Agujeros Negros

El término hoyo negro tiene un origen muy reciente. Fue acuñado en 1969 por el científico norteamericano John Wheeler como la descripción gráfica de una idea que se remonta hacia atrás un mínimo de doscientos años, a una época en que había dos teorías sobre la luz: una, preferida por Newton, que suponía que la luz estaba compuesta por partículas, y la otra que asumía que estaba formada por ondas. Debido a la dualidad onda/corpúsculo de la Mecánica Cuántica, la luz puede ser considerada como una onda y como una partícula. En la teoría de que la luz estaba formada por ondas, no quedaba claro cómo respondería ésta ante la gravedad. Pero si la luz estaba compuesta por partículas, se podría esperar que estas fueran afectadas por la gravedad del mismo modo que lo son las balas, los cohetes y los planetas. Al principio, se pensaba que las partículas de luz viajaban con infinita rapidez, de forma que la gravedad no hubiera sido capaz de frenarlas, pero el descubrimiento de Ole Roemer (en 1676) de que la luz viaja a una velocidad finita, significó el que la gravedad pudiera tener un efecto importante sobre la luz. En realidad Roemer no estaba buscando esta velocidad, sino que se dedicaba a observar las Lunas de Júpiter; en concreto, mediante la observación fue donde descubrió el fenómeno que valió la primera medida de la velocidad de la luz.

Ley de la Gravitación Universal. Newton descubrió la forma en la que actúa la gravedad, demostrando que todos los cuerpos ejercen entre sí una fuerza de atracción a la cual llamó ―fuerza gravitacional-. A través de ello, explicó que la atracción gravitacional mantenía a los planetas en sus órbitas alrededor del Sol, al igual que la misma fuerza mantiene a la Luna en órbita alrededor de la Tierra. En 1687 Newton publicó su Ley de la Gravitación Universal, en ella expuso que la atracción gravitatoria está en función de la masa de los cuerpos y de la distancia entre ellos. La Ley de la Gravitación Universal se enuncia de la siguiente manera: dos cuerpos se atraen con una fuerza que es directamente proporcional al producto de sus masas e inversamente proporcional al cuadrado de la distancia que lo separa.

Las teorías acerca de la luz. En un inicio, Newton propuso la teoría corpuscular. La luz está compuesta por diminutas partículas materiales emitidas a gran velocidad en línea recta por cuerpos luminosos. La dirección de propagación de estas partículas recibe el nombre de rayo luminoso. La teoría de Newton se fundamenta en estos puntos: Propagación rectilínea. La luz se propaga en línea recta porque los corpúsculos que la forman se mueven a gran velocidad. Se sabe que la luz al chocar contra un espejo se refleja. Newton explicaba este fenómeno diciendo que las partículas luminosas son perfectamente elásticas y por tanto cumple las leyes del choque elástico.

