pruebas de gravedad alternativa

En la galaxia NGC 1052 DF2, las estrellas se mueven a tan solo 8 kilómetros por segundo — como si no hubiera masa invisible alrededor. Para comparar: en nuestra Vía Láctea, las estrellas periféricas se aceleran hasta 200 kilómetros por segundo, retenidas por un masivo halo de materia oscura.

Un agujero negro no es eterno. Incluso en el vacío total, pierde energía lentamente: este proceso se conoce como radiación de Hawking. Los efectos cuánticos cerca del horizonte de sucesos crean pares de partículas, una de las cuales escapa, llevándose masa del agujero.

Un alfarero intenta medir el grosor de la pared de un cántaro, pero cada vez el instrumento le muestra, junto con el grosor, también la curvatura del recipiente.

Dos patinadores en un lago congelado hasta el horizonte. Están tan lejos que sus siluetas se han reducido a puntos, y su atracción mutua es casi un concepto teológico. Según los preceptos de Newton, deberían girar en un vals especulativamente lento. Pero los telescopios ven otra cosa.

Las ondas gravitacionales de la fusión de agujeros negros suenan como acordes graves, los púlsares marcan el ritmo y la radiación cósmica de fondo nos trae ecos del Big Bang. Pero hay un intérprete silencioso: la materia oscura, cuya presencia solo se revela por sus efectos gravitacionales.

La fusión de agujeros negros no es un golpe silencioso. El agujero recién nacido vibra y se amortigua, emitiendo ondas gravitacionales, ondas en el propio espacio. Esta señal se llama «tañido» (ringdown) y se parece al sonido de una campana que se apaga: tiene un tono fundamental y varios armónicos.

Un gran tanque subterráneo con xenón líquido espera un evento raro: el empujón de una partícula de materia oscura. Normalmente, la gravedad es demasiado débil para que ese empujón se note.

El universo a veces se parece a una olla de agua hirviendo. Con suficiente calor, el líquido se convierte en vapor: eso es una transición de fase. En el universo temprano también pudo ocurrir algo similar: un campo que llenaba el espacio cambió repentinamente de estado, como el agua que se convierte en gas.

Imagina una orquesta afinándose: los violines ascienden, es el familiar «chirrido» de las fusiones de agujeros negros en los detectores LIGO. Ahora imagina una marcha fúnebre: un sonido que desciende, como una sirena que se apaga. Exactamente ese es el sello de ondas gravitacionales que debería dejar un sistema donde una de las masas es negativa.

El temblor del espacio suena como una orquesta. Las ondas gravitacionales captadas por los detectores LIGO y Virgo cuentan sobre colisiones de agujeros negros. A veces, en la música se escuchan notas falsas: pequeñas desviaciones de la partitura de Einstein. Podrían susurrar sobre física nueva o simplemente sobre polvo en los arcos.

En una sala abarrotada donde giran parejas, a veces recorre una ola: unas parejas se separan, otras se forman, y el movimiento arrastra a todos. De manera similar se comporta una nube densa de neutrinos, las partículas más pequeñas que apenas interactúan con la materia.

Una orquesta lejana interpreta una sinfonía, pero la grabación está llena de interferencias. La melodía está escrita para dos instrumentos, pero del ruido parece emerger una tercera voz, suave y desconocida. Así escuchan los astrofísicos las ondas gravitacionales, tratando de captar las más mínimas desviaciones de las predicciones de Einstein.

La luz reflejada por el disco ardiente alrededor de un agujero negro puede revelar más sobre él de lo que creíamos. Cuando el disco emite calor, parte de esa luz se refleja de vuelta al disco y se dispersa, adquiriendo una distribución de energía inusual: como si al resplandor normal se le añadiera un nuevo componente similar a una ley de potencias.

Dos agujeros negros giran cada vez más rápido y se fusionan en uno solo. Esta danza sacude el propio espacio: desde el lugar del encuentro se expanden ondas, parecidas a los círculos que hace una piedra al caer al agua. A veces, en la fusión también surge un destello de luz.

Imagina la realidad como una fotografía sin revelar: antes de la medición, existe solo como una nube de probabilidades, una superposición de todos los estados posibles. Solo el acto de observar, como el revelado de una película, hace que la partícula adquiera propiedades concretas.

Las balanzas ultraprecisas que captan los mínimos cambios en la fuerza de gravedad funcionan como un oído fino: escuchan incluso el susurro de lejanas cavidades subterráneas o las vibraciones de la corteza terrestre. Pero estos dispositivos tienen un enemigo oculto: su propio reloj interno. El tiempo dentro del sensor también tiembla, y ese temblor emborrona la imagen.

La luz de galaxias lejanas atraviesa acumulaciones de materia, y la gravedad de estas acumulaciones desvía ligeramente su trayectoria, como una lente. Por cuánto se distorsionan las imágenes de las galaxias lejanas, se puede inferir la distribución de la materia y cómo la gravedad afecta a la luz.

Desde que Vera Rubin demostró de manera convincente por primera vez que las galaxias están rodeadas de materia invisible, la búsqueda de la naturaleza de la materia oscura sigue siendo uno de los principales objetivos de la física.

En un enorme espectrómetro en Karlsruhe, parecido a un gigantesco barril metálico, se capturan partículas que casi no se dejan atrapar. Los neutrinos son los fantasmas del micromundo: cada segundo, billones de estas partículas atraviesan tu cuerpo sin que lo notes. Pero tienen masa, y los científicos quieren medirla.

La masa curva el espacio-tiempo, como una piedra pesada que hunde el asfalto de una carretera. La luz, al pasar, rodea esa abolladura, su camino se alarga y se retrasa. Los astrónomos han observado este efecto Shapiro muchas veces cerca del Sol y los planetas. El nuevo plan propone reproducir el retraso en una mesa de laboratorio.

Todo objeto en el vacío cae con la misma aceleración: en esto se basa la gravedad de Einstein. Pero hasta ahora la regla solo se había probado con partículas de materia ordinaria. Ahora entra en juego el muonio: un átomo exótico donde el núcleo es un antimuón y la corteza es un electrón común.

Todos los cuerpos caen de la misma manera — lo notó Galileo. Einstein convirtió esta observación en el principio de equivalencia: la gravedad y la aceleración son indistinguibles, de lo cual nació el espacio-tiempo curvado.

Los rayos cósmicos —partículas con una energía monstruosa— viajan en la oscuridad del espacio intergaláctico. En una colisión frontal, su fuerza puede comprimirse en un agujero negro del tamaño de un átomo.

En 2022, los físicos observaron cómo la gravedad desplaza la fase de la onda de un solo átomo, el efecto Aharonov-Bohm para la gravedad. Este experimento se sumó a un largo debate: ¿hay que cuantizar la gravedad o permanecerá como un fondo clásico en el mundo cuántico?

Una esfera de silicio de 166 nanómetros de diámetro flota en el haz de un láser infrarrojo. La presión es inferior a 10⁻⁸ mbar, y la temperatura de movimiento ronda los 10 milikelvin. Esto es más frío que la radiación cósmica de fondo.

En el mundo cuántico, las partículas no tienen propiedades definidas hasta que se miden. El modelo oficial se niega a explicar qué se esconde detrás de esta incertidumbre. Pero la idea de que 'pilotos' invisibles gobiernan las partículas existe desde la década de 1920.