Hola, soy Jesús, bienvenido o bienvenida al podcast XYZ. Seguimos con nuestra trilogía de agujeros negros. En este capítulo del podcast hablamos de qué significa caer en un agujero negro . Si quieres, tienes a tu disposición el episodio del podcast para escucharlo, si lo prefieres también puedes leer el artículo. Adelante.
INTRODUCCIÓN: CAER EN UN AGUJERO NEGRO
Ver un agujero negro con nuestros propios ojos es una experiencia absolutamente sorprendente y fascinante.
Podcast XYZ – Caer en un agujero negro
Hola, soy Jesús, muchísimas gracias por escucharme y bienvenido o bienvenida a un nuevo episodio del Podcast XYZ.
En el episodio de hoy vamos a continuar con el segundo capítulo de la trilogía sobre Agujeros Negros del Podcast XYZ.
Hoy vamos a hacer un pequeño viaje con la imaginación, bueno, en realidad vamos a hacer un gran viaje. Cierra los ojos. Imagina que tú y yo somos los únicos integrantes de una expedición. Vamos a ir juntos en un viaje espacial para ver por primera vez y en primera persona un agujero negro. Vamos a recorrer juntos una distancia de miles de años luz, así que abróchate el cinturón.
Ya estamos en nuestro destino. Para hacer el viaje más impactante si cabe, vamos a meternos en nuestros trajes espaciales, engancharnos con estos cables indestructibles a la cubierta de la nave y saltar al vacío del espacio justo encima del agujero negro.
Ahora estamos los dos colgando de nuestra nave, sobre el agujero negro. Permíteme que te describa lo que vemos.
Ver un agujero negro con nuestros propios ojos es una experiencia absolutamente sorprendente y fascinante. Somos testigos de un objeto astronómico en el que la gravedad se vuelve tan intensa que nada, ni siquiera la luz, puede escapar de él.
Uno de los primeros aspectos que nos llama la atención es su disco de acreción. Podemos ver ese anillo brillante y caliente formado por material que gira alrededor del agujero negro a gran velocidad. La luz del disco de acreción es tan intensa que, a pesar de los protectores visuales de nuestro traje, cuesta mirarlo directamente.
También podemos ver el horizonte de sucesos, un lugar invisible que delimita el borde del agujero negro. En realidad, lo que vemos es su sombra. Una vez que algo cruza ese horizonte, ya no hay vuelta atrás, desaparece para siempre.
Ver un agujero negro con nuestros propios ojos es contemplar la fuerza más intensa del universo en acción, un espectáculo que sin duda marcará para siempre nuestras mentes y nuestros corazones.
¿Has oído eso? Mi cuerda se ha roto y estoy cayendo al agujero negro. No te preocupes, tu sigues seguro anclado a la nave y yo estoy tranquilo. Me enfrento a una muerte segura, pero voy a contarte lo que veo mientras caigo. Voy a contarte algo que nadie ha visto nunca hasta el día de hoy. Voy a contarte qué significa caer en un agujero negro.
¿Te interesa?
Adelante.
CAER EN UN AGUJERO NEGRO: LA VÍCTIMA
Esto es lo que pasa desde mi punto de vista, lo que veo yo al caer. Pero lo que tú ves, desde la nave, es distinto porque el tiempo no trascurre de la misma forma para los dos.
Podcast XYZ – Caer en un agujero negro
Para comprender qué ocurre con una persona que cae dentro de un agujero negro, lo más sencillo es imaginarse el agujero negro como un embudo. Las paredes del embudo están curvadas hacia el centro y esa curvatura representa la gravedad. A mayor curvatura mayor fuerza de gravedad que nos atrae hacia el centro.
En la parte central de nuestro agujero negro, de nuestro embudo, la curvatura es infinita, es decir, la gravedad es infinita y rompe el tejido del universo. El agujero de salida del embudo representa el centro del agujero negro, la singularidad.