Refracción. El hecho de que la luz cambie la velocidad en medios de distinta densidad, cambiando la dirección de propagación, tiene difícil explicación con la teoría corpuscular. Sin embargo, Newton supuso que la superficie de separación de dos medios de distinto índice de refracción ejercía una atracción sobre las partículas luminosas, aumentando así la componente normal de la velocidad mientras que la componente tangencial permanecía invariable. Según esta teoría la luz se propagaría con mayor velocidad en medios más densos. Este es uno de los puntos débiles de la teoría corpuscular. La teoría ondulatoria fue idea del físico holandés C. Huygens. La luz se propaga mediante ondas mecánicas emitidas por un foco luminoso. La luz para propagarse necesitaba un medio material de gran elasticidad, impalpable que todo lo llena, incluyendo el vacío, puesto que la luz también se propaga en él. A este medio se le llamó éter. La energía luminosa no está concentrada en cada partícula, como en la teoría corpuscular sino que está repartida por todo el frente de onda. El frente de onda es perpendicular a las direcciones de propagación. La teoría ondulatoria explica perfectamente los fenómenos luminosos mediante una construcción geométrica llamada principio de Huygens. Además, según esta teoría, la luz se propaga con mayor velocidad en los medios menos densos. A pesar de esto, la teoría de Huygens fue olvidada durante un siglo debido a la gran autoridad de Newton. En 1801, el inglés T. Young dio un gran impulso a la teoría ondulatoria explicando el fenómeno de las interferencias y midiendo las longitudes de onda correspondientes a los distintos colores del espectro. La teoría corpuscular era inadecuada para explicar el hecho de que dos rayos luminosos, al incidir en un punto pudieran originar oscuridad. La teoría de la relatividad. Einstein observó que ciertas propiedades de la Mecánica Clásica (o Mecánica Newtoniana) y las correspondientes propiedades de las ecuaciones de la teoría electromagnética no se corresponden adecuadamente. Una forma muy simple de percibir esta dificultad es considerar la siguiente posibilidad, de principio, sin importar mucho las dificultades que su realización podría significar. Según la Mecánica Clásica es posible moverse a cualquier velocidad, por grande que esta sea. Si se viajara a la velocidad de la luz en la dirección en que un haz luminoso viaja, se vería, según esta misma Mecánica, inmóvil respecto a nosotros, es decir, veríamos luz en reposo. Pero sucede que en la teoría electromagnética (que contiene la teoría de la luz como fenómeno ondulatorio) se demuestra que la luz en reposo no existe, que ella siempre se propaga (precisamente con la velocidad de la luz). Por lo que ambas teorías llevan a conclusiones contradictorias, lo que no funciona, como descubrió Einstein, es que las nociones de espacio y de tiempo que maneja la Mecánica Clásica constituyen sólo una descripción aproximada, simplificada, de lo que debemos entender por espacio y por tiempo. Si la luz puede propagarse en el espacio vacío, son precisamente propiedades del espacio las que determinan su velocidad, se percibirá que la luz viaja en el vacío con la misma velocidad, independientemente de la velocidad con la que pueda moverse la fuente que la emite. Esta observación la tomó Einstein como uno de los principios de su nueva teoría. Su segundo principio emerge de otra observación, de diferente naturaleza. Esta observación, establece que las leyes de la Física son las mismas para todos los observadores, cualquiera que sea su estado de movimiento uniforme y rectilíneo, y que Einstein llamó principio de relatividad y constituye el segundo y último postulado de su teoría. Un análisis detallado de las implicaciones de la teoría de Einstein, muestra que conceptos tan simples y aparentemente inamovibles como el de simultaneidad, dejan de ser válidos. O bien, que las dimensiones de un cuerpo o la marcha de un reloj dependen de su estado de movimiento, y muchos otros fenómenos sorprendentes e inesperados. Deja de ser cierto, también, por ejemplo, que la velocidad con que se encuentran dos objetos es la suma de las velocidades de cada uno, y así sucesivamente. De hecho, aparece toda una nueva Mecánica que viene a sustituir a la newtoniana, y cuyas diferencias se hacen significativas, e incluso muy importantes, cuando las velocidades involucradas se vuelven comparables con la de la luz. Naturalmente, también aparecen fenómenos o resultados nuevos, que se dan a cualquier velocidad. Uno de ellos fue pronto descubierto por Einstein y constituye el tema de su segundo artículo de 1905 sobre la teoría de la relatividad, descubrimiento que, a la larga, tuvo gran trascendencia científica y social. La demostración por Einstein de que la masa de un cuerpo y la energía que posee son simplemente dos aspectos de un mismo ente físico. En otras palabras, que masa y energía son transformables entre sí. Este es el sentido básico de su famosa ley E=mc2, que dice que si se transforma una cierta cantidad m de masa en energía, se obtiene la cantidad mc2 de ésta. Como la velocidad c de la luz que entra en esta fórmula es muy grande (300,000 km/s), la energía que se puede obtener de un poco de materia (de cualquier materia, en principio) al convertirla en energía resulta enorme. Para fijar ideas, se puede estimar que equivale aproximadamente a un billón de veces la energía que se obtiene al quemar una masa semejante a un pequeño pedazo de madera. Esta fórmula explica por qué es posible que al chocar un electrón y un positrón, por ejemplo, se aniquilen mutuamente para transformarse en radiación electromagnética, es decir, en energía pura. Pero también es la que permite entender por qué el Sol y las estrellas arden durante miles de millones de años sin agotarse: simplemente están transformando de manera permanente partes insignificantes de su masa en radiación, a través de reacciones nucleares, similares, en lo básico (aunque muy diferentes en su realización práctica), a los procesos con que operan los reactores nucleares de energía. Las bases que establece Einstein son fundamentales para el planteamiento de la existencia de los hoyos negros, al tratar el tiempo como una cuarta dimensión propicia el concepto de espacio curvo, en el cual teóricamente se ha deducido que existen objetos súper masivos que habitan, sin ser vistos en la inmensidad del Universo, los cuales resultan invisibles ya que su gran densidad en el espacio tan reducido en el que existen, absorbe todo a su alrededor y no dejan salir los rayos de luz que pasan por ellos con lo que se hacen invisibles a primera vista. Nunca se ha visto un hoyo negro, aunque se especula dónde se podría encontrarlos: por los movimientos de los astros que siguen una órbita en torno a un objeto que no se logra ver y que provoca la especulación de diversos lugares en los cuales pueda existir alguno.

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