Aplicaciones prácticas de las ondas gravitatorias

Uno de los descubrimientos científicos más importantes de la historia, y que sin duda marcará un salto de gigante en la capacidad del ser humano para comprender el universo, es el descubrimiento, largamente esperado, de las ondas gravitatorias, u ondas gravimétricas, cómo dirían en Star Trek. Se conocían de forma indirecta, pero su presencia real ha sido verificada recientemente.

Y, por supuesto, todo el mundo (con un mínimo interés por la ciencia) se pregunta: ¿qué son, y por qué son importantes? Y ¿qué utilidad nos pueden dar? Vamos a verlo a continuación.

gravedad

Naturaleza de las ondas gravitatorias

—¡Warp 7! —gritó el capitán Kirk.
—¡El flujo materia-antimateria ha colapsado, no es posible pasar a Warp! —respondió Scotty, ingeniero jefe de la nave estelar Enterprise.
—¡Maldita sea! ¡Los klingon están ahí fuera! ¡Torpedos, señor Chejov! ¡Fuego a discreción!
—¡Señor, no hemos localizado a discreción, no podemos dispararle!

Perdonad el chiste, es muy, muy malo, lo sé. En todo caso, excepto el chiste, este podría ser un momento cualquiera de alguna de las series o películas de Star Trek. En la famosa nave USS Enterprise, se usa la energía liberada en la reacción de materia y antimateria, concretamente hidrógeno y antihidrógeno en una proporción 1:1, para llevar a cabo un proceso de plegamiento del espacio-tiempo que, literalmente, arrastra a la nave a velocidades superiores a la de la luz. El concepto que luego daría al motor Warp, en su idea original, es una idea antigua, de finales del siglo XIX, cuando se empezó a especular con la naturaleza ondulatoria de la gravedad, tal como ocurría con los campos electromagnéticos, de reciente descubrimiento y aplicación por aquel entonces.

La pregunta que mucha gente se formula ante descubrimientos así es: “¿y eso para qué sirve”? Pues mire usted: sirve para saber. Porque no me negará usted que es mejor saber algo que no sirve para nada, que tener una gran competencia en ignorarlo todo. Este descubrimiento, además, confirma, una vez más, las predicciones de la teoría de la relatividad general de Einstein, lo cual lo encumbra todavía más como uno de los hombres más importantes de la historia de nuestra civilización.

Hay mucho que hablar sobre la gravedad, y sobre el universo y su naturaleza. Se sabe mucho, pero elementos como la materia oscura, o la energía oscura, nos son completamente desconocidos, y solo hay vaguedades sobre qué son, su origen, de qué están formadas, y cómo encajarían en una teoría que vaya más allá de la Teoría Estándar. Son muchas preguntas a resolver, y el descubrimiento y comprensión de las ondas gravitatorias pueden, y seguramente lo serán, una fuente de información de primer orden.

Resumiendo: ¿por qué es importante este descubrimiento? Básicamente, la razón es muy sencilla y directa: hasta ahora, solo teníamos un canal de comunicación con el universo: las ondas del espectro electromagnético. Desde las ondas de radio, hasta los rayos X y rayos gamma, el principio era el mismo: fotones que nos dan información sobre su origen. La forma de recogerlos y analizarlos ha ido mejorando, con telescopios, radiotelescopios, sensores en diferentes bandas, pero siempre son lo mismo: fotones. Cada banda del espectro electromagnético da información distinta sobre el universo, y cada banda ha proporcionado una visión nueva del universo. Pero siempre basándose en el espectro electromagnético.

Sin embargo, las ondas gravitatorias nos ofrecen una visión completamente distinta de ese mismo universo. De entrada, las ondas electromagnéticas solo nos permiten estudiar el mismo desde aproximadamente 300.000 años desde su inicio. Por su lado, las ondas gravitatorias nos van a permitir explorar el universo desde un segundo después de su inicio. La diferencia no es solo notable; es simplemente abismal.