Durante mi caída por el embudo experimento un proceso que se llama espaguetización. Supongamos que caigo de pie. La gravedad del agujero es tan fuerte, que cuando me acerco, mis pies son arrastrados al agujero con muchísima más fuerza que mi cabeza. Mi cuerpo no cambia su volumen total, pero se alarga llegando a convertirse en un hilo muy fino del grosor de un átomo, es decir, un espagueti.
Conforme voy volviéndome cada vez más delgado y más alto, caigo en el agujero cada vez más rápido al aumentar la gravedad. Cuando llego al horizonte de sucesos, voy extremadamente rápido y una vez cruzo este horizonte… todo ha acabado. Desaparezco en la nada, para siempre.
Esto es lo que pasa desde mi punto de vista, lo que veo yo al caer. Pero lo que tú ves, desde la nave, es distinto porque el tiempo no trascurre de la misma forma para los dos.
Para entender lo que tú ves, tenemos que comprender un proceso fascinante predicho en la teoría de la relatividad de Einstein: La dilatación temporal.
VELOCIDAD RELATIVA
Para entender la dilatación del tiempo voy a intentar demostrarte que la velocidad es algo relativo. La velocidad a la que vemos pasar las cosas a nuestro alrededor depende de la velocidad con la que nos desplazamos nosotros.
Te pongo un ejemplo. Imaginemos que yo voy en un coche descapotable a 300 km por hora por una carretera en línea recta. Me pongo de pie en el coche y disparo una pistola cuya bala va a 700 km por hora. Imaginemos que tú estás en el arcén de la carretera y me ves pasar en mi descapotable mientras disparo. Para mí, la bala de mi pistola viaja a 700 km por hora. Pero para ti, la bala va a 1000 km por hora, los 700 de la bala más los 300 del coche.
LA VELOCIDAD DE LA LUZ ES UNA CONSTANTE
Por otro lado, para comprender qué pasa cuando caigo al agujero negro, tenemos que saber que la velocidad de la luz es constante. Todos los fotones, las partículas que componen la luz, se mueven a una velocidad constante. No existen rayos de luz más rápidos que otros, los rayos de luz no se adelantan. Para redondear vamos a considerar que la luz se desplaza a 300.000.000 km por segundo.
LA LUZ Y EL MOVIMIENTO
Volvamos al ejemplo del descapotable y la pistola. Imaginemos que en lugar de ir en un coche me desplazo en una nave por el vacío del espacio a 100.000 km/s (un tercio de la velocidad de la luz) y en lugar de disparar una metralleta disparo un rayo láser, cuyos fotones viajan a 300.000 km/s (la velocidad de la luz). El ejemplo es el mismo que antes, solo he cambiado el coche, por una nave, y la bala, por un fotón, un rayo de luz.
Siguiendo la misma analogía, para mí, el rayo láser que disparo viaja a 300.000 km/s. Pero si tú estás en otra nave espacial que no se mueve y me ves pasar… ¿A qué velocidad va para ti la luz? Si mantenemos la misma lógica que con la pistola, para ti el rayo de luz va a 400.000 km por segundo: 300.000 km del rayo más 100.000 km de la nave.
Si eso fuera cierto, estaríamos superando la velocidad de la luz y esto es físicamente imposible, nada puede viajar más rápido que la luz. Entonces, ¿qué pasa?
LA DILATACION TEMPORAL POR VELOCIDAD
Es tan sencillo como entender que la velocidad es el espacio partido por el tiempo. Si yo recorro 100 km (espacio) en una hora (tiempo) voy a 100 km por hora de velocidad. Vamos a analizar este caso:
Sabemos que la velocidad de la luz tiene que ser constante, 300.000 km/s. Desde mi punto de vista, que estoy en la nave, el espacio que recorre la luz, es 300.000 km y el tiempo que trascurre es 1 segundo. Desde tu punto de vista, que no tienes ningún movimiento, el espacio que recorre la luz es 400.000 km. La única forma de que la luz no viaje más rápido que la velocidad de la luz, es que para ti no haya pasado solo un segundo, sino más tiempo, en este caso en concreto 1,33 segundos.
