Article:

TdC: Forats negres; el costat fosc de la força - Pau Figueras i Barnera

12-10-2015 Josep Lluís Díez

Pau Figueras i Barnera. School of Mathematical Sciences, Queen Mary, Universitat de Londres i DAMTP, Universitat de Cambridge, UK.

Pau Figueras, físic olotí que va fer la seva tesi doctoral a la universitat de Barcelona i que ara investiga al Regne Unit, va ser el convidat a la primera Tarda de Ciència del curs. Durant més d'una hora i amb la sala plena, el Dr. Figueras ens va parlar dels forats negres i ens va mostrar les evidències experimentals de la seva existència. No van faltar exemples i referències a «la força», que van fer més entenedora la seva exposició.

Va començar citant paraules del físic indi Chandrasekhar per qui «els forats negres, els objectes macroscòpics més perfectes de l'univers, estan fets simplement dels nostres conceptes d'espai i temps». Va donar a continuació una definició: un forat negre és una regió de l'espai-temps on la gravetat és tan intensa que res no pot escapar-se, ni tan sols la llum. Ja que l'espai-temps és un concepte de la teoria de la relativitat, Pau Figueres va fer una introducció a aquesta teoria, en les seves dues vessants especial i general, per continuar parlant després dels forats negres i de les seves pròpies experiències amb ells.

L'espai i el temps van deixar de ser el què eren, des de que Albert Einstein va presentar la teoria de la relativitat. Fa justament 100 anys, Einstein va presentar la relativitat general i, deu anys abans, el 1905, havia presentat la relativitat especial, en la que van quedar definits ambdós conceptes, inclosos dins del concepte més general d'espai-temps. Dos observadors movent-se amb velocitats diferents tenen diferents conceptes d'espai i de temps, ja que aquests són relatius, però com que les lleis de la física són universals, la distància amb la que es mouen a l'espai-temps, és universal, així com ho és també la velocitat de la llum. La ben comprovada dilatació temporal dels muons (partícules elementals) en el seu viatge des de l'alta atmosfera fins al detector a la superfície de la Terra, va ser una de les justificacions experimentals que va donar Pau Figueras de la teoria de la relativitat.

La relativitat general ens porta un altre concepte nou, la curvatura de l'espai-temps. Les lleis de Newton expliquen que un cos en caiguda lliure a prop de la superfície de la Terra s'accelera per estar sotmès a la força de la gravetat. La relativitat general ens dona una altra explicació. Ens indica que segueix el camí més curt en l'espai-temps corbat i la seva trajectòria ja no és una recta. L'espaitemps és dinàmic i la matèria el corba, interpretant la força de la gravetat com una conseqüència de la curvatura de l'espai-temps. Fent un resum, diu en Pau Figueras que «la matèria li diu a la geometria com s'ha de corbar i la geometria li diu a la matèria com s'ha de moure».

Després d'aclarir els conceptes de relativitat, va tornar als forats negres. Com més massiva és una estrella, més gran és la curvatura que produeix a l'espai-temps i, si comprimim la matèria en un volum prou petit, inevitablement es forma un forat negre, en el centre del qual hi ha una curvatura infinita, una singularitat, on ja no són vàlides les lleis de la física. El forat negre té una frontera que és «l'horitzó d'esdeveniments», superfície on la gravetat és tan intensa com per atrapar fins i tot la llum i no deixar-la escapar. Quan un cos traspassa aquesta frontera queda «seduït per el costat fosc de la força» i es destruït en xocar amb la singularitat.

Però de veritat existeixen els forats negres, es pregunta Pau Figueras? Estrelles amb una massa prou gran, quan exhaureixen el combustible nuclear, inevitablement col·lapsen i formen un forat negre. Al centre de les galàxies hi ha un forat negre supermassiu, d'entre un milió i mil milions de vegades la massa del Sol. S'ha pogut comprovar l'existència dels forats negres indirectament, per exemple quan formen un sistema binari amb una estrella, observant els moviments de l'estrella, o quan es veu com el forat negre absorbeix el gas de l'estrella.

També podem «escoltar» els forats negres. En Pau Figueras anomena «escoltar» a observar els efectes de les ones gravitacionals, que són les vibracions de l'espai temps que emeten dos cossos que orbiten l'un al voltant de l'altre. Això és justament en el que consisteix el seu treball actual. Resolent les equacions d'Einstein numèricament, es poden calcular aquestes ones i tractar d'observar-les, tot i que és difícil. L'observatori LIGO, als Estats Units, intenta observar, per interferometria, una variació de longitud de l'ordre del diàmetre d'un protó, respecte una longitud de 4 km. Tot i les dificultats, Pau Figueras es mostra esperançat que en un futur proper es puguin detectar aquestes ones, que permetran entendre una mica més els forats negres i fer avançar una de les grans teories de la física actual que és la gravetat quàntica.

Responent preguntes dels assistents sobre aspectes de la seva dissertació i altres com la impossibilitat de treure la informació caiguda dins d'un forat negre o la radiació de Hawking, va acabar la sessió amb grans aplaudiments.