Potser no ens ho plantegem, però quan assistim a un curs universitari rebem un coneixement que no arriba de manera automàtica al professor que el fa. En el cas del coneixement més fonamental, el temps de difusió pot haver estat més o menys, però, per ser més antic, n'hi ha hagut prou perquè s'estenga i arribe a totes les acadèmies. Quin ha estat el cas, però, de les grans teories del segle XX? Com que en aquest blog parlem de l'Univers Violent, i aquest està molt relacionat amb la teoria de la relativitat, ens preguntem com és que els nostres alumnes (i nosaltres) han rebut aquesta assignatura. En farem un breu tast, però, com veureu, es tracta d'una història interessant que es desenvolupa en un temps convuls i que certament mereixeria major atenció.
El text que llegireu sorgeix d'una conversa amb el professor Ramon Lapiedra, a qui agraïsc no només el temps que em va dedicar, sinó el seu exemple tant a les aules com fora d'elles. L'he completat parlant amb el professor Juan Antonio Morales, a qui també estic agraït.
La Relativitat ve de París
A finals dels anys cinquanta, el físic català Lluís Bel es trasllada a París per fer la seua tesi doctoral sota la direcció d'André Lichnerowicz, un dels grans noms de la relativitat general a meitat segle XX. Bel va treballar en diferents aspectes teòrics, com les ones gravitatòries i formalismes de la teoria. Uns anys després, en 1963, arriba al mateix grup el valencià Ramon Lapiedra, només acabar els seus estudis a Madrid. A París, Lapiedra va realitzar la seua tesi també sota la direcció de Lichnerowicz, tot i que una part rellevant del seu treball es va desenvolupar sota la supervisió de Bel.
L'any 1969, Lapiedra torna a Barcelona, però no té cap intenció de dedicar-se a la recerca, sinó més bé a l'acció política clandestina contra el règim nacionalista-feixista de Francisco Franco. Ben aviat, però, és detingut i ha d'eixir de la clandestinitat, fet que facilita la seua reincorporació a la vida acadèmica. En paral·lel, Lluís Bel i altres col·legues seus com Lluís Mas, s'incorporen a les noves universitats autònomes, Barcelona i Madrid, respectivament. Aquestes universitats són creades pel ministre d'Educació franquista Villar Palasí, amb intenció d'incorporar-hi investigadors espanyols que treballen a l'estranger. Cal afegir que el professor Mas, també deixeble de Lichnerowicz, es trasllada a la Universitat de les Illes Balears, tot creant un grup de recerca de prestigi que encara existeix.
El professor Lapiedra, marcat pel seu activisme polític, no s'incorpora a la Universitat Autònoma de Barcelona, en ser vetat. Així, ressegueix la seua activitat a la Universitat de Barcelona, on finalitza un segon doctorat en Física Teòrica en 1974. L'any 1978 aconsegueix una plaça a la Universitat de Santