RESPUESTAS DESDE EL CERN 3 Y 4

La semana pasada estuvimos muy liados así que fue imposible la publicación de RESPUESTAS DESDE EL CERN 3. Pero no pasa nada! esta semana publicamos dos a la vez, ahí van....

7. ¿Sabemos de que está formado un agujero negro? ¿Cómo se puede formar artificialmente? ¿Si se llega a formar entrañaría algún peligro?

Los agujeros negros se forman típicamente cuando a una estrella se le acaba el combustible que la hace brillar. Esto le pasa a todas las estrellas, y le pasará algún día al Sol, dentro de unos 7000 millones de años. Mientras una estrella brilla, hay una agitación como producto de esas reacciones, que hace que las partículas tengan suficiente energía para compensar la atracción gravitacional que tiende a llevarlas  hacia el centro de la estrella. Cuando esa agitación cesa, las fuerzas gravitacionales hacen que la estrella se colapse: todas las partículas se juntan en el centro de la estrella. La densidad es tal que el campo gravitacional en el centro es enorme, y cualquier partícula que pase por allí es absorbida inmediatamente. 

 

Las partículas de luz, los fotones, no son una excepción. Son absorbidas como las otras. Por eso se llaman agujeros negros. Casi ningún fotón sale de ellos. Y digo casi porque Stephen Hawking descubrió en 1974 que los agujeros negros sí que emiten un poco de radiación. Si se mira el tipo de fotones que emiten, se ve que un agujero negro se comporta como un cuerpo que se ha llevado a una cierta temperatura. Si uno se acerca a un objeto ardiendo, parte del calor que siente son fotones que le llegan desde ese objeto. Cuanto más caliente, más fotones. Los agujeros negros con mucha masa se comportan como objetos muy fríos. Es muy difícil detectarlos porque casi no emiten fotones. Los agujeros negros de poca masa se comportan como objetos muy calientes. Tanto que muchas veces se evaporan porque gastan toda su energía en emitir esos fotones. Se les acaba la masa que se necesita para emitir tanta energía y desaparecen. 

Es posible que se puedan generar agujeros negros artificialmente en aceleradores de partículas como el LHC del CERN, porque la densidad en el momento de las colisiones es muy alta, pero en cualquier caso serían de ese último tipo de agujeros que se evapora casi inmediatamente, así que no representan ningún riesgo.

8. ¿Puede ser nuestro universo una parte de algo más grande que desconocemos?

Desde luego. Como he dicho antes, nuestros sentidos, los que utilizamos para aprehender el mundo, son muy limitados. Para compensar sus carencias, el hombre ha inventado todo tipo de instrumentos: telescopios para ver más lejos, microscopios para ver cosas más pequeñas, etc. pero éstos también tienen sus limites. Que no veas una cosa con el estado actual de la tecnología no quiere decir que no exista. El estudio de la naturaleza en general y la Física en particular son grandes curas de humildad. 

9. ¿Qué hay entre la atmósfera terrestre y la Luna? ¿Vacío?

Sí, la mayoría es vacío. Hay alguna molécula de hidrógeno por ahí perdida, unos cuantas moléculas de helio que hayan podido escapar del Sol, neutrinos, fotones... cosas así, pero la gran mayoría del espacio es vacío. Y cuando digo vacío, hablo de un vacío mucho más vacío que nuestro cuerpo, que contrariamente a lo que pueda parecer también está prácticamente vacío. Si empezáramos a mirar nuestro cuerpo con un microscopio cada vez más potente, llegados al nivel de los átomos, veríamos que estos están compuestos por un núcleo y algunos electrones que orbitan alrededor, pero las distancias vacías entre el núcleo y los electrones son mucho mayores que los tamaños de esas partículas. O sea, que la gran mayoría del espacio que ocupa nuestro cuerpo también está vacío.