Por otro lado, fenómenos físicos muy poco comprendidos, todos aquellos en los que intervienen grandes cantidades de masa y energía, como son los quasars, las estrellas de neutrones, las hipotéticas estrellas de quarks, y por supuesto los agujeros negros, se abren ante nosotros en una nueva ventana impresionante gracias a poder estudiar los campos gravitatorios que emiten. Esto debería acercarnos a comprender la naturaleza de dichos fenómenos, y la física que los envuelve, permitiéndonos desarrollar teorías que puedan, por fin, integrar la relatividad general con la mecánica cuántica, en una nueva teoría conocida como gravedad cuántica: aquella que permite explicar las cuatro fuerzas fundamentales, las tres ya explicadas, con la gravedad.

Téngase en cuenta, de todos modos, que la gravedad no es una fuerza como el electromagnetismo, la fuerza nuclear fuerte, o la nuclear débil. La gravedad, además de ser un plegamiento del espacio-tiempo, está conformada por lo que se supone es el gravitón, un hipotético tipo de bosón de espín 2 sin masa que, además, es coherente. ¿Qué significa esto? Algo muy importante: al ser coherente, no sufre prácticamente modificaciones debido a efectos perturbadores, como ocurre con las señales electromagnéticas, y nos llegan casi en estado puro, tal como fueron emitidas. Este aspecto es clave ya que podremos estudiar la naturaleza de esas ondas, derivar su estado actual en función al tiempo que llevan viajando y a los cambios producidos por la propia expansión del universo, y conocer, con una fiabilidad muy alta, cómo eran cuando fueron emitidas. Y, teniendo el modelo de la onda tal como era cuando fue emitida, poder deducir los fenómenos implicados en su creación.

Dicho de otro modo: tendremos una mirada directa y centrada en el mismo proceso de la creación del universo, y en la naturaleza y comportamiento de los impresionantes agujeros negros. Si esto no es absolutamente impactante, no veo qué pueda serlo.

Aplicaciones de las ondas gravitatorias

Volvemos con la pregunta: ¿y esto para qué sirve? De hecho, una parte ya se ha explicado: sirve para conocer, de un modo mucho más profundo, cuál es la naturaleza del universo. Entender y modelar el universo en base a las ondas gravitatorias nos va a permitir tener una visión completamente renovada del mismo, y ello va a permitir acercarnos a muchos aspectos que hoy en día llevan décadas resistiendo, como son las antes mencionadas materia oscura y energía oscura. Pero también a otros temas incluso más debatidos, como posibles universos alternativos, con diferentes leyes físicas y tiempos, y cómo interaccionan, si lo hacen, con el nuestro.

¿Existen esos otros universos? Y si es así ¿cómo son? ¿Podemos interactuar con otros universos, si es que se llega a demostrar su existencia? ¿Es quizás la gravedad el nexo de unión? O mejor aún: ¿es la gravedad causada por la interacción de nuestro universo otros universos próximos? ¿Es la materia oscura o la energía oscura diferentes aspectos que observamos en este universo de la interacción de otros universos, y por eso se nos escapa su naturaleza?

Es posible que sí. También es posible que no. En todo caso, los físicos creen, con razón, que disponer de sensores de ondas gravitatorias, y estudiar la naturaleza de las cosas mediante su estudio, nos va a abrir muchas puertas, y va a ayudar a responder a muchas preguntas que actualmente no sabemos contestar.

Entrando en la ciencia ficción

Aunque no me gusta entrar en terrenos altamente especulativos, ya que la ciencia debe basarse en modelos sólidos, podemos imaginar ciertas aplicaciones de las ondas gravitatorias, más allá de las que ya hemos visto, que son el obtener información del universo. Especular está bien, pero detrás tiene que haber algo que lo sustente, y a ser posible que no sea la teoría de cuerdas. Si no, estamos escribiendo ciencia ficción, y ese es el propósito de escritores y guionistas de cine, no de la ciencia.

Veamos tres posibilidades.

1. Motor gravitatorio

Quién no ha querido un coche como el de Luke Skywalker en Tatooine, o un monopatín como el de Regreso al futuro II. Esta idea de crear algo que simplemente flota en el aire es maravillosa, pero físicamente no existe nada que pueda repeler la gravedad.

