Reseña: “Iluminando el lado oscuro del universo” de Roberto Emparan

Dibujo20180331 book cover iluminando lado oscuro universo roberto amparan ariel

“Los protagonistas son una pareja de agujeros negros que danzan vertiginosamente en círculo hasta fusionarse en uno solo. [La] colisión es invisible, no emite ninguna luz. La delatan sus temblores, que dan lugar a lo que llamamos ondas gravitatorias: las vibraciones del espacio y del tiempo. [Pero] ¿qué significa todo esto, y cómo llegamos a ello? [Este libro] relata una de las más extraordinarias hazañas en nuestro intento por comprender el universo, una odisea intensamente humana y, por tanto, llena de emociones, de luces y de sombras”.

Me ha gustado mucho el libro de Roberto Emparan, “Iluminando el lado oscuro del universo. Agujeros negros, ondas gravitatorias, y otras melodías de Einstein”, Ariel (2018) [244 pp.]. Buena literatura combinada con mucha ciencia, en un lenguaje sencillo asequible para un público general. Centrado en la vida y obra de Albert Einstein, la gran excusa para la escritura del libro, la observación directa de LIGO/Virgo se relega a las últimas 60 páginas. A pesar de ello, el libro permite que todo lector interesado entienda a la perfección uno de los grandes hitos de la ciencia de la primera mitad del siglo XXI.

El autor es uno de los físicos teóricos más reconocidos de España, investigador ICREA en el Instituto de Ciencias del Cosmos de la Universidad de Barcelona, logró un proyecto Advanced Grant del ERC (European Research Council) dotado con 2,1 millones de euros durante cinco años para investigar “A New Strategy for Gravity and Black Holes”. Que un físico teórico, que solo necesita lápiz y papel para trabajar, logre una financiación así indica la gran relevancia de sus investigaciones en gravitación y cosmología, con énfasis en las propiedades cuánticas de los agujeros negros. Pero el libro destaca por el amor de Emparan a la buena escritura, con un ritmo exquisito al hilo de la historia. Te recomiendo muy encarecidamente que disfrutes de este libro. Lo disfrutarás desde la primera página y no te arrepentirás. ¡Ánimo y a disfrutar!

[PS 30 May 2018] En el libro aparece el apellido de Roberto Emparan García de Salazar con tilde (Emparán); sin embargo, muchos me habéis indicado que no lleva tilde. Gracias, lo he cambiado en todo el texto. [/PS]

Dibujo20180331 author book iluminando lado oscuro universo roberto amparan ariel

El libro, tras la introducción y el preludio, se divide en dos partes con un total de 18 breves capítulos; tras ellos encontramos 8 suplementos algo más técnicos. El párrafo que abre esta reseña está extraído de la introducción al libro, “Temblor en la noche” [pp. 11-12]. Merece la pena leer el “Preludio: «Algo se quebró dentro de mí»” [pp. 15-24]. “¿Qué son el espacio y el tiempo? [Hace] ya más de cien años que descubrimos que el tiempo y el espacio se deforman continuamente en presencia de la materia y de la energía. La fuerza de la gravedad no existe: es una ilusión producida por la incesante interacción entre la geometría cambiante del espaciotiempo y los objetos que en él se mueven”.

La vida de Einstein vertebra este libro escrito al hilo de la historia de la relatividad general. “Buscamos a este hombre en Berlín, a mediados de noviembre de 1915, y lo hallamos en su apartamento, sentado a su mesa. Vemos cómo, afanoso, llena hoja tras hoja con su caligrafía limpia y menuda. Escribe números y, sobre todo, símbolos matemáticos. La habitación huele a café y a tabaco: hace semanas que se mantiene con poco más que eso, y apenas pisa la calle. [Casi] exactamente cien años después, Einstein volvió a copar las portadas de los periódicos de todo el mundo. El 11 de febrero de 2016, en rueda de prensa retransmitida a través de internet, el portavoz de la colaboración científica LIGO exclamó: «¡Lo hemos hecho! ¡Hemos detectado las ondas gravitatorias!»”.