Hoy sabemos que cuando viajamos a velocidades muy altas (en relación a la velocidad de la luz) el tiempo se dilata, es decir, fluye a diferente velocidad. Cuando más rápido vamos, más despacio trascurre el tiempo, hasta que, si fuéramos capaces de viajar a la velocidad de la luz, el tiempo se detendría completamente. Esto parece contraintuitivo, pero está completamente demostrado. Es más, el tiempo no solo se dilata por la velocidad, sino que también lo hace por la gravedad.
LA DILATACIÓN DEL TIEMPO POR LA GRAVEDAD
La gravedad no solo afecta al movimiento de los objetos en el espacio, sino que también afecta a la manera en la que el tiempo fluye. De forma sencilla, la gravedad hace que el tiempo transcurra más lentamente en lugares donde es más intensa.
Para comprender la dilatación temporal por acción de la gravedad vamos a imaginar que lanzamos un rayo láser hacia el espacio, en dirección vertical, desde la superficie de dos planetas diferentes. Para simplificar todo imaginemos que ninguno de los dos planetas tiene atmósfera y que el primero tiene más masa, y por tanto más gravedad, que el segundo.
En el caso del planeta menos masivo, el rayo láser debe alejarse del planeta superando su gravedad, es decir, la curvatura que produce su masa en el espacio tiempo. En el caso del segundo planeta el rayo de luz tendrá que superar una curvatura del espacio tiempo aún mayor, pues su gravedad es mayor. Dicho de otro modo, el camino real que recorre la luz en el caso del planeta más masivo es más largo que el que recorre la luz en el caso del planeta menos masivo.
Sin embargo, la velocidad de la luz es constante. Solo existe una forma de que esto pueda ocurrir y es que el tiempo no trascurra a la misma velocidad en ambos casos, es decir, cuanto mayor es la gravedad, mayor será la dilatación del tiempo.
LA DILATACIÓN DEL TIEMPO
En realidad, cuando hablamos de dilatación del tiempo no significa que la persona que está moviéndose a gran velocidad o que viva en un planeta más masivo tenga una vida más larga. Lo que ocurre es que los sistemas de referencia temporales son diferentes. Internamente, el tiempo pasa de la misma manera.
Una persona que viva una dilatación temporal extrema, por velocidad, gravedad o ambas cosas, no tiene la sensación de que los segundos pasan más lentos, los segundos duran exactamente igual. Pero si comparamos el paso del tiempo en términos relativos, el tiempo transcurre a diferente velocidad.
Por irnos a un ejemplo extremo, imaginemos que vivimos en dos sistemas de referencia temporales diferentes en el que para ti pasa un año y para mí 20. Si volviéramos a encontrarnos después de ese tiempo yo habré envejecido 20 años y tu solo uno, pero es que yo habré tenido 20 años de vida y tu solo habrás tenido 1.
También es importante comprender que la dilatación temporal solo se hace evidente cuando algo viaja a velocidades cercanas a las de la luz o con gravedades extremas como la de un agujero negro. Pero esto no significa que no afecte a las cosas del día a día. De hecho, te voy a poner un ejemplo que demuestra que todo esto es cierto y que estoy seguro que te afecta en muchos días de tu vida.
LA DILATACIÓN DEL TIEMPO: EVIDENCIAS
El posicionamiento GPS funciona gracias a una red de satélites que giran alrededor de la tierra a una velocidad de 4 km/s y a 23.000 km de altura sobre la superficie. Estos satélites envían señales de radio para triangular la posición en la que te encuentras tú, que estás usando el GPS.
