El gran lío de la teoría de cuerdas

Estoy leyendo un libro valiente, escrito por un gran físico que ama la ciencia y es un buscador nato. No todos los científicos son buscadores, la mayoría no lo son. El buscador nato está dirigido por la pasión de querer saber en qué consiste la verdad más esencial de su disciplina. Su amor por la ciencia le ha llevado a denunciar una situación preocupante que atañe a la famosa teoría de cuerdas. En los últimos casi treinta años esta teoría tan prometedora se ha llevado la mayoría de los recursos humanos que se dedican a investigar las teorías físicas sin obtener resultados concluyentes. Peor todavía, en el mundillo de la investigación en teoría de cuerdas existe una actitud gregaria y alejada de la crítica difícilmente compatible con la que se le supone a los científicos.

El libro ( The trouble with physics) se titula en español " Las dudas de la física en el siglo XXI". ¿Es la teoría de cuerdas un callejón sin salida?, y lo ha escrito Lee Smolin, nacido en Nueva York, en 1955, y doctor en física por la Universidad de Harvard. Ha sido profesor en las universidades de Yale, Syracus y Pennsylvania State antes de ayudar a fundar el Perimeter Institute de Física Teórica en Canadá, en el que trabaja desde 2001. Sus principales contribuciones en física han sido en el dominio de la gravedad cuántica.

Smolin en este libro denuncia, por ejemplo, que en Estados Unidos los teóricos que trabajan en temas de física fundamental que no se incluyen en la teoría de cuerdas apenas tienen oportunidades de hacer carrera en física. En los últimos quince años, en las universidades estadounidenses que se dedican a la investigación, se han nombrado tan sólo a tres profesores adjuntos cuyo trabajo en aspectos de gravedad cuántica no forman parte de la teoría de cuerdas, y estos tres nombramientos se hicieron en un único grupo de investigación. Además, la teoría de cuerdas, aun cuando desde el punto de vista científico presente graves problemas, ha conseguido triunfar en el mundo académico.

Para Lee Smolin, esta situación perjudica en gran manera a la ciencia, porque ahoga la investigación en otras direcciones, algunas de ellas muy prometedoras, y se pregunta ¿cómo es posible que la teoría de cuerdas, que ha sido investigada por más de mil físicos de entre los mejor formados y los más brillantes trabajando en las mejores condiciones, corra el peligro de fracasar?. En ella se trabaja con un estilo pragmático y duro que favorece el virtuosismo en el cálculo más que la reflexión sobre difíciles problemas conceptuales. Una manera profundamente diferente a como trabajaron los científicos revolucionarios de principios del siglo XX, cuyo trabajo surgió tras profundas reflexiones acerca de las cuestiones más elementales sobre el espacio, el tiempo y la materia y que entendían que su trabajo formaba parte de una tradición filosófica más amplia en la que se sentían como peces en el agua.


La tendencia actual que se sigue en el ámbito de la teoría de cuerdas puede tener trágicas consecuencias si la verdad se encuentra en una dirección que exige el replanteamiento radical del modo de entender nuestros conceptos fundamentales del espacio, el tiempo y el mundo cuántico. Smolin ha escrito un libro de denuncia, pero sobre todo ha escrito un libro de física en donde desde la perspectiva de un gran conocedor de esta disciplina, se da un repaso en profundidad de la situación actual, de donde venimos y hacia donde vamos. Se plantean los cinco grandes problemas de la física teórica, se habla en profundidad sobre la teoría de cuerdas y sobre gravedad cuántica, pero sobre todo nos explica lo que es y lo que no es la ciencia. Los cinco grandes problemas se enumeran de la siguiente forma:
Problema 1: combinar la teoría de la relatividad general y la teoría cuántica en una única teoría que pueda afirmar ser una teoría completa de la naturaleza.
Problema 2: resolver los problemas de los fundamentos de la mecánica cuántica, sea haciendo que la teoría tenga sentido en su formulación actual, sea inventando una nueva teoría que tenga sentido.
Problema 3: determinar si las diversas partículas e interacciones pueden unificarse en una teoría que las explique a todas como la manifestación de una única entidad fundamental.
Problema 4: explicar cómo determina la naturaleza los valores de las constantes libres del modelo estándar de la física de partículas.
Problema 5: explicar la materia oscura y la energía oscura. O, si no existen, determinar en que modo y por qué la gravedad se modifica a grandes escalas. Y, de manera más general, explicar por qué las constantes del modelo estándar de cosmología, entre ellas la energía oscura, tiene los valores que tienen.

A diferencia de la teoría de cuerdas, en el ámbito de la gravedad cuántica no hay teorías grandiosas, ni modas ni manías, tan sólo un pequeño grupo de excelentes investigadores trabajando duro en diversas ideas muy relacionadas entre sí. Aunque se está investigando en varias direcciones, también existen algunas ideas unificadoras que proporcionan a este campo de estudio una coherencia general. La idea principal unificadora resulta sencilla de enunciar:" No hay que empezar por el espacio, ni por nada que se mueva en el espacio". Hay que empezar por algo que sea mecánico-cuántico puro y que, en lugar de espacio, tenga algún tipo de estructura cuántica pura. Si la teoría es correcta, entonces el espacio debe emerger, representando algunas propiedades medias de la estructura, en el mismo sentido en que la temperatura emerge como una representación del movimiento medio de los átomos.

Biografía del calor

El primer hombre que habló del calor como una entidad física definida que puede medirse como la cantidad de agua o de aceite, fue un médico escocés llamado James Black (1728-1799). Consideraba el calor como cierto fluido que llamó "calórico", capaz de penetrar todos los cuerpos materiales aumentando su temperatura. Al mezclar un volumen de agua hirviendo con otro volumen igual de agua helada observó que la temperatura de la mezcla era, exactamente, la media entre las dos temperaturas iniciales. Su interpretación era que el exceso de "calórico" del agua hirviendo se había repartido por igual entre las dos partes. Definió la unidad de calor como la cantidad necesaria para elevar la temperatura de una libra de agua un grado Farenheit ( en el sistema métrico moderno se habla de "caloría" como la unidad de calor capaz de elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo).Además de la definición original de "caloría" introdujo la noción de capacidad calorífica y de calor latente.

La analogía entre calor y un fluido fue desarrollada todavía más por Sadi Carnot, que comparaba la máquina de vapor con una rueda hidráulica. De la misma forma que la caída del agua desde gran altura es capaz de empujar la rueda, suponía que el calor era un fluido que actuaba de forma semejante al pasar de un punto de mayor temperatura (caldera) a otro de menor temperatura (refrigerador).

Sin embargo el calor es movimiento, y esta idea se le ocurrió a un soldado profesional, Benjamin Thomson nacido en Massachussetts, y fue desarrollada por experimentos realizados en una fábrica de cañones. No estaba convencido de que el calor fuera una cierta sustancia semejante a todas las demás. La razón de sus dudas era el hecho de que el calor se produce de la nada, mediante la fricción como había comprobado en innumerables ocasiones en la fábrica de cañones, o como comprobamos en acciones tan cotidianas como la de frotarnos las manos. En su artículo en London PhilosophicalTransactions (1799) escribía:"¿Qué es el calor. No puede ser una sustancia material. Me parece difícil, si no absolutamente imposible, imaginarme que el calor sea otra cosa que aquello que en este experimento (perforación del cañón) estaba siendo suministrado continuamente al trozo de metal cuando el calor aparecía, a saber, movimiento."

Las ideas de Thomson fueron desarrolladas varias décadas después por el físico alemán Julius Robert Mayer en su artículo "Observaciones sobre las fuerzas de la naturaleza inanimada, publicado en 1842. Mayer dispuso un experimento en una fábrica de papel donde la pulpa contenida en una gran caldera era removida por un mecanismo movido por un caballo.Pero quien, finalmente, llegó a medir el equivalente mecánico del calor por un método parecido fue el inglés James Prescott Joule. Joule estableció que hay una proporcionalidad directa entre el trabajo realizado y el calor producido. En 1843, al anunciar el resultado de sus estudios, escribía: "El trabajo realizado por un peso de una libra que desciende 772 pies en Manchester, elevará la temperatura de una libra de agua en un grado Farenheit". Esta es la cifra que, expresada en estas u otras unidades, se usa ahora universalmente siempre que se ha de traducir la energía térmica en energía mecánica o viceversa.

Incluso una idea equivocada, el pensar que el calor era una sustancia fluida capaz de atravesar todos los cuerpos, fue útil en su tiempo y dio lugar a una interpretación intuitiva y muy interesante sobre el funcionamiento de la máquina de vapor. Pero fue el experimento, la capacidad de contrastar las ideas con la realidad, lo que le dio la clave a Thomson de que el calor no era una sustancia, una clase de fluido, sino movimiento. Joule, finalmente, encontró la relación exacta entre el calor y la energía mecánica que lo genera. A partir de ahí, en la segunda mitad del siglo XIX, comenzó el estudio de la comprensión de las leyes que permiten transformar la energía mecánica en calorífica y viceversa por científicos tan relevantes como el físico alemán Rudolph Clausius y el inglés Lord Kelvin. Finalmente quedaron establecidas la primera y la segunda ley de la termodinámica, o estudio de la circulación de la energía calorífica y de cómo produce movimiento.

Del clásico de la divulgación: "Biografía de la física", de George Gamow. Biblioteca General Salvat.







En memoria de Francisca Miquel Silla, me consta que fui más hijo que yerno para ella, y ella fue más madre que suegra para mi. Descanse en paz.

Ortega y la técnica

"La técnica moderna se ha convertido en una nueva naturaleza de la cual dependemos tan absolutamente que no sólo no podemos ya vivir sin ella, sino que tendemos a tomarla como un hecho natural o evidente en el mismo". Ortega y Gasset

"La meditación y la técnica", de Ortega y Gasset (Revista de Occidente, Madrid) , fue publicada originalmente como una serie de artículos aparecidos en el diario argentino La Nación a lo largo del año 1935, y constituye uno de los mejores ensayos en lengua española del siglo XX. Supone, además, una brillante contribución no sólo a la aclaración conceptual del fenómeno de la técnica, sino a la comprensión de su propia evolución histórica y de los aspectos y consecuencias más relevantes del tecnicismo moderno.

En este ensayo, Ortega plantea, en primer lugar, que la técnica no es sino reforma de la naturaleza, " de esta naturaleza que nos hace necesitados y menesterosos". De esta manera, la técnica crea una nueva naturaleza, una sobre-naturaleza que ha de verse como la expresión suprema de la relación siempre mediata del ser humano en su entorno: por una parte, la técnica deriva de una serie de necesidades que contribuye a satisfacer; pero, como actividad específicamente humana, su mayor condición de posibilidad radica justamente en el hecho de que el ser humano es el único capaz de una renuncia temporal a la satisfacción inmediata de sus instintos.

La técnica, en consecuencia, no es un fenómeno inteligible en términos estrictamente biológicos, ya que, en realidad no supone una adaptación del sujeto al medio, sino, inversamente, la adaptación del medio al sujeto. En este sentido, Ortega subraya que las necesidades humanas van siempre más allá de las pulsiones biológicas, e incluyen tanto lo objetivamente necesario como lo supérfluo. La vida humana, de hecho, siempre aspira al bienestar, a la vida buena, que constituye así "la necesidad de las necesidades"; ser humano, técnica y bienestar son, en última instancia, sinónimos.

