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21 enero 2016

“El universo no es infinito y tiene forma de balón de fútbol”

Astrofísica | Ciencia | Entrevista | Espacio | Grandes Personajes
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Entrevista a Jean-Pierre Luminet

El poeta Jean-Pierre Luminet ha publicado una decena de novelas y poemarios. Mirando al cielo, imagina un universo que no es infinito, sino que tiene forma de balón de fútbol. Pero esa intuición, aunque lo parezca, ya no es poesía. Luminet, nacido en la Provenza francesa en 1951, también es astrofísico. Su teoría de un universo finito y con forma de dodecaedro fue portada de la prestigiosa revista científica Nature en 2003. Investigador del CNRS francés, Luminet también es uno de los mayores especialistas del mundo en “los objetos más fascinantes de la astrofísica”: los agujeros negros.

Jean Pierre Luminet en “La noche de la ciencia”, noviembre 2015 en Madrid / créditos: Abel Valdenebro

La gente suele pensar que el universo es infinito. ¿Es infinito?

Mucha gente pregunta por la forma o el tamaño del universo. La idea del tamaño del universo, si es infinito o no lo es, es muy vieja. En la Antigüedad, los filósofos pensaban en el universo como finito y con fronteras. Ahora sabemos que es una tontería pensar que el universo físico puede tener fronteras reales. Así que se insiste en que el universo es infinito, pero en realidad, un punto interesante es que una nueva geometría, construida en el siglo XIX y llamada no euclidiana, y también lo que llamamos topología, que es una rama de la geometría que intenta entender la forma global del espacio, proponen de manera coherente un modelo matemático del espacio que es finito y sin fronteras. Estos modelos, puramente geométricos, son compatibles con todas las observaciones y compatibles por supuesto con los modelos del Big Bang.

Usted sostiene que el universo tiene forma de balón de fútbol.

Hay varias posibilidades. Hasta el comienzo del siglo XX muchos cosmólogos pensaban que el universo era infinito. Era un gran problema para los físicos, porque nunca se podría probar. El infinito no se puede medir. Otros cosmólogos, y yo era uno de ellos, propusimos modelos de un universo finito, pero sin límites, con una forma especial, una extraña forma que puede crear ilusiones ópticas. La publicación de datos de un telescopio de la NASA, que mapea lo que llamamos la radiación fósil, la radiación de fondo de microondas, nos dio información muy detallada sobre todos los parámetros del universo. Propusimos en la revista Nature un modelo que los periodistas bautizaron como “el balón de fútbol”, porque en esencia la forma del universo es como un balón de fútbol, pero sin límites. Es un poco como un videojuego. Salir del volumen es obviamente imposible, porque el universo no tiene un límite. Si intentas salir, reapareces por el otro lado. Es un modelo geométrico de la forma del universo que es totalmente compatible con muchas observaciones. Las ilusiones cósmicas [las 12 caras del balón de fútbol actuarían como espejos] harían que el universo real fuera un poco más pequeño que el universo observable.

¿Qué pasa entonces si viaja sin fin en una dirección por el universo?

En este modelo de universo, finito y sin límites, si viajaras en una nave espacial siempre recto, un día llegarías al término del universo y estarías de vuelta en casa, simplemente yendo recto. Esta es una de las extrañas propiedades geométricas de este tipo de espacios. Y, repito, este tipo de modelos geométricos es completamente compatible con los modelos del Big Bang, así que la forma del universo podría tener este tipo de geometría.

“Algunos universos paralelos podrían durar milisegundos, pero otros serían eternos”

¿Cree que pueden existir universos paralelos?

Una idea interesante, que surgió primero en la ciencia ficción y ahora es fruto de la gravedad cuántica (la nueva teoría que intenta conciliar la teoría de la relatividad general de Einstein y la mecánica cuántica en una nueva concepción del espacio y el tiempo) es la noción de lo que llamamos multiverso. La idea de que, en realidad, todo el universo, el que conocemos, entendemos y podemos medir, sería solo un particular ejemplo de una enorme cantidad de universos, todos procedentes de la fluctuación cuántica de la energía del vacío. En algunas nuevas teorías, como la teoría de cuerdas, tenemos que asumir que el espacio tiene más de tres dimensiones, por ejemplo 10 dimensiones más la dimensión del tiempo. La fluctuación espontánea de la energía en el vacío cuántico puede producir materia espacio-temporal, concretamente universos. Todo nuestro universo sería una solución muy particular, pero el resto de soluciones produciría otros universos, con características completamente distintas.