Para calcular tu posición, tu dispositivo GPS utiliza el tiempo que tarda la señal de radio, que viene desde el satélite, en llegar hasta ti. Si te llega la señal de al menos 4 satélites de forma simultánea, tu dispositivo calcula tus coordenadas y determina tu posición en el mapa.
Para que todo esto funcione, el reloj del satélite y el de tu dispositivo tienen que estar perfectamente sincronizados. Por eso, la red GPS tiene obligatoriamente que tener en cuenta los efectos de la dilatación temporal. De hecho, si no los tuviera en cuenta, la posición GPS perdería su precisión y validez en tan sólo 2 minutos.
Los satélites GPS están a una altura muy grande con respecto a la superficie de la tierra y por lo tanto el tiempo pasa más rápido para ellos, ya que tienen una gravedad menor. Pero, por otro lado, se están desplazando a una velocidad altísima y esto hace que el tiempo pase más lento para ellos, ya que se mueven a una velocidad mayor.
Para corregir este desfase provocado por la dilatación temporal, los satélites GPS tienen que adelantar sus relojes 38 microsegundos al día. Concretamente, se adelantan 45 microsegundos por acción de la menor gravedad que sufren y se atrasan 7 microsegundos a causa de la velocidad a la que se mueven.
Todos estos valores se calcularon empleando las ecuaciones de la relatividad de Albert Einstein, se aplican día a día a los satélites y funcionan perfectamente. La dilatación temporal no es un invento de la ciencia ficción para crear historias originales e impactantes. Es un hecho, científicamente demostrado y que incluso aplicamos en nuestro día a día.
CAER EN UN AGUJERO NEGRO: EL OBSERVADOR
Me verás eternamente suspendido y nunca llegaré a entrar en el agujero negro.
Podcast XYZ – Caer en un Agujero negro
Y conocido todo esto, volvamos a mi muerte inminente en el centro de un agujero negro.
Yo estoy cayendo en un agujero negro y tú lo observas desde la seguridad de nuestra nave. Como ya sabes ahora, hay dos perspectivas totalmente diferentes, pues tú y yo comenzaremos a vivir en dos sistemas de referencia temporales diferentes, conforme nos vamos alejando el uno del otro.
Desde mi punto de vista, yo caigo y la gravedad del agujero negro me atrae cada vez más rápido. Conforme voy acercándome al agujero mi velocidad aumenta hasta que cuando estoy cerca del horizonte de sucesos viajo a una velocidad altísima. La gravedad también aumenta y, de hecho, tiende a infinito cuando me acerco a la singularidad, el centro del agujero negro. Todo pasa muy rápido, caigo, cruzo el horizonte de sucesos y desaparezco en la nada.
Desde tu punto de vista, todo es diferente. Yo caigo, pero al caer voy tan rápido y la gravedad a mi alrededor es tan fuerte que el tiempo empieza a pasar mucho más despacio para mí que para ti. Esta dilatación temporal es mayor cuanto más me acerco al agujero negro. Así que, lo que tú ves es que cada vez voy más despacio. De hecho, cuando llego al horizonte de sucesos el tiempo se detiene para mi desde tu punto de vista. De esta forma me verás eternamente suspendido y nunca llegaré a entrar en el agujero negro.
Referencias del Podcast XYZ: Caer en un agujero negro
¿Se ha preguntado qué sucede si un objeto cae en un agujero negro? – www.javeriana.edu.co
¿Qué pasa si viajamos a la velocidad de la luz? (1ª parte) – cienciadesofa.com
¿Qué pasa si viajamos a la velocidad de la luz? (2ª parte) – cienciadesofa.com
¿Por qué el tiempo pasa más despacio cerca de un agujero negro? – cienciadesofa.com
Si te interesa este episodio del Podcast XYZ puedes ver otros relacionados como:
52 – Descubriendo los agujeros negros
51 – Esperanza de vida y resurrección
50 – Origen de la vida y Panspermia