Pero, como las ideas y espectativas alrededor de la vida buena varían histórica y socialmente, la orientación de la técnica también se transforma con ellas. Desde el punto de vista de Ortega, por tanto, no hay una técnica en si, sino una pluralidad de técnicas que se corresponden con las diferentes concepciones del bienestar. De esto se deduce, por una parte, que la idea del progreso es intrínsecamente errónea (asume que el ser humano ha deseado siempre lo mismo), pero, también, que una determinación de la naturaleza de la acción técnica tan solo puede obtenerse desde una perspectiva externa a ella misma. Para Ortega, esta relatividad del hecho técnico se explica por los imperativos de la razón vital y por la particular constitución antropológica del ser humano, una especie de centauro ontológico; parte de la naturaleza y extranatural a la vez, el ser humano es biología y biografía, animal y programa, esbozo, proyecto. Por este motivo, la naturaleza es para él circunstancia, es decir, " el puro sistema de facilidades y dificultades con el que se encuentra el hombre programático". Y, aligerándolo, del esfuerzo que supone la satisfacción de sus necesidades, la técnica será justamente la encargada de ayudarlo en el desarrollo de su proyecto vital.

La naturalización de la técnica ha conducido a una nueva manera de primitivismo por virtud del cual el hombre moderno se encuentra en manos de la técnica en el mismo grado en que el primitivo lo estaba respecto a la naturaleza.
Pero el tecnicismo moderno ha forjado una emancipación de la técnica que ha acabado entronizandola como un fin en si mismo. En consecuencia, el ser humano ha olvidado que en un principio fueron justamente sus ideas alrededor de una vida mejor las que animaron los avances de la técnica. Este olvido ha de verse como una expresión más de la esclerosis de las ideas y de la atrofia de fines y deseos características de la modernidad:
"Quizás la enfermedad básica de nuestro tiempo es la crisis del deseo, y por eso parece que toda la fabulosa potencialidad de la técnica no nos sirve de nada".

Gracias a la revista Mètode ( Universitat de València) y a Enric J. Novella.

Ser o no ser, el peligro de la tecnología

Nuestra sociedad técnica puede colapsar de muchas maneras: la guerra total, con uso de armas nucleares, bioógicas o químicas es una forma obvia. Otra alternativa es que la sobreindustrialización produzca un nivel insoportable de polución y de deterioro geológico que asfixiaría la tecnología con sus propios productos. La destrucción del orden social bajo las tensiones crecientes debidas a la distribución desigual de la riqueza y de las materias primas, la sobrepoblación y la escasez de alimentos sería otro camino. El problema es que un alto nivel de tecnología requiere una organización social compleja y cada vez más sofisticada para sostenerlo. Se vuelve entonces extremadamente vulnerable a las inestabilidades y desafectación por parte de grupos minoritarios. Esto ha sido demostrado dramáticamente en los últimos años por las tácticas de grupos terroristas que pueden producir la destrucción por el simple acto de capturar un avión (11-S) o volar un oleoducto vital. Si esta experiencia es típica de las sociedades tecnológicas, podría ser que, a pesar de ser la vida abundante en todo el Universo, la tecnología fuera muy poco abundante. Mientras que la inteligencia nos ofrece una alta probabilidad de supervivencia, la tecnología (asociada a factores sociales ) puede ser contraproducente para la propia supervivencia.

Este difícil problema es precisamente sobre el que gira toda la cuestión de las comunidades extraterrestres inteligentes, por la causa siguiente. Si los pesimistas tienen razón y estamos a punto de destruir la raza humana mediante alguna de las técnicas descritas, entonces, nuestra era tecnológica habría durado unas cuantas décadas. Si este es el número típico, la duración de las comunidades tecnológicas es, en promedio, igual a su ritmo de aparición en la galaxia. Esto significa que, en promedio, sólo existe una de estas comunidades tecnológicas en la galaxia en un momento dado y, en el momento actual, somos esta comunidad única. Estaríamos solos en la galaxia, la civilización técnicamente más avanzada, a punto de alcanzar el final de su vida. Muchos más millones seguirán, al desarrollarse la inteligencia en las formas de vida de otros planetas, luego la organización social y finalmente la mortífera tecnología que las conduce inmediatamente a su desaparición. Millones de sociedades tienen que haber existido antes que nosotros, algunas de ellas tal vez especulando de la misma forma sobre el destino de sus vecinos galácticos en el espacio y en el tiempo, pero impotentes para avisar del peligro, sabiendo que la misma tecnología que podría detectar cualquier señal, implicaría necesariamente que se habría alcanzado el borde de la destrucción.

