Nobel de Física: Penrose, el matemático que terminó el trabajo de Einstein
Penrose fue premiado este martes con el Nobel de Física por demostrar cómo se forman los agujeros negros, objetos que el mismo Einstein no creía que pudieran existir.
En 1915, Albert Einstein presentó al mundo su teoría general de la relatividad, aquella que revolucionó el entendimiento de la gravedad, el espacio y el tiempo. Como era de esperarse, comprobar estas propuestas no sería tarea fácil. El proceso fue lento. Décadas más tarde, el físico matemático Roger Penrose fue mucho más lejos y demostró la teoría en uno de los fenómenos más extraños de universo: los agujeros negros. Esta hazaña le ha permitido al británico, más de 50 años después, ganar el Premio Nobel de Física. Esta es una breve historia de cómo se conectaron dos grandes mentes de los últimos tiempos.
Desde su teoría previa, la relatividad especial, Einstein determinó que el tiempo no puede estar separado de las tres dimensiones espaciales (altura, anchura y profundidad). En ese sentido, todo lo hay en la Tierra y en el resto del universo ocurre en cuatro dimensiones: el espacio-tiempo.
El físico alemán llegó a la conclusión de que la estructura del espacio-tiempo se deforma en presencia de la materia, como se hunde una almohada al poner nuestra cabeza. Había descubierto cómo funciona la gravedad, la cual afecta a los cuerpos cercanos y dobla el camino de la luz. Por eso, la deformación causada por la masa del Sol —su gravedad— mantiene a los planetas del sistema solar girando a su alrededor.
Deformación del espacio tiempo generada por el Sol y la Tierra. Foto: diseño/ T. Pyle/Caltech/MIT/LIGO Lab.
Mediante esos cálculos, el físico teórico Karl Schwarzschild asumió la idea de que una gran cantidad de masa concentrada en un punto hundiría el espacio-tiempo hasta romperlo, como lo que haría una canica con el peso de la Tierra sobre un mantel suspendido en el aire. Esta idea, llamada singularidad, fue tomada por el astrofísico indio Subrahmanyan Chandrasekhar, quien propuso que, si una enorme estrella se queda sin combustible, su propia gravedad hará que colapse y toda su masa se concentre en un punto, generando esa deformación extrema del espacio-tiempo.
Einstein no rechazó el concepto de singularidad, ya que era consecuencia de su propia teoría; pero en un artículo de 1939 afirmó que un fenómeno así “no existe en la realidad”.
La demostración definitiva
En 1965, a diez años de la muerte de Einstein, Roger Penrose, quien entonces tenía 34 años, realizó un brillante teorema matemático en el que demostró que el colapso de una estrella de gran masa daría como resultado una singularidad en el espacio-tiempo. Esta región estaría “en lo profundo de un horizonte, a través del cual ninguna señal o cuerpo material puede escapar”, explicó en un artículo publicado en The Guardian.
Así, Penrose definió cada detalle de un objeto que dos años después sería nombrado “agujero negro” por el físico estadounidense John A. Wheeler. En la actualidad, se sabe que ni la materia ni la luz pueden escapar de la gravedad de un agujero negro una vez que atraviesan su horizonte de sucesos. Todo lo que entra termina formando parte de una singularidad, donde toda la masa está comprimida y donde el espacio y el tiempo dejan de ser lo que conocemos,
Las partes de un agujero negro. Gráfico: AFP/NASA.
“En esta singularidad central, la teoría clásica de la relatividad general de Einstein habría alcanzado sus límites”, sostuvo Penrose. Después de pasar esta dura prueba, la teoría de Einstein ha sido comprobada una y otra vez a medida que se hacen descubrimientos sobre agujeros negros, incluida la primera imagen real de uno, publicada en 2019.
La investigación de Penrose le sirvió a Stephen Hawking —con quien compartió el Premio Wolf de física en 1988— para mostrar lo que pudo suceder en el principio del universo. Pero esa es otra historia.
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