La parte I, “Más inteligentes que su creador”, está formada por los capítulos del 1 al 11, conformando el prerrequisito en relatividad general necesario para entender la segunda parte, dedicada a las ondas gravitatorias. El capítulo 1, “El perseguidor” [pp. 27-33], parte del nacimiento del genio y nos lo sitúa en su adolescencia “persiguiendo la luz”, siempre “desde [su] punto de vista”; como es obvio, una “persecución imposible” que le lleva “ante este dilema: ¿Galileo o Maxwell? [Einstein] mantuvo en su mente estas paradojas sobre la luz y el movimiento durante una década. [Las] fue madurando lenta y obsesivamente, afinando su instinto para guiarse en la oscuridad. Cuando llegó su resolución, lo hizo con la claridad deslumbrante que confiere convicción a las ideas correctas”.

Dibujo20180331 small and big black hole fusion emparan arxiv org 1603 00712

El capítulo 2, “Luz absoluta” [pp. 35-44], destaca el papel de Michele Besso y olvida el supuesto papel de Mileva Marić en la concepción de la teoría especial de la relatividad. “Era un radiante día de la primavera de 1905. Einstein estaba de excelente ánimo: ya anticipaba la estimulante charla que esperaba tener con su amigo Michele Besso. [El] enigma no era otro que la paradoja sobre la incompatibilidad entre Maxwell y Galileo, entre la luz y el movimiento”. La clave era la simultaneidad, el “al mismo tiempo”, debida a la “luz absoluta, tiempo relativo”. Así surgió la “relatividad, sin ilusiones”, porque las “velocidades que no suman” implican que los “relojes [son] lentos” y las “reglas cortas”. Una teoría que permite al intelecto observar la realidad que nos rodea con nuevos ojos. Pero sobre todo, Emparan nos recuerda que la teoría de la relatividad es una teoría de lo absoluto, no de lo relativo.

“Espaciotiempo” [pp. 45-49], el capítulo 3, nos aclara que “somos, ante todo, viajeros en el tiempo”. Emparan destaca que “su edad ahora —la longitud de mi trayectoria en el tiempo desde que nací— es de unos 470 billones de kilómetros”. Tras “más que luz”, sobre el espectro electromagnético, llega “¡sorpréndeme otra vez!”, sobre “lo que más nos fascina de la ciencia. Como niños que ven a un mago sacar un truco tras otro, nos encanta ver cómo la naturaleza desafía una y otra vez nuestro instinto y nuestras expectativas”.

El capítulo 4, “Años extraordinarios” [pp. 51-60], retorna a la vida de Einstein, su “crisis” laboral inicial, su “annus mirabilis”, seguido por “el progreso del peregrino” en que se convirtió, y su famosa ecuación “E=mc²”. Todo le llevaba a “cuestiones de gravedad”, ya que “según la ley de Newton, la gravedad actúa instantáneamente. [Por tanto,] había que extender la teoría de la relatividad y modificar la ley de la gravedad de Newton para hacerlas compatibles. Pero no se atisbaba en absoluto cómo. Faltaba una guía sólida y clara”.

Dibujo20180331 einstein equations 100 years ligo observatory

“«La idea más feliz de mi vida»” [pp. 61-70], el capítulo 5, se inicia así: “Entre 1907 y 1915, Einstein realizó un sobrecogedor salto mental”. Una “odisea” que le llevó a entender que la luna y la manzana sufren “una caída en el tiempo”. La clave era entender la “gravedad sin peso” (la llamada ingravidez), y el “peso sin gravedad”. Todo el libro tiene apartados con tipografía más pequeña, que según el lector son un poco más técnicos y pueden ser omitidos en una primera lectura por los legos; en este capítulo se nos ofrece un “experimento casero”. Finaliza el capítulo con la idea clave de la “relatividad general”, que “la gravedad y la aceleración son intercambiables, [el] principio de equivalencia, [la] guía más firme para el camino que aguarda” a Einstein.

