La física explicada als avis: les ones gravitacionals.

“Sólo comprendes algo cuando puedes explicárselo a tu abuela”

Esta frase se le atribuye comúnmente a Albert Einstein, [aunque en realidad no está del todo claro que la pronunciase].

De lo que sí estamos seguros es que en 1916, Einstein publicó una ecuación que describe el Universo a gran escala. Esa ecuación, además, predice que deberían existir algo llamado “ondas gravitacionales”. Cien años después, parece que al fin las hemos detectado directamente.

Para celebrar la ocasión, yo he decidido examinar la validez de mi doctorado en Física explicándole a mi abuela qué son las ondas gravitacionales.

La historia ha ido más o menos así:

Abuela, tú ya sabes lo que son las ondas. Las ondas no son más que olas. Por ejemplo, si lanzas una piedra a un estanque se formará una onda de agua tal que así:

En la vida cotidiana estamos rodeados de todo tipo de ondas: por ejemplo, el sonido [una onda de aire] o la luz [una onda del campo electromagnético].

Vale, la onda del estanque se mueve en el agua, ¿pero donde se mueve una onda gravitacional?

Una onda gravitacional se mueve en el espacio-tiempo.

¿Lo qué? ¿El espacio-tiempo? ¿Y eso qué es?

El “espacio-tiempo” es un palabro que utilizamos los físicos, pero esconde un concepto muy sencillo.

El “espacio” es por donde nos podemos mover y tiene 3 dimensiones porque:

nos podemos mover hacia adelante y hacia atrás
nos podemos mover hacia la derecha y hacia la izquierda
nos podemos mover hacia arriba y hacia abajo

El “tiempo” es eso que medimos con un reloj.

Einstein nos enseñó que el espacio y el tiempo están tan relacionados que no tiene sentido hablar del uno sin mencionar al otro: por eso los físicos juntamos las dos palabras y hablamos siempre del “espacio-tiempo”.

El “espacio-tiempo” tiene 4 dimensiones: las 3 del espacio y la del tiempo.

¿Y no me podrías enseñar un dibujico del “espacio-tiempo”?

Es imposible dibujar en 4 dimensiones, pero podemos imaginarnos el “espacio-tiempo” como una especie de cuadrícula invisible que se extiende por todo el Universo.

Algo tal que así:

¿Y la cuadrícula esta, el espacio-tiempo, es siempre plano?

¡Qué buena pregunta abuela! Ahí está toda la gracia del asunto.

No, el espacio tiempo no es siempre plano. Einstein nos enseñó que la masa de los objetos deforma el espacio tiempo.

Por ejemplo, el espacio-tiempo alrededor del Sol es algo así:

Einstein también nos enseñó que esa deformación del espacio-tiempo es precisamente la fuerza de la gravedad.

Vale, la cuadrícula (el espacio-tiempo) se puede deformar y la deformación es la gravedad. ¿Qué tiene esto que ver con las olas del estanque?

Resulta que hay fenómenos en el Universo que deforman el espacio-tiempo de tal manera que crean una onda.

Por ejemplo estas dos estrellas que están colapsando:

A estas ondas que viajan por el espacio-tiempo son las ondas gravitacionales.

Anda, pues sí que se parecían a las olas en un estanque. Oye, ¿y podemos ver estas ondas?

No, verlas no podemos verlas, pero sí que podemos detectarlas.

¿Y cómo se detectan?

Imagínate que llegase hasta aquí una onda gravitacional.

Hemos dicho antes que son deformaciones en el espacio-tiempo, así que deformaría el espacio a nuestro alrededor y con ello nos deformaría también a nosotros.

No puede ser. Yo eso nunca lo he visto.

Bueno, eso es porque he exagerado un poco. Cuando llegan a la Tierra las ondas gravitacionales son tan, tan pequeñas que no percibimos sus efectos.

¡Es tan complicado detectarlas que hemos tardado 100 años!

Para detectar las ondas gravitaciones, los científicos han usado un instrumento que se llama LIGO.

LIGO es un edificio del que salen dos brazos que miden exactamente 4 kilómetros de longitud cada uno. Aquí una foto desde el aire:

Cuando llega una onda gravitacional, el espacio se deforma de manera que un brazo se hace más largo y otro brazo se hace más corto:

Brazo-A medirá 3,999999999999999999999 kilómetros

Brazo-B medirá 4,000000000000000000001 kilómetros

[Es realmente un milagro tecnológico medir la longitud de los brazos con semejante precisión como para detectar la diferencia].

¿Y por qué detectar las ondas gravitacionales es tan importante?

Es muy, muy importante porque nos dan un sentido nuevo para observar el Universo.

Hasta ahora sólo veíamos el Universo a través “de la vista”, de la luz [ondas de radiación electromagnética].

Ahora es como si también nos hubiesen dado “el oído”, podemos observar el Universo a través de unas ondas distintas, las ondas gravitacionales.

Alberto Sicilia, Cómo explicarle las ondas gravitacionales a tu abuela, Principia Marsupia. Público,