Sin embargo, comprender y poder manipular, la gravedad podría permitir crear algún tipo de motor que emita un campo antigravitatorio, y aquí entramos ya en un terreno especulativo importante. Estamos hablando no ya de gravitones, sino de antigravitones, es decir, de gravedad negativa, o de gravedad repulsiva. Una fuerza que contrarresta al campo gravitatorio de la Tierra.

Pero pensemos que la Tierra necesita toda su masa para crear ese campo. Para crear un campo contrario de igual intensidad, ¿necesitamos otra Tierra? Va a ser complicado colocarla en el monopatín. Y si no, ¿cómo generamos dicho campo?

Aquí entramos en el terreno de la energía oscura. Al parecer, esta energía, también conocida como energía del vacío, es repulsiva. ¿Podría ser la energía oscura una versión exótica de la gravedad que todos conocemos? Y si es así ¿podría recrearse artificialmente? Son algunas de las preguntas que podemos hacernos. También se están descubriendo en el CERN nuevas partículas, las últimas un grupo de cuatro partículas de tipo bariónico con cuatro quarks cada una de ellas. Quizás puedan ser estas, o algunas similares, las que nos den nueva información. Por cierto el CERN puede darnos muchas sorpresas en los próximos meses, pero ya hablaremos de eso.

2.- Motor Warp

Este es como decía antes un viejo conocido. Se trata de generar una gran cantidad de energía, quizás con materia y antimateria, para crear un plegamiento del espacio-tiempo, y poder mover un objeto más rápido que la luz. Recordemos: la teoría de la relatividad general prohíbe que nada se mueva más rápido que la luz, pero no prohíbe que el propio tejido espacio-temporal se mueva más rápido. De hecho, se cree que durante el periodo inflacionario del universo, en sus primeros instantes, el universo creció de tamaño en un instante de forma exponencial hasta un tamaño muy superior al que hubiese tenido por la expansión de la luz, debido a un campo, y a su partícula asociada, el inflatón. Lo que es evidente es que, en esa expansión, la materia en el tejido espacio-tiempo no se mueve más rápido, ya que en realidad está en reposo con respecto a la materia a la que está conectada. No se viola el principio de la relatividad, ni mi querido principio de causalidad. Porque sí, soy pro-Einstein en este asunto, nadie es perfecto.

Esta idea del plegamiento es la que mueve el motor Warp, como expliqué en este enlace con más detalle. El problema es que obtener un gramo de antimateria requiere de una cantidad de energía enorme, y mantenerla almacenada también, ya que al contacto con materia ordinaria se desintegrará al instante. Y ni siquiera eso implica que esa energía nos permitiese plegar el espacio tiempo para crear un motor Warp. De nuevo, comprender la naturaleza de las ondas gravitatorias puede ser clave para especular sobre un posible motor Warp.

3.- Trasvase de energía entre universos

Supongamos que controlamos la gravedad, y ello nos permite conocer la naturaleza del espacio-tiempo con detalle. Y supongamos que esto nos lleva a descubrir que existen otros universos, con niveles energéticos más altos. ¿Qué significa esto? Si suponemos que estamos en un lago, podríamos contactar con otro lago que está en un nivel más alto. ¿Qué pasa entonces? Exacto: ese universo, al estar más alto, dispone de un nivel de energía superior al nuestro. De la misma forma que aprovechamos las cascadas para generar energía, ¿podríamos usar ese trasvase entre universos para obtener energía? El diferencial energético entre ambos universos sería capaz de darnos una grandísima cantidad de energía. Quizás la suficiente como para poder crear un verdadero motor Warp. Un motor que se nutre de la energía de otro universo literalmente.

¿Es factible? Claro que no. Es solo una divertida especulación. Pero ¿podría serlo algún día? Podría ser. La naturaleza guarda muchos secretos. Y las ondas gravitatorias son una parte muy importante de esos secretos.

Mañana, o pasado mañana, quizás estemos viajando a las estrellas. Solo quizás…

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1 comentario en “Aplicaciones prácticas de las ondas gravitatorias”

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