Hay, por supuesto, otra posibilidad más optimista. Puede que una fracción de las comunidades eviten el suicidio tecnológico. Tal vez algunas alcanzan una organización social suficiente para escapar de la destrucción en masa, podría ser incluso que nosotros fuéramos unos de los supervivientes. Si se consigue superar el período peligroso de alta tecnología coincidiendo con una conducta social baja, las comunidades tecnológicas pueden durar millones o incluso miles de millones de años, estando su duración controlada por catástrofes cósmicas naturales en lugar de sociopolíticas.


El Sol es una estrella típica con una edad de cinco mil millones de años. Existen millones de estrellas en la galaxia con el doble de años de edad. No conocemos el tiempo medio transcurrido entre la formación de una estrella y la aparición de una comunidad tecnológica en un planeta asociado, pero no hay ninguna razón para pensar que la Tierra sea un caso atípico. Cuatro o cinco mil millones de años es la mejor suposición que podemos hacer en ausencia de toda información sobre otras comunidades a parte de la nuestra. Incluso si sólo un uno por ciento de ellas sobreviven la fase tecnológica, la imagen queda totalmente transformada. Por el mismo procedimiento que antes llegábamos a la conclusión de que el número de comunidades técnicas en la galaxía en este momento puede ser de varios millones.

Nuestra propia situación es curiosa. En lugar de ser la civilización técnica más avanzada, y la única, de la galaxia, seríamos, con mucho, la más joven. La razón es sencilla: la posibilidad de que muchas comunidades alcancen nuestro nivel de tecnología justo al mismo tiempo es infinitésima. La mayoría deben haber existido durante mile, millones o incluso un número mayor de años. En pocas palabras, si no estamos solos en el Universo, los demás son seres superiores. Según este análisis existen dos alternativas: o bien estamos solos en la galaxia o, por el contrario, si las comunidades técnicas son comunes, somos la más joven. Esta es una conclusión profunda, que podría muy bien afectar nuestra actitud intelectual sobre la posición de la humanidad en el Universo.

Esta reflexión, que nos puede parecer tan actual, tiene la friolera de treinta años. Pertenece al libro "El Universo desbocado", un clásico de la divulgación que debemos al profesor Paul Davies. Biblioteca Científica Salvat.

El destino final de las estrellas

En la primera mitad del siglo XX dos jóvenes e inexpertos físicos, uno indio Subrahmanyan Chandrasekhar y otro norteamericano Robert Oppenheimer, nos abrieron el camino para entender el destino final de las estrellas, de la mano del principio de exclusión de Pauli y de la relatividad general de Einstein. En muchas ocasiones es la frescura de los jóvenes talentos la que abre las puertas de un conocimiento que eminencias, mucho más experimentadas, se empeñan en cerrar.

Formación de una estrella:


Una estrella se forma cuando una gran cantidad de gas, fundamentalmente hidrógeno, empieza a colapsar sobre sí mismo debido a su atracción gravitatoria. A medida que el gas se contrae, los átomos colisionan entre sí cada vez con más frecuencia y a velocidades cada vez mayores por lo que el gas se calienta. Con el tiempo estará tan caliente que cuando los átomos de hidrógeno colisionen ya no rebotarán unos en otros, sino que en su lugar se fusionarán para formar átomos de helio. El calor liberado en esta reacción, que es similar a una bomba de hidrógeno controlada, es lo que hace que brillen las estrellas. Este calor incrementa la presión del gas hasta que es capaz de contrarrestar la atracción gravitatoria, y el gas deja de contraerse, manteniéndose en equilibrio mientras quede combustible nuclear.

