Por Antonio Ruiz de Elvira**

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El jueves 11 de febrero, todos los periódicos, desde Los Ángeles Times a los españoles daban la noticia de que se habían detectado ondas gravitacionales. ¿Qué son estas ondas? ¿Qué importancia tiene la detección?

Todos hemos visto ondas en el agua: Cuando las hay, la superficie del agua sube y baja en cada punto, pero el agua no avanza hacia nosotros: una pelota flotando se mueve de arriba abajo, pero no se nos acerca. Lo que se propaga en una onda es la energía, y la información que transmite.

¿Cuál es la característica esencial de las ondas? Decimos que hay ondas cuando varias de ellas interfieren entre sí, o cuando las ondas interaccionan con medios materiales y se difractan en ellos, o cambian sus caminos, como hace la luz cuando pasa por mis gafas.

Imaginemos, o hagamos si tenemos las piezas necesarias, el siguiente experimento:  Unamos una masa de hiero a un muelle. Movamos periódicamente un imán potente de delante a atrás cerca de la pieza de hierro. Cuando lo alejemos de ésta, la pieza se separará del imán, cuando lo acerquemos, la pieza de hierro se acercará al mismo.  Si el movimiento del imán es periódico, también lo es el de la pieza de hierro.

¿Estamos enviando una onda sobre la pieza de hierro?

No lo hacemos, sencillamente empujamos la pieza de manera periódica como hacemos con un columpio.

Dos objetos del cielo, enormemente masivos, a una distancia de mil millones de años luz de la Tierra, dos agujeros negros, colisionaron entre sí hace mil millones de años. Hoy estamos detectando esa colisión.

Las masas se atraen entre sí, en todo el universo.  La fuerza de esas masas inmensas de los agujeros negros oscila con el movimiento que hicieron los mismos hace esos mil millones de años.  La fuerza mueve 4 espejos sobre los que se refleja la luz de un laser.  La interferencia entre los haces de luz reflejados por cada espejo ha permitido a los Laboratorios del experimento LIGO en los EEUU detectar esas oscilaciones, similares a las de la pieza de hierro movida por el imán.

Podemos asumir otra explicación: El movimiento periódico de las masas de los agujeros negros genera cambios en la forma del espacio que las rodea, y esos cambios se propagan lejos de los agujeros negros como las olas del mar se propagan lejos de los vientos que las generan. Por ejemplo, el oleaje de la última semana en Cantabria se originó en las costas de Terranova, y se propagó, cruzando el Atlántico, hasta las playas de Cudillero,  y La Concha en San Sebastián.

¿Qué forma tiene el espacio entre las masas que lo determinan?

La geometría de la Tierra es esférica, mientras que la geometría que vimos en el colegio es euclídea, es plana. En un plano, la suma de los ángulos de un triángulo es siempre 180º, pero esto no es así si el triangulo se dibuja sobre la superficie de una esfera, en donde tampoco vale el Teorema de Pitágoras.

Pues bien, el espacio es lo que hay entre dos o más masas. El espacio es lo que hay entre las estrellas que vemos, y que no vemos pero que detectamos, en el cielo. Ese espacio, como el de las esferas de los planetas y las estrellas, no es euclídeo, no es plano. Cerca de las masas es hiperbólico, y no deja nunca de serlo, aunque lejos de las masas se aproxima mucho a la forma euclídea, o se puede describir como euclídeo, de la misma manera que si una esfera es muy grande, una muy pequeña superficie sobre ella, aunque sigue siendo esférica, se puede describir como plana, como euclídea.

Las masas no ”perturban ” el espacio, pues éste no existe sin ellas.  De la misma manera, las masas en sus movimientos no perturban el conjunto de espacio y tiempo, pues el tiempo no existe sin las masas. Sencillamente el espacio entre las masas es como es, y no es ”perturbado”.

Pues bien, el movimiento periódico de dos masas enormes hace cambiar la forma de los hiperboloides cerca de las mismas de manera similar a cómo una cama elástica formada por masas muy pesadas unidas entre sí por una superficie de caucho cambia de forma cuando esas masas se mueven de manera periódica.

La gravedad se extiende desde cualquier masa a distancias ilimitadas, pues decrece con la distancia de una forma muy suave, como la inversa del cuadrado de la distancia. Los cambios en las curvaturas del espacio, como los cambios en las curvaturas del caucho de la cama elástica, se extienden a todo el universo, y en particular los cambios en la curvatura del espacio producidos por el movimiento de dos agujeros negros, se extienden a todo el universo. Puesto que esos agujeros negros se mueven periódicamente, los cambios en la curvatura del espacio se extienden a cualquier distancia de ellos cambiando también en el tiempo.

Esos cambios en la curvatura del espacio, esas variaciones en la fuerza gravitatoria llegan a los espejos de los laboratorios LIGO en Washington y Louisiana, y son detectados mediante interferometría laser.