“Ha encontrado una vía en la ciénaga oscura, un punto fiable donde posar el pie para proseguir adelante. A partir de ahora, Einstein comienza a dar pasos tentativos, pero no indecisos, explorando a fondo las consecuencias de su nuevo principio fundamental”. Así se inicia el capítulo 6, “Tempus fugit” [pp. 71-79], nos recuerda cómo funciona el GPS, en “ha llegado a su destino”, y cómo un eclipse muestra que la luz gravita, en “luz grave”, sin olvidar la famosa película “Interstellar”, paradigma de la divulgación de la relatividad general para un público de masas. Finaliza el capítulo con la “tendencia a la lentitud”, el efecto de la gravitación en los relojes.

El capítulo 7, “La gran ilusión” [pp. 81-89], nos habla del “espacio curvo” y del “espaciotiempo curvo”, con un inciso sobre “¿tiempo curvo?”. La sandía en una cama elástica ilustra las “geometrías elásticas”, dos sandías la “curvatura para todos” y unas hormigas las “buenas vibraciones”, las ondas gravitatorias. No lo he comentado hasta ahora pero Emparan usa el término clásico en español de “ondas gravitatorias” en lugar del término preferido en este blog de “ondas gravitacionales”, igual que habla de “gravedad” en lugar de “gravitación”. Mantengo en esta reseña estos términos de Emparan, aunque no me guste su elección.

“El espaciotiempo vivo” [pp. 91-100], nos recuerda que la ruta de Einstein “hasta dar con la forma perfecta de la teoría sería, de hecho, cualquier cosa menos directa. [Su] incursión en el territorio de la gravedad lo había conducido, quisiese o no, hasta una imponente pared de roca que se erguía vertical ante él y le demandaba un equipamiento y unas habilidades técnicas de las que carecía. Otros habrían abandonado la expedición. [En] los cuadernos de Einstein de esta época encontramos a menudo, en su limpia caligrafía, la anotación «Grossmann» junto a largas y complejas fórmulas”. Tras unos “juegos interactivos” aparece “una piedra en el camino”; tras el “recelo y desengaño” llega la “ansiedad” y, tras ella, la buscada “claridad final” que conduce a “las ecuaciones perfectas”.

Dibujo20180331 black hole fusion emparan slides

“Estas ecuaciones protagonizan buena parte de lo que vendrá más adelante. Así que aquí las tenemos: G = T. Sí, realmente son tan sencillas como esto. [No] significa que la geometría se lo mismo que la materia, sino algo más dinámico e interactivo, un flujo continuo. [Creo] que no hay manera más sugerente y elegante de imaginar el universo. [En] su abstracta concisión, las ecuaciones de Einstein contienen un espaciotiempo vivo”. Así las estas ecuaciones adquirieron “vida propia” en las “mentes de los científicos”.

El capítulo 9, “Tres veces me negarás” [pp. 101-115] nos recuerda que las ecuaciones son “«más sabias que su descubridor», [como] dijo el físico alemán Heinrich Hertz de las ecuaciones del electromagnetismo”. Porque “incluso Einstein, con su valentía y su fino instinto para navegar en la confusión y entre contradicciones, fue superado por sus ecuaciones”. Llegaron “más años extraordinarios” para Einstein, quien “en 1916 predice la existencia de las ondas gravitatorias [y] en 1917 inaugura la cosmología moderna con un artículo en el que cree haber determinado la forma global del cosmos”.

“Antes de que cante el gallo” nos lleva a la “primera negación: las ondas gravitatorias”. Aunque “la idea de las ondas gravitatorias estaba en el aire hacía varias décadas, al menos desde Maxwell [y] Poincaré”, que acuñó el término ondes gravifiques, Einstein renegó de ellas en su artículo (no publicado) “¿existen las ondas gravitatorias?”. Su “segunda negación: el universo” nos recuerda que “el universo estático y uniforme que quiere Einstein, ni siquiera se parece al universo en el que vivimos”; aquí se destaca el papel de Lemaître y cómo Hubble hizo cambiar de idea a Einstein. Y su “tercera negación: agujeros negros” donde también Lemaître tiene un papel destacado, pero brillan más Oppenheimer y Wheeler.