¿Puede poner un ejemplo?

Por ejemplo, en este universo paralelo no habría estrellas, tampoco astrónomos, por supuesto, quizá tampoco agujeros negros. Quizá en otro universo solo habría agujeros negros o solo habría fotones, solo luz. Algunos universos podrían ser efímeros, con una duración de solo unos pocos milisegundos, otros serían eternos. Concretamente, en esta teoría hay 10500 solucionesCasi una infinidad de soluciones. Todas las posibles materializaciones de un universo se podrían obtener en este tipo de teoría. Pero todavía es muy hipotético. La teoría de cuerdas no tiene todavía ecuaciones exactas que puedan ser solucionadas, sino ideas matemáticas que la gente intenta conciliar con la física real. El éxito todavía está lejos.

¿Estos universos estarían conectados con el nuestro de alguna manera?

¿Dónde están estos universos paralelos, si es que existen? Depende del modelo, hay muchos y cada uno de ellos propone diferentes tipos de universos paralelos. En algunos modelos, por ejemplo el del universo inflacionario [la expansión ultrarrápida del universo en los instantes iniciales], tienes un solo universo, pero dentro de él regiones muy grandes sometidas a lo que llamamos inflación, concretamente procesos específicos que extienden mucho el tamaño del espacio, creando una especie de burbujas de espacio-tiempo, pero con propiedades físicas específicas. En el modelo llamado de inflación caótica esto no ocurre de la misma manera en todos los lugares del espacio tiempo y se crean muchas burbujas con diferentes propiedades físicas.

¿Cómo serían estas burbujas?

De alguna manera, cada una de estas burbujas puede considerarse un universo. Estas burbujas pueden colisionar o interactuar. Algunas personas que creen en esta teoría (yo no creo, pero eso no importa) opinan que estas burbujas pueden tener una influencia en algunas estructuras especiales observadas en la radiación de fondo de microondas. Esto es solo un ejemplo de multiverso. En otros modelos, los universos paralelos están en otras dimensiones. Por ejemplo, en la teoría de cuerdas, con un espacio de 10 dimensiones, podemos considerar que el universo es solo una sección tridimensional de un espacio de 10 dimensiones. Si cambias la sección, cambias el universo. Esta es la llamada teoría del cerebro. Cada cerebro tridimensional puede corresponder a un universo diferente.

“Hemos medido agujeros negros con una masa de 10.000 millones de soles”

En su libro Agujeros negros, usted intenta responder a la pregunta: ¿Los agujeros negros son realmente monstruos que devoran luz y energía? ¿Lo son?

He dedicado mucho tiempo de mis investigaciones a los agujeros negros, los objetos más fascinantes de la astrofísica. Sabemos que existen al menos dos tipos de agujeros negros. Los agujeros negros estelares, que se forman por el colapso gravitacional de estrellas masivas, no son muy grandes, de unos pocos kilómetros de tamaño. Quizá en nuestra galaxia hay varios millones de agujeros negros estelares. Algunos de ellos se pueden observar de manera indirecta porque pertenecen a sistemas binarios. En un sistema binario, el agujero negro atrae la cubierta gaseosa de una estrella, el gas fluye dentro del agujero negro antes de desaparecer en su interior, pero antes se calienta a temperaturas muy altas y emite una gran cantidad de rayos X. Se puede detectar.

¿Y el otro tipo de agujeros negros?

Ahora hay algo quizás más interesante y espectacular. Estamos casi seguros, por las observaciones, de que en el centro de cada galaxia hay agujeros negros enormes, no agujeros negros estelares, sino agujeros negros supermasivos, con masas equivalentes a un millón de veces la masa de nuestro Sol o incluso miles de millones. Por ejemplo, en el centro de nuestra galaxia, la Vía Láctea, medimos de manera indirecta un agujero negro con una masa de cuatro millones de veces nuestro Sol. Con estas masas, los agujeros negros pueden capturar estrellas completas y destruirlas con lo que llamamos fuerza de marea: diferencias gravitacionales que alargan las estrellas hasta destruirlas. Hace muchos años estudié este proceso de destrucción de estrellas y predije el proceso de estrellas tortita: las estrellas se aplanan al cruzar la región alrededor del agujero negro. Se aplanan en su plano orbital, con la forma de una tortita gaseosa, se calientan extremadamente, explotan y producen una llamarada. Lo llamé el flambeado de tortitas estelares. Y, finalmente, se observó.

