medios
a su alcance en esa Època
hacÌan imposible el Èxito. Weber utilizÛ ´barras resonantesª,
enormes cilindros met·licos
que deberÌan vibrar al paso de
una onda gravitatoria. TodavÌa
hoy se persigue la detecciÛn
de esas ondas con este tipo de
barras, o tambiÈn con esferas,
a temperaturas cercanas al cero absoluto y con mÈtodos de
filtrado de seÒales muy modernos.
M·s posibilidades de Èxito
tienen, no obstante, los experimentos que se est·n preparando con enormes aparatos
de interferometrÌa l·ser. Estos
se basan en la medida de interferencias luminosas ñ°incluso aquÌ aparecen las ondas
electromagnÈticas!ñ en rayos
l·ser que siguen parcialmente
diferentes caminos y finalmente se reencuentran. Si
una onda gravitatoria arriba
adonde est· el interferÛmetro,
produce un cambio en los l·seres, distinto seg˙n el camino del l·ser y la orientaciÛn
de la onda, que se manifiesta
en un patrÛn de interferencia
como el que se produce cuando dos o m·s olas marinas
chocan.
Existen varios proyectos faraÛnicos y carÌsimos en construcciÛn.
Podemos citar LIGO, que tiene en marcha tres interferÛmetros en dos lugares de los
EE.UU. O tambiÈn VIRGO, que
construye el suyo en Pisa, Italia. Asimismo GEO600, un detector m·s pequeÒo en Alemania. O, a˙n menor, el TAMA300 en JapÛn. Todos ellos
esperan estar a pleno funcionamiento en la prÛxima dÈcada. Si las prestaciones de estos aparatos son las que aseguran sus defensores, no cabe duda de que tendr·n la
sensibilidad adecuada para
medir las ondas emitidas en
grandÌsimos cataclismos cÛsmicos, como la explosiÛn de
supernovas o el colapso de
agujeros negros. Pero no est·
de m·s la prudencia, ya que la
tecnologÌa necesaria no parece estar completamente desarrollada y llevamos ya m·s de
una dÈcada esperando resultados preliminares sin Èxito.
øquÈ podemos prever
que nos deparar· el dominio de la radiaciÛn
gravitatoria? Podemos citar,
entre muchos otros, los siguientes puntos, aunque predecir siempre es difÌcil y lo
que encontraremos ser· en su
mayor parte inesperado.
• La informaciÛn nos llegar·
sin corromper, ya que las ondas gravitatorias viajan por el
espacio sin apenas interaccionar con la materia. Por ejemplo, nos permitir· saber cÛmo
es el interior de las supernovas o conocer el Universo muy
lejano (es decir, muy antiguo).
• Adem·s, debe existir una radiaciÛn de fondo ´gravitatoriaª
remanente de la gran explosiÛn inicial, an·loga a la ya conocida de microondas. Esta radiaciÛn nos permitir· conocer
la historia del Universo hasta
tiempos increÌblemente pequeÒos, muy prÛximos al
tiempo de la gran explosiÛn
(unos 10-24 segundos). Esto es
de importancia para el estudio del origen del Universo.
• Nos dar· informaciÛn nueva sobre objetos colapsantes y
muy compactos, incluyendo
por ejemplo los agujeros negros si es que existen.
• Nos confirmar· la teorÌa
m·s apropiada para describir
la gravedad y, en particular,
ser· un test definitivo para la
Relatividad General.
• Pero quiz·s lo m·s importante, esperanzador y sugerente es que nos proporcionar· evidencias sobre la existencia de muchos objetos que
no sabemos nombrar ahora,
que no imaginamos que existen ni cÛmo pueden ser, pero
de cuyas propiedades, localizaciÛn e historia obtendremos
suficiente informaciÛn. En pocas palabras, se aparecerÌa el
Universo ante nosotros, novedoso y pleno como la selva
que mencion·bamos a principio del reportaje.
Parece lÛgico pensar que,
cuando menos, la revoluciÛn
serÌa una ´nueva e independienteª ventana abierta al Universo. Y ello porque todas las
cosas que existen, sean visibles
o invisibles electromagnÈticamente, ´gravitanª. PerderÌamos la ´gravicegueraª y el Universo dejarÌa de ser mayormente desconocido.
Lo que se descubrir· seguro que es apasionante, impredecible y muy sorprendente.
Veremos y podremos escuchar
la selva por dentro. Cambiar·
toda nuestra cosmovisiÛn. øAlguien da m·s?
Y
NCSA/GEO600
De arriba a abajo: simulaciÛn de las Ûrbitas de un sistema binario
de estrellas de neutrones; dos de los espejos del interferÛmetro
GEO600, en Hannover, Alemania, cuyos brazos miden 600 metros
cada uno; vista del interior de uno de los tanques en este mismo
laboratorio, la zona roja es uno de los l·seres