“Las negras amnesias del cielo” [pp. 117-129], el capítulo 10, se inicia con “al final siempre gana la gravedad. [No] hay manera de evitarlo: si existes, tienes energía; si tienes energía, gravitas, es decir, curvas el espaciotiempo. No es posible estar en el espaciotiempo sin dejar huella en él. Y según las huellas se acumulan, se van haciendo más profundas, hasta que el hundimiento se hace imparable”. En unas “negociaciones de peso” Emparan nos recuerda que “una estrella es una continua explosión termonuclear contenida por la gravedad. [Pero] el combustible nuclear de toda estrella es finito. Irremediablemente ha de agotarse, mientras que la gravedad siempre está presente”. Así llega la “crisis” que permite que “el colapso se desboque”, se rompa el “límite elástico” y aparezca la singularidad.

Dibujo20180331 collapsed star emparan slides

 

“Como en una mito ancestral, la materia desaparece al ser devorada por la curvatura que engendró”, así se describe en “inferno” de un agujero negro. “Debemos evitar pensar en el agujero negro como un montón de materia muy estrujada”, nos cuenta Emparan en “amnesia”, para llevarnos al “tiempo tenso”, el “presente continuo”, con un “fundido en negro” y un inevitable “futuro singular”. Porque “la singularidad no está en un sitio, no es un punto en el espacio, sino que es un instante en el futuro de quien haya cruzado el horizonte. Ahí dentro no tiene sentido decir «la singularidad está ahí», sino «la singularidad ocurrirá dentro de unos segundos»”. Tras “little big crunch“, “la eternidad en un instante”, lo que “gira, tiembla, radia” y el “cuásar”, llegamos a las “amnesias cuánticas”. Ahora “llega el momento de rendir cuentas. [Evaluar] el legado que nos dejan”.

El capítulo 11, “Obstinadamente persistente” [pp. 131-136], es el último de la primera parte  y su objetivo es adentrarnos en el más allá de las ecuaciones de Einstein (la futura gravedad cuántica). “Al límite” se encuentran los límites de la propia teoría. “Koantica del espaciotiempo” nos recuerda el reciente eslogan: «el espaciotiempo es la expresión geométrica del entrelazamiento cuántico». Pero la “pervivencia” de las ecuaciones es indiscutible, más aún, “no cesaremos de explorar” sus consecuencias clásicas, incluso cuando tengamos una versión cuántica.

Dibujo20180331 gravitational waves ligo emparan slides

Así llegamos a la segunda parte del libro, “El gato de Confucio”, formada por los capítulos del 12 al 18, dedicada a las ondas gravitatorias. Se inicia por el principio, “Ondas” [pp. 139-146], el capítulo 12, que destaca que lo importante es que las ondas propagan energía. Se pasea por las ondas de “sonido” y de “luz”, para recordar que “el medio no es el mensaje”, de hecho, “el mensaje no necesita un medio material” en las ondas de luz y en las gravitatorias. Tras “los espectros” nos aclara que hay un “más allá del arcoíris”.

El capítulo 13, “Rumor de olas” [pp. 147-153], nos recuerda en “geometría variable” que “no hay una fuerza de gravedad variable, ninguna cuerda invisible actuando sobre los objetos: lo que oscila es el propio espaciotiempo”. Estos “cánticos del espacio y el tiempo” nos compara las ondas gravitatorias con el sonido. “La dimensión característica del sonido no es tanto el espacio como el tiempo.No nos da fácilmente imágenes, sino que nos transmite historias”. Por supuesto, la gravedad es “la fuerza más débil” por ello “producir y detectar ondas gravitatorias es extraordinariamente difícil”. Aún así, “radiando” llegamos a las “sombras bajo las olas”, porque “con las ondas gravitatorias, [una] vez emitidas, apenas nada detiene su viaje: el universo entero les es prácticamente transparente”.