¿Esos agujeros negros supermasivos sí son monstruos?

Ahora, con grandes telescopios, podemos observar llamaradas de luz que interpretamos como la destrucción de estrellas por fuerzas de marea. Está claro que los agujeros negros muy grandes pueden destruir estrellas. En algunas galaxias hemos medido agujeros negros con una masa de 10.000 millones de soles. Estos agujeros negros enormes no pueden destruir las estrellas fuera de ellos, solo dentro. Las estrellas pueden caer dentro de estos agujeros negros y desaparecer, sin producir efectos astronómicos. Así que tenemos una especie de monstruos.

¿Cómo se forman?

Es un problema muy interesante tratar de explicar la formación de estos grandes agujeros negros. Si el agujero negro no es muy masivo, por ejemplo con unos pocos millones de masas solares, como el del centro de nuestra galaxia, podemos explicar su formación a partir de un pequeño agujero negro inicial formado por estrellas durante miles de millones de años, van creciendo en masa y en tamaño, al atraer materia. Pero esos agujeros negros tan grandes, con 10.000 millones de masas solares, no habrían tenido tiempo para crecer por este proceso [la edad del universo es de unos 13.800 millones de años y no es tiempo suficiente para alcanzar ese tamaño]. Es una de las cuestiones sin resolver. Una posible solución es que el Big Bang produjera una primera generación de agujeros negros masivos y eso explicaría por qué podemos observarlos en momentos tempranos de la historia del universo.

“El temor a que un agujero negro devore la Tierra no tiene fundamento”

¿Nuestro futuro es ser devorados por un agujero negro?

Cuando se habla de agujeros negros, se los suele presentar como monstruos del espacio que pueden devorar todo. Algunas personas temen que la Tierra o el Sol sean devorados un día por un agujero negro. Este temor no tiene fundamento, por muchas razones. Una es que los agujeros negros son más bien excepcionales. Calculamos que solo una estrella de cada 10.000 puede convertirse en un agujero negro. Además, los agujeros negros estelares están muy lejos. El más cercano que hemos detectado está a 6.000 años luz, así que no puede tener ninguna influencia en el Sistema Solar. El gran agujero negro en el centro de la Vía Láctea está todavía más lejos, a 30.000 años luz. Su influencia se reduce a su entorno, no llega a nuestro planeta. Y la idea de agujeros negros que lleguen al Sistema Solar como si fueran un cometa es bastante imposible, desde el punto de vista de la astrofísica. Así que no hay que temer en absoluto que un agujero negro se trague nuestro planeta. Y añadiría que si en lugar del Sol ponemos un agujero negro, con la masa del Sol, el agujero negro sería pequeño, con un radio de tres kilómetros, y la órbita de la Tierra no cambiaría ni un milímetro. La única diferencia es que no tendríamos luz.

Ha escrito en su blog que la poesía puede anticipar descubrimientos científicos sobre la naturaleza del universo. ¿Cree que hay una relación entre la ciencia y la poesía?

Siempre me ha fascinado la relación entre la ciencia, que es una manera específica de entender el universo, y otros enfoques, artísticos: teatro, poesía, música, pintura, etcétera. Investigo mucho estas relaciones, en concreto la relación entre la historia de la concepción del universo (astronomía, astrofísica, cosmología) y la poesía. Hace más de 20 años publiqué en Francia una gran antología, una fascinante colección de poemas. Los mejores poetas de todos los tiempos han escrito en algún momento sobre el universo. Algunos de ellos tuvieron realmente intuiciones fantásticas. Algunos de ellos estaban más o menos al tanto del conocimiento científico de su época y trasladaban este conocimiento a la poesía. Otros no estaban especialmente al tanto del conocimiento científico de su época, pero utilizaban su intuición para entender cosas muy importantes que serían descubiertas después por los científicos. Esta es una interacción muy interesante entre ciencia y poesía. En ambos casos se trata de un proceso creativo. Cuando eres científico, no eres solo un experimentalista observando con una gran máquina, también creas nuevos modelos para entender el universo. De alguna manera, hay una relación entre la creación científica y la creación artística. En los dos casos la creación depende de la imaginación. Estamos en el centenario de la teoría de la relatividad general de Albert Einstein. El propio Einstein dijo que “la imaginación es más importante que el conocimiento”.

Manuel Ansede para Ventana al Conocimiento

@manuelansede

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