 Si no atravesamos las paredes no es porque nuestros átomos choquen con los átomos de la pared, sino por la repulsión eléctrica entre nuestras partículas cargadas y las de la pared. Por otra parte, el vacío según la mecánica cuántica no es un lugar tan tranquilo como cabría suponer. Tiene energía, y quien dice energía dice creación aleatoria de partículas, aniquilamiento, y vuelta a empezar. Cuando se mira en detalle, el vacío es un no parar. Y hablo tanto del vacío en nuestro cuerpo como del que existe entre la Tierra y la Luna. Una de las cosas más excitantes de la Física es que las leyes que encontramos observando lo que tenemos al lado explican también fenómenos que ocurren al otro extremo del universo. Es lo que le pasó a Newton cuando vio caer una manzana de un árbol y descubrió que la misma fuerza que la había hecho caer al suelo era responsable de la órbita de la Luna en torno a la Tierra.

10. ¿Existe alguna hipótesis sobre que ocurrió antes del Big Bang?

Hipótesis hay muchas. Hacer hipótesis es gratis. Pero hipótesis serias desde el punto de vista científico... ¡ay! Eso es otra historia. En mi muy humilde opinión, no hay ninguna hipótesis en este momento que merezca sobresalir sobre todas las otras. En general, las hipótesis o teorías que gozan del beneplácito de los físicos son aquellas que son falsificables, es decir, que se puede diseñar un experimento cuyo resultado pueda dictaminar que la teoría no es válida. Por ejemplo, imaginemos que soy Newton y veo caer una manzana. Podría proponer una serie de teorías. 

Por ejemplo: 

A. Que las manzanas caen porque tienen un gusano dentro que las empuja hacia abajo. 

B. Que las manzanas caen porque el genio de las manzanas así lo ha decidido.

C. Que las manzanas caen porque la Tierra las atrae, como atrae a todos los otros cuerpos.

De estas tres opciones, hay una (la B) que no es falsificable. No puedo concebir un experimento que tenga entre sus posibles resultados uno que dictaminase de forma meridiana que la hipótesis es incorrecta. Esto no quiere decir que la opción B no sea respetable. Solo quiere decir que no pertenece al ámbito de la ciencia, sino probablemente al de la superstición. La opción A, por extraño que parezca, está completamente en el ámbito de la ciencia. Un simple experimento consistente en abrir todas las manzanas que veamos caer nos permitirá concluir que la hipótesis es incorrecta. ¿Es mala ciencia? En absoluto. La ciencia avanza casi tanto con los fallos de los científicos como con sus aciertos. La opción C también es falsificable: podemos hacer caer otros objetos de otros tipos, observar la trayectoria de la Luna alrededor de la Tierra, la de la Tierra entorno al Sol... Si alguna de esas observaciones no fuera coherente con la teoría que se propone, la teoría debería abandonarse. Hasta ahora, la teoría según la cual los cuerpos masivos se atraen se ha visto corroborada en miles de experimentos, y no ha fallado nunca. Pero si algún día fallara, tendríamos que sustituirla por otra. La Historia de la Física se puede ver como una sucesión de experimentos que forzaron a los físicos a ir cambiando y mejorando sus teorías.

11. Según el principio de conservación de la energía, ésta ni se crea ni se destruye… por lo que cabe suponer que la energía que formó nuestro Universo, antes del Big Bang estaba en otra forma que no conocemos, ¿es cierto?

Puede ser, pero no tenemos información suficiente para saberlo. El principio de conservación de la energía es el resultado de un razonamiento y miles de observaciones de fenómenos físicos. Pero estas observaciones siempre se han producido en el universo que conocemos hoy. Este universo lo explicamos con ese principio y muchas otras leyes que son compatibles con él. Pero como hemos visto más arriba, no está nada claro qué tipo de Universo existía antes del Big Bang, ni siquiera si la noción de “tiempo” tal y como la entendemos hoy sería aplicable a ese Universo. Por lo tanto es un ejercicio arriesgado asumir que un universo existió antes del Big Bang y que en ese Universo el principio de conservación de la energía era tan válido como en este. La afirmación de la pregunta es de más o menos sentido común, pero ya hemos visto muchas veces, sobre todo desde principios del s. XX, que muchas de las leyes de la Física desafían el sentido común, que por otra parte, como dijo alguien es “el menos común de los sentidos”.

12. ¿Pueden existir más universos que el nuestro?

Por supuesto. Sería muy osado por nuestra parte asumir que sabemos tanto del universo y de la Física como para permitirnos asegurar tajantemente que no puedan existir otros.