“El ruido y la furia” [pp. 155-163] nos habla de Joe Weber. “Weber” es el padre de “el despertar” del campo de la física dedicado a observar ondas gravitacionales gracias a sus barras, similares a diapasones musicales. “Posesión”, “tintinnabuli“, “señales del cielo” y “aislamiento sonoro” nos recuerdan que era “humano, demasiado humano”. Porque “la historia de la ciencia experimental se podría narrar como el intento de controlar y reducir este sesgo tan humano” que es el sesgo de confirmación. “Weber queda en la historia como un personaje de tragedia, un visionario que se anticipó fatídicamente a su época”. Pero hoy sabemos que solo podía observar 16 ceros.

“21 ceros” [pp. 165-174], “este era el reto para Rai Weiss y Kip Thorne: 0,000 000 000 000 000 000 00X. Había que extraer ese decimal oculto tras la hilera de 21 ceros”. Como “gotas en el océano”, “suena la música” y “el corazón del ruido”, cuando todavía el detector no tenía nombre. “Tomando el pulso”, “en el calor de la noche” en la que Weiss y Thorne “unieron sus destinos para los siguientes cuarenta años; quizás, de hecho, para la eternidad”. La “Troika” no podía gobernar un proyecto como LIGO, un proyecto de “gran ciencia”, que requería una inmensa “colaboración” para recorrer “la larga travesía”.

Dibujo20180331 two black holes emparan slides

Así llegó “LIGO” [pp. 175-182], el capítulo 16, que explica cómo funciona este detector. El trabajo de Emparan es encomiable, pues en muy pocas páginas nos destaca todos los elementos clave de este observatorio. Su perfecto inicio ya anticipa un gran capítulo: lo que se mide es el “tiempo de viaje”. Por supuesto, “L de láser, I de interferencia” y “G de gravedad, O de observatorio”. Como siempre digo en este blog, debemos pensar “en LIGO no como una regla de medir variable, sino como un cronómetro”. La clave en todo experimento es controlar las fuentes de ruido. “La señal y el ruido” nos lleva a “la primera vez”.

El capítulo 17, “Detección” [pp. 183-189], nos relata la “fusión” de dos agujeros negros observada gracias a GW150914. “Emiten energía con una potencia mayor que la de la luz en todas las estrellas del universo en su conjunto. Pero en este caso no se radia ninguna luz. La negrura es absoluta. lo más estremecedor de este cataclismo es que en el escenario no hay nada. Los agujeros negros son un puro nudo de distorsión del espacio y del tiempo, al igual que las ondas que crean. Todo es geometría”. Sin lugar a dudas, “silencio”, “sigilo” y “alerta” a su llegada a los detectores de LIGO. “Por encima de la sospecha” se culminaron “cien años de gravedad”.

El último capítulo, “De todo lo visible y lo invisible” [pp. 191-199], se inicia “en octubre de 2017 [cuando] se otorgó el premio Nobel de Física a Reiner Weiss, Kip Thorne y Barry Barish”. El “interrogatorio” a la Naturaleza requería “el tercer oído”, Virgo, y los futuros KAGRA e IndIGO. “El arcoíris de la gravedad” se completará con LISA y el PTA (Pulsar Timing Array). Sin lugar a dudas todos esperamos “lo inesperado”, porque el universo es “grande y extraño” y la “contabilidad gravitatoria” nos ofrece dos grandes misterios (la materia y la energía oscuras). Seguro que estamos en los “comienzos del infinito”.

“Por ahora, nuestra participación en la escena del espaciotiempo es solo receptiva; acabamos de entrar en el auditorio y tomar asiento. Aprendamos de lo desconocido frente a nosotros, y mientras esperamos el momento en que podamos pasar a ser intérpretes y compositores, permitámonos disfrutar de los sonidos que nos llegan de la oscuridad cósmica”. ¡Qué gran final de Emparan!

Dibujo20180331 author blackboard book iluminando lado oscuro universo roberto amparan ariel

El libro nos presenta una “Línea de tiempo” [pp. 201-207], desde “hace 1300 millones de años” hasta octubre de 2017. Y una serie de “Suplementos” para el lector que desee profundizar un poco más en la relatividad. Todos muy breves, eso sí, pero bien ilustrados y decorados con alguna que otra fórmula matemática.  Primero, la relatividad especial, con “A. Los relojes en movimiento se ralentizan” [pp. 209-211], y “B. El movimiento contrae las distancias” [pp. 211-213]. Luego, la relatividad general, con “C. La gravedad ralentiza el paso del tiempo” [pp. 213-216], “D. El principio de equivalencia en experimentos caseros” [pp. 216-217], “E. Las ecuaciones de Einstein” [pp. 217-219]. Y, finalmente, las ondas gravitatorias, con “F. La polarización de las ondas” [pp. 219-221], “G. Distorsión: el origen de los 21 ceros” [pp. 221-222], y “H. «GW150914»” [pp. 222-224].

Finaliza el libro con unos “Agradecimientos” [p. 225] y las necesarias “Notas y referencias” [pp. 227-244], ordenadas por capítulos. Me han gustado mucho, con píldoras tan sugerentes como “aclaremos un error común: es perfectamente posible tratar los movimientos acelerados dentro de la teoría especial de la relatividad. ¡No sería una teoría una muy buena si no pudiese describir una vuelta en tiovivo!” O también “¿hemos de tener un reloj atómico en nuestro propio aparato de GPS? [La] estrategia es calibrar la hora de nuestro reloj hasta que estas cuatro estimaciones de la posición coincidan sobre un único punto en la Tierra”. O incluso que “en principio sería incluso posible formar un agujero negro sin emplear más que curvatura y ningún tipo de materia: haciendo colisionar ondas gravitatorias de suficiente intensidad”.

Otra más, “las ondas gravitatorias curvan el espacio, pero no el tiempo. Es decir, cuando una onda pasa por una región en la que tenemos varios relojes próximos entre sí, estos se separan y acercan, pero no experimentan variaciones relativas en el ritmo que marchan (para los expertos: es siempre posible escoger la dirección temporal de manera que esto sea cierto)”. Y la última, “si estuviésemos muy cerca del suceso, la violencia de la distorsión espacial nos rompería en pedazos. Sin embargo, bastaría con que nos alejásemos unos cuantos miles de kilómetros para que ni siquiera nuestros tímpanos —los mejores detectores de vibraciones de nuestros cuerpos— llegasen a percibir nada. Pese a que la frecuencia de estas ondas está en el rango de lo audible, la potencia de las vibraciones se atenúa rápidamente al alejarnos”.

En resumen, un gran libro sobre la teoría de la gravitación de Einstein y las ondas gravitatorias. Roberto Emparan demuestra su maestría en el dominio de la escritura, situándonos junto a los protagonistas de la historia, con imágenes vívidas que rayan el género documental. Lo disfrutarán todos los aficionados a la buena divulgación científica, pero en especial los legos aficionados a la literatura, que seguro que no se imaginan que este libro está escrito para ellos. Si te atreves a disfrutar de este libro, no te arrepentirás.



10 Comentarios

  1. Tuve la suerte de escuchar varios seminarios impartidos por Roberto Emparán. Siempre magnífico, tanto en su originalidad como en su clarividencia . El libró debe de ser excelente.

  2. […] aquí se destaca el papel de Lemaître y cómo Hubble hizo cambiar de idea a Einstein.
    ¿No es algo exagerado decir que Hubble hizo cambiar de idea a Einstein? O sea, según recuerdo, tuvo mucho más influencia en el abandono del Einstein del modelo estacionario la demostración de Edington de que este modelo era inestable, que el artículo de Hubble o la conversación que tuvieron.

  3. Hace unas dos semanas vino a dar una pequeña introducción de su libro, y aprovecho para hacer un pequeño homenaje a Hawking, amena, ilustrativa y muy reevitalizante, pues al parecer se conocian bastante. Ojala un dia podáis tenerlo en Coffe Break y escucharos teniendo un debate intenso y fructífero.

Deja un comentario

Por Francisco R. Villatoro
Publicado el ⌚ 31 marzo, 2018
Categoría(s): ✓ Ciencia • Física • Historia • Libros • Noticias • Personajes • Physics • Recomendación • Relatividad • Science
Etiqueta(s): ,