La geometría del espacio entre las masas, cerca y lejos de ellas y cómo se propagan los cambios periódicos de la curvatura de esa geometría cuando las masas se mueven están descritos mediante las ecuaciones de la Teoría General de la Relatividad de Einstein.  La teoría es correcta, salvo un punto, y eso lo sabía la comunidad de físicos desde 1915.

El punto es que en las ecuaciones aparece una constante cosmológica, Lambda, que no se puede determinar dentro de la misma teoría. Como otras muchas constantes de las ecuaciones de la física, hay que medirla.  Dependiendo de su valor, el universo puede expandirse sin límites, puede ser estático, o puede expandirse y contraerse a lo largo de miles de millones de años.

Y no sabemos cuál es el valor de esa constante. No la hemos podido medir.

La realidad es lo que he explicado aquí.  Lo que se lee en otros medios de comunicación, en artículos y libros de divulgación es enormemente confuso.

Se lee que las masas ”perturban” la ”fábrica del espacio tiempo”.  La frase carece de sentido. El espacio y el tiempo no tienen fábrica, como si fueran una tela llena de hilos.  Y la presencia de las masas no puede perturbar nada, pues sin ellas no hay ni espacio ni tiempo.

Otras expresiones sin sentido son las que se refieren a ”Antes del Big-Bang”, o los ”Primeros tres minutos del universo”. Si hubo Big-Bang, si lo hubo, pues nadie lo ha observado y su existencia solo es deducida, no pudo haber nada ”antes”, pues sin Big-Bang no existía el tiempo ni el espacio. Y mentras explotaba algo (”Bang!”) no había ni minutos, ni segundos, ni nada que se le pareciese.

Es lo mismo que cuando se habla de la ”rotura de la simetría”: Se dice que la partícula de Higgs crea las masas pues representa una ”rotura de simetría” del universo.  Pero sin masas no hay universo, aunque si hay ecuaciones en las mesas, pizarras y ordenadores de los matemáticos.  Si en esas ecuaciones, escritas sin masas, añadimos un término que las represente, la simetría de las ecuaciones, no de la naturaleza,  desaparece.

Pero las ecuaciones son construcciones matemáticas, y son nada más que un lenguaje simbólico para representar una parte (pequeña) de la naturaleza.

Yo puedo, ahora mismo, y sin más que una tiza, escribir una ecuación diferencial de 6º orden y 5º grado. La ecuación es perfectamente posible, y no viola ningún esquema matemático, pero no representa ningún fenómeno físico. De la misma manera, hay muchos fenómenos físicos, por ejemplo, el funcionamiento de los sistemas complejos, para los cuales aún no tenemos ecuaciones.

La física es una ciencia natural, basada en la observación y el experimento. Las matemáticas no lo son. Son un lenguaje simbólico y una herramienta que se utiliza en la física para tratar de entenderse a ella misma, pues física significa naturaleza; o en la economía para tratar de entender como se intercambia la riqueza entre unas personas y otras.

Los lectores lo pueden entender con facilidad: Una maravillosa descripción de una comida no es una comida. La visión de un beso en la pantalla de la televisión no es un beso. Las matematicas son una herramienta de descripción de la naturaleza. Galileo ye escribió: ”Las leyes de la naturaleza estan escritas en lenguaje matemático”. Lenguaje, no realidad.

Recordemos siempre esto.  Algunas ecuaciones se pueden escribir simétricas, y otras no. La naturaleza es la que es, y no la hubo simétrica primero y asimétrica después, entre otras cosas porque el tiempo solo se puede entender como asimetría, y no podemos hablar de antes y después si no existe tiempo.

Recordemos también que hubo Rayos N, superconductividad a temperatura ambiente y neutrinos más rápidos que la luz.  Cuando el experimento LIGO se recree por otros laboratorios independientes, y cuando podamos hacer interferir entre sí ondas gravitatorias, y observar como se difractan, podremos aceptar su existencia.

Mientras tanto, ¡enhorabuena a ese laboratorio LIGO por insistir en medir lo que otros se contentan en ver en una hoja de papel!

*Artículo originalmente publicado en el blog “El Porqué de las Cosas”

El Porqué de las Cosas es un proyecto divulgativo impulsado con la colaboración de Obra Social ‘la Caixa’.  Si quiere realizar cualquier consulta que tenga que ver con el conocimiento, envíe su pregunta a: ciencia@elmundo

**Antonio Ruiz de Elvira es Catedrático de Fí­sica Aplicada en la Universidad de Alcalá de Henares. Su investigación se centra en la Fí­sica del Clima y de la Atmósfera de la Tierra. Es autor de “Quemando el futuro: clima y cambio climático” (ed. Nivola).