Lo curioso es que cuanto más combustible tiene la estrella inicialmente, antes se agota, pues debe estar más caliente para equilibrar su atracción gravitatoria que es mayor por ser tener más masa (la masa es practicamente todo su combustible nuclear). Y cuanto más caliente esté, con más rapidez consumirá su combustible. Cuando la estrella agote su combustible, empezará a enfriarse, y con ello a contraerse. Hasta finales de la década de 1920 no se empezó a entender lo que ocurriría a partir de entonces.

Subrahmanyan Chandrasekhar:

Como ocurre en muchas ocasiones tiene que aparecer un joven e inexperto talento para abrir un nuevo camino hacia la solución del problema. En nuestro caso fue un estudiante de licenciatura indio llamado Subrahmanyan Chandrasekhar, que en 1928 partió en barco hacia Inglatella para estudiar en Cambridge con el astrónomo británico sir Arthur Eddington, además experto en relatividad general. Precisamente, durante su viaje desde la India, Chandrasekhar calculó qué tamaño podría tener una estrella y seguir manteniéndose contra su propia gravedad una vez que hubiese consumido todo su combustible.

La cuestión era por una parte la fuerza gravitatoria, que tiende a colapsar a la estrella bajo su propio peso, y por otra la repulsión que puede proporcionar el principio de exclusión de Pauli, que dice que dos partículas materiales no pueden tener la misma posición y la misma velocidad. Cuando la fuerza gravitatoria tiende a apretujar a las partículas materiales en un mismo punto (singularidad), el principio de exclusión lo impide. Pero Chandrasekhar advirtió un límite para la repulsión de este principio, basándose en la teoría de la relatividad, y calculó que una estrella fría con una masa de aproximadamente una vez y media la masa del Sol no podría mantenerse contra su propia gravedad. Esta masa se conoce como el límite de Chandrasekhar.

Consecuencias para el destino final de las estrellas:


Si la masa de una estrella es menor que el límite, con el tiempo puede dejar de contraerse y se asentará en un posible estado final como una enana blanca con un radio de unos pocos miles de kilómetros y una densidad de cientos de toneladas por centímetro cúbico. Se pueden observar un gran número de dichas estrellas, una de ellas es la que orbita en torno a Sirio, la estrella más brillante en el cielo nocturno.


Otro posible estado final para una estrella cercana a la masa crítica, pero mucho más pequeña incluso que la enana blanca, son las llamadas estrellas de neutrones, que se mantendrían por la repulsión derivada del principio de exclusión entre neutrones y protones.

En las estrellas con masas superiores al límite, Chandrasekhar había demostrado que el principio de exclusión de Pauli no podía detener el colapso gravitatorio (agujero negro), pero en aquel momento tanto a Eddington como al propio Einstein les horrorizaban las consecuencias que se deducían de aquello: una estrella colapsada hasta quedar reducida a un punto.

Robert Oppenheimer:

Fue otro joven, el norteamericano Robert Oppenheimer, el primero en entender en 1939 lo que ocurriría en el momento del colapso, según la relatividad general:

Cuando la estrella se contrae, el campo gravitatorio en su superficie se hace más intenso y la luz se curva más hacia dentro. Esto hace más difícil que la luz de la estrella escape, y parece cada vez más ténue y más roja para un observador distante. Cuando el campo gravitatorio se hace tan intenso que curva hacia dentro los rayos de luz, esta ya no puede escapar, y según la teoría de la relatividad, nada puede viajar más rápido que la luz, por lo que todo es retenido por el campo gravitatorio. De este modo, hay un conjunto de sucesos, una región del espacio-tiempo, de la que no es posible escapar. Esta región es lo que llamamos un agujero negro, y su frontera se denomina el horizonte de sucesos.


Entre 1965 y 1979, Roger Penrose y Stephen Hawking demostraron que, según la relatividad general, debe haber una singularidad de densidad infinita dentro de un agujero negro. Algo muy parecido al Big Bang en el comienzo del tiempo, salvo que ahora habría un final del tiempo para toda la materia que colapsa en el agujero. En la singularidad, las leyes de la ciencia y nuestra capacidad para predecir el futuro dejarían de ser válidas.






Stephen Hawking. " La teoría del todo", El origen y el destino del Universo. Debate. Barcelona, 2007.

La radiación de agujero negro o de Hawking

Por su propia definición los agujeros negros son objetos que se supone que no emiten nada, y durante mucho tiempo científicos de la talla de Stephen Hawking se resistieron a pensar que de ellos pudiera salir cualquier tipo de radiación. Sin embargo el hecho de que el propio Hawking descubriera que el área del horizonte de sucesos de un agujero negro aumentaba cada vez que caía materia, sugirió a un estudiante de investigación en Princeton, llamado Jacob Bekenstein, que dicha área era una medida de la entropía del agujero negro.

Esto impediría que los agujeros negros violaran la segunda ley de la termodinámica, el aumento de entropía o desorden, pero si se admitía que un agujero negro tiene entropía también debería tener una temperatura y y por tanto emitir cierta radiación. La cuestión de la entropía no era vana, pues un agujero negro del que no salga nada, ni presente al exterior ninguna manifestación cuando engulle materia con mucha entropía sugiere una forma demasiado fácil de disminuir la entropía de la materia exterior al mismo. Conforme arrojáramos al agujero materia con gran entropía haríamos disminuir la entropía exterior.

Los primeros cálculos que parecían demostrar que los agujeros negros eran capaces de emitir ciertas radiaciones los efectuaron dos físicos soviéticos, Yakov Zeldovich y Alexander Starobinski al principio de los años setenta. Pero su cálculo se refería a agujeros negros en rotación. Ellos convencieron a Hawking de que, según el principio de incertidumbre mecanocuántico, los agujeros negros en rotación deberían crear y emitir partículas. Hawking mediante un tratamiento matemático mejorado descubrió que no sólo debían emitir partículas los agujeros en rotación sino todos. Lo que le convenció de que la emisión era real fue que el espectro de las partículas emitidas era exactamente el que sería emitido por un cuerpo caliente (aquí, caliente es considerada la temperatura superior al cero absoluto ó 273,15 grados centígrados bajo cero).

Todos los cálculos posteriores que se han hecho confirman que un agujero negro debe emitir partículas y radiación como si fuera un cuerpo caliente con una temperatura que depende solo de la masa del agujero negro: Cuanto mayor es la masa, menor es la temperatura. El origen de esa emisión son las fluctuaciones cuánticas del vacío, pares de partículas que aparecen juntas en cierto instante, se separan y luego se juntan de nuevo y se aniquilan mútuamente. Estas partículas se denominan virtuales y por la conservación de la energía, una de las componentes de un par tendrá energía positiva y la otra negativa. Si la partícula con energía negativa cae en el agujero su compañera con energía positiva tiene la posibilidad de escapar del agujero como una partícula real. Para un observador exterior parecerá haber sido emitida desde el agujero negro.

Cuanto menor es la masa de un agujero negro, más alta es su temperatura, por tanto, a medida que el agujero negro pierde masa, su temperatura y el ritmo de emisión aumentan y con ello pierde masa con mayor rapidez. Se supone que cuando su masa se reduce lo suficiente el agujero negro desaparecerá en un tremendo estallido final de emisión que podría ser equivalente a la explosión de millones de bombas H.

Conforme más sabemos de estas exóticas criaturas estelares, más nos sorprenden. Hemos descubierto que emiten radiación (llamada de Hawking) y no son tan negros como nos los pintaban; que el área de su horizonte de sucesos nos mide toda su entropía y nos delata la magnitud del desorden exterior que ha devorado, y que mueren en medio de un estallido de energía brutal. Parecía que nos lo querían esconder todo, y, sin embargo, nos cuentan cosas que sin ellos nunca habríamos sabido sobre el propio nacimiento del Universo y de su final, pues sus propiedades llevan años alumbrando la dirección que debemos tomar para descubrir la futura teoría de la gravedad cuántica: la llave del pasado y del futuro del Universo.

Lo que la teoría de la relatividad general hizo por la geometría del espacio

Algunos de los descubrimientos de Einstein fueron tan radicales que incluso ahora un gran número de físicos teóricos no los aprecian en su plenitud, en especial la comprensión del espacio y el tiempo en el marco de la relatividad general conseguida por este gran físico.


La lección más importante de la relatividad general nos enseña que la geometría del espacio no es estática, sino que evoluciona de forma dinámica y cambia en el tiempo mientras la materia se mueve. Existen incluso unas ondas, las ondas gravitatorias, que se desplazan por la geometría del espacio. Hasta Eisntein, las leyes de la geometría euclidiana que aprendíamos en el colegio se consideraban leyes eternas: era cierto y lo sería siempre que los ángulos de un triángulo sumaran 180 grados. Ahora bien, en la relatividad general los ángulos de un triángulo pueden sumar cualquier cosa porque la geometría del espacio puede curvarse.

Esto no significa que exista alguna otra geometría fija, diferente a la que conocemos, que caracterice el espacio; el espacio es como esfera o una hipérbola, y no un plano. La geometría puede ser cualquier cosa, porque evoluciona en el tiempo en respuesta a la materia y a la fuerza. En lugar de una ley que exponga lo que es la geometría, existe otra que gobierna el modo en el que la geometría se modifica, exactamente igual que las leyes de Newton nos dicen no dónde están los objetos sino, al especificar cuáles son los efectos de la fuerza sobre su movimiento, como se desplazan.

Todo esto significa que las leyes de la naturaleza deben expresarse en una forma que no suponga que el espacio tiene una geometría estática. Éste es el núcleo de la lección de Einstein, la "independencia del fondo". El principio afirma que las leyes de la naturaleza se pueden especificar en su totalidad sin suposiciones previas sobre la geometría del espacio. El espacio y el tiempo surgen a partir de las leyes, en lugar de configurar el escenario en el que ocurren las cosas.


Otro aspecto de la independencia del fondo es que no existe un tiempo preferido. La relatividad general describe la historia del mundo, sobre todo, según los acontecimientos y sus relaciones, y en ella no existe una manera preferida de medir el tiempo. Cualquier tipo de reloj sirve, mientras muestre que las causas preceden a los efectos, pero puesto que la definición del espacio depende del tiempo, existen tantas definiciones del espacio como definiciones existen del tiempo. Todo esto forma parte de la compleja belleza de la teoría general de la relatividad de Einstein. Las ecuaciones de esta teoría nos explican el modo en el que la geometría del espacio evoluciona en el tiempo, no sólo para una sino para cualquier posible definición del tiempo.

Existen otros aspectos de la naturaleza que están fijos en las expresiones habituales de la física, aunque talvez no debiera ser así. Por ejemplo, el que existan tan sólo tres dimensiones espaciales. ¿Sería posible una teoría más profunda según la cual no tengamos que hacer suposiciones previas acerca del número de dimensiones espaciales?.Si pudiéramos crear esta teoría, tal vez explicara por qué nuestro Univeerso tiene tres dimensiones, lo que representaría un progreso, puesto que algo que antes nos limitábamos a suponer quedaría al fin explicado.


Todas estas ideas, en sus términos más generales, suponen para nosotros un fragmento de sabiduría a propósito de cómo hacer física: proponer teorías mejores que, al permitir que las cosas evolucionen según alguna nueva ley, expliquen aquello que sólo suponíamos. Esto es precisamente lo que la teoría general de la relatividad hizo por la geometría del espacio.

Gracias a Lee Smolin y a su estupendo libro " Las dudas de la física en el siglo XXI"( ¿Es la teoría de cuerdas un callejon sin salida?), de la Editorial Crítica, Madrid (2007).