carga escalar

Una tetera hirviendo en la estufa se evapora por completo con el tiempo; así, según las ideas clásicas, un agujero negro debería desaparecer gradualmente entre silbidos de radiación. Pero, ¿y si le añadimos un ingrediente especial a la tetera?

Una balanza que no pesa un cuerpo, sino el propio espacio que lo rodea. Así funcionan las ecuaciones de Einstein en la relatividad general: conectan la curvatura del espacio-tiempo con lo que hay en él. En el lado derecho de la ecuación —donde está la «materia»— se suele poner o bien la densidad de energía, o bien la presión.

Un agujero negro no es una aspiradora. Por sí mismo, no atrae todo con más fuerza que una estrella ordinaria de la misma masa. Pero si cerca de él hay un campo magnético y alrededor vuelan partículas cargadas, comienza un juego interesante.

En el núcleo atómico, los protones y los neutrones están tan densamente empaquetados que entre ellos actúan fuerzas que recuerdan a resortes tensados. Unos resortes se comprimen y se estiran por igual en todas las direcciones: son las fuerzas centrales habituales.

Dos casas con fachadas idénticas. Ventanas, puertas, color de las paredes: todo coincide. Pero por dentro, una está vacía y la otra rebosa vida. ¿Cómo saberlo sin entrar? En el espacio hay un problema similar: un agujero negro y un gravastar se ven igual por fuera, pero están construidos de manera diferente.

La luz que viene de lejos rodea un agujero negro como un ciclista toma una curva cerrada. Un poco más cerca, y ya está dando vueltas en una esfera invisible de fotones. Esa esfera existe en todo agujero negro, pero normalmente es inestable: el más mínimo empujón y la luz escapa o cae hacia adentro.

Un péndulo en una habitación ruidosa recibe constantemente empujones de la gente que pasa. Su movimiento es una mezcla de oscilaciones regulares y sacudidas aleatorias. Algo similar les sucede a las débiles ondas gravitacionales en el contexto de un universo en expansión.

Por lo general, un agujero negro se describe como una imagen congelada: hay masa, hay carga, y todo eso está inmóvil. Pero los objetos reales viven en el tiempo. Emiten radiación, pierden energía, cambian.

En el centro de muchas galaxias dormitan agujeros negros supermasivos, rodeados de discos de acreción y la actividad de núcleos galácticos activos. Cuando un objeto compacto orbita a su alrededor —por ejemplo, un agujero negro de masa estelar—, nace un dúo gravitacional.

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.

La explosión de una lejana supernova nos contó algo difícil de creer: el mundo se expande cada vez más rápido. El motor de esta aceleración es la energía oscura, casi el 70% de todo lo que existe.

Un agujero de gusano es un túnel que conecta dos regiones distantes del universo. Si tal agujero existiera y fuera transitable, una partícula en su interior sentiría no solo la gravedad, sino también una fuerza debida a su propio campo eléctrico. Esta fuerza depende de cómo se curva el espacio-tiempo alrededor.

Cuando los cuerpos masivos se mueven con aceleración —por ejemplo, dos estrellas que giran una alrededor de la otra—, el espacio que los rodea no permanece en calma. Tiembla, como la superficie de un estanque cuando se lanza una piedra. Estas vibraciones se denominan ondas gravitacionales. Transportan energía hacia afuera y la fuente pierde masa gradualmente.

Una pila ordenada de capas atómicas descansa sobre un sustrato. Desde arriba incide un haz invisible de luz terahercio, y desde un lado se aplica un campo magnético. Al reflejarse, el haz gira ligeramente su polarización.

El Sol no es solo una fuente de luz, sino un laboratorio gigante donde nacen partículas fantasma. Cada segundo, miles de millones de neutrinos atraviesan tu cuerpo sin apenas notarlo. Pero dentro del Sol, estas partículas se comportan de otra manera: cambian de tipo sobre la marcha, como un actor que interpreta tres papeles en una misma obra.

Las interferencias cuánticas, como el siseo de una radio mal sintonizada, llenaban el Universo primitivo. Alan Guth demostró que la rapidísima expansión (inflación) hizo que estas ondulaciones se congelaran, generando grumos de materia, las semillas de las galaxias.

Un globo inflable primero se expande lentamente y luego, de repente, cada vez más rápido, como si alguien lo inflara desde dentro. Más o menos así se comporta nuestro universo: las galaxias se alejan unas de otras con aceleración. La culpable de esta aceleración se llama energía oscura.

Inmediatamente después del Big Bang, el espacio se infló a una velocidad inimaginable: eso es la inflación. Ahora, la expansión se ha ralentizado, pero las galaxias se alejan cada vez más rápido. A la culpable de la aceleración se le llamó energía oscura.

En los años 1920, Edwin Hubble notó que las galaxias se alejan — así se descubrió la expansión del Universo.

Sobre la mesa hay un vaso de agua. Para cada molécula, todas las direcciones son equivalentes: no distingue el norte del sur. Esto es simetría. Pero si se congela el agua, las moléculas se alinean en una red de hielo y la simetría se rompe: aparece una dirección privilegiada. El mundo cuántico sabe romper la simetría de manera más astuta.

La palma de la mano sobre una placa caliente siente el calor, incluso cuando el aire alrededor parece fresco. Algo similar ocurre con los electrones en el efecto Aharonov-Bohm: la partícula percibe el voltaje eléctrico, aunque entra en una región donde el campo ya está apagado.

Si echas un cubito de hielo en un vaso de agua, flotará hasta que se derrita. Pero si enfrías el agua lentamente, en algún momento se congela toda de golpe: es una transición de fase de primer orden, abrupta, con un límite bien definido. Y hay otra forma: al calentar un imán, este pierde sus propiedades no de un salto, sino gradualmente, sin un umbral visible.

Una piedra lanzada a un estanque genera ondas que se extienden lejos. Pero si la lanzas a una gelatina espesa, las ondas se apagan casi de inmediato. Algo parecido le ocurre a un campo gravitatorio adicional según la descripción matemática que usemos.

Si tomas dos bolas pesadas y las separas un metro, se atraen con una fuerza que se debilita cuatro veces al duplicar la distancia. Esta ley la descubrió Newton y funciona en una habitación, en el sistema solar, en una galaxia.

En los primeros instantes, el universo se expandió más rápido de lo que la luz podía cruzarlo. Este proceso, la inflación, dejó tras de sí ondas: diminutas inhomogeneidades de densidad a partir de las cuales crecieron las galaxias.

En las oscuras profundidades del cosmos se esconde una materia invisible. No brilla, pero su atracción mantiene unidas a las galaxias. Por lo general, se considera que la materia oscura obedece las mismas leyes de la gravedad que las mesas y las sillas.

Una piedra sobre la mesa no se moverá sin una patada. ¿De dónde sale esa terquedad? La idea de que toda la materia del universo es la responsable se planteó hace más de un siglo. Ahora se ha formalizado en una teoría rigurosa.