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1 de Agosto de 1996
Historia de la física

El padre renuente de los agujeros negros

Las ecuaciones de la gravedad de Albert Einstein constituyen el fundamento de la moderna teoría de los agujeros negros. En ellas se basó él, sin embargo, para intentar demostrar que tales objetos no podían existir.

En 1939, Robert Oppenheimer (derecha) abogó por la existencia de agujeros negros al mismo tiempo que Albert Einstein intentaba refutarla. Sus caminos se cruzaron en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton a finales de los años cuarenta, época a la que corresponde esta fotografía, pero se desconoce si alguna vez llegaron a hablar sobre agujeros negros. [CORBIS]

En síntesis

En 1916, el físico alemán Karl Schwarzschild demostró que, para un cuerpo esférico, existía un radio en el que el campo gravitatorio predicho por la teoría de Einstein se tornaba singular: el tiempo parecía anularse y el espacio se hacía infinito.

Más de dos décadas después, en 1939, Einstein usó su teoría de la relatividad general para intentar demostrar que tales «singularidades de Schwarz­schild» —hoy conocidas como agujeros negros— no podían llegar a formarse.

La conclusión de Einstein resultó ser errónea. Ese mismo año, a partir de estudios previos sobre enanas blancas y estrellas de neutrones, Robert Oppenheimer y Hartland Snyder lograron explicar el proceso de formación de un agujero negro.

La ciencia deja en ocasiones una herencia que desborda no solo la imaginación, sino también las intenciones de sus creadores. Un ejemplo notable lo constituyen los primeros pasos de la teoría de los agujeros negros, y muy particularmente el papel que en ella desempeñó Albert Einstein. En 1939, el físico alemán publicó en la revista Annals of Mathematics un artículo de título intimidatorio: «Sobre un sistema estacionario con simetría esférica formado por muchas masas gravitatorias». En él se proponía demostrar la imposibilidad de los agujeros negros, objetos celestes de tal densidad que su gravedad provoca que ni siquiera la luz pueda escapar de ellos.

Lo irónico del caso es que, en su argumentación, Einstein usó su propia teoría de la relatividad general, publicada en 1916, la cual empleamos hoy en día para concluir que los agujeros negros no solo son posibles, sino que constituyen el fin inevitable de numerosos astros. De hecho, pocos meses después de la aparición del artículo de Einstein, el físico Robert Oppenheimer y su alumno Hartland Snyder publicaron —sin mencionar el trabajo del alemán— un artículo titulado «Sobre la contracción gravitatoria continua». En él usaban la teoría de la relatividad general para, por primera vez en el ámbito de la física moderna, explicar el proceso de formación de un agujero negro.

Pero tal vez resulte más irónico aún que la investigación actual sobre agujeros negros —y, en general, el estudio de las estrellas en fase de colapso, o contracción gravitatoria— se base en un aspecto completamente distinto del legado de Einstein: su trabajo en mecánica cuántica estadística. Sin las predicciones de la estadística cuántica, todos los objetos astronómicos terminarían por contraerse hasta convertirse en agujeros negros, lo que daría lugar a un universo que no se parecería en nada a este en el que vivimos.

Estadística cuántica

La creación de la estadística cuántica le fue inspirada a Einstein por una carta que recibió en junio de 1924 de Satyendra Nath Bose, un joven físico indio por entonces desconocido. La misiva venía acompañada de un artículo que Bose había enviado a una revista científica británica pero que había sido rechazado. Tras leer el manuscrito, el propio Einstein lo tradujo al alemán e hizo lo necesario para que se publicara en Zeitschrift für Physik.

¿Qué indujo a Einstein a ponderar la importancia de aquel trabajo? Durante veinte años, el alemán había estado debatiéndose para entender la naturaleza de la radiación electromagnética, en especial la de aquella atrapada en un recipiente caliente y que ha alcanzado la misma temperatura que sus paredes. A principios del siglo XX, Max Planck había descubierto la expresión matemática que describía las variaciones de intensidad de las distintas longitudes de onda presentes en ese tipo de radiación, llamada «de cuerpo negro». La forma de dicho espectro resultaba no depender del material de las paredes ni de otros detalles, sino tan solo de la temperatura de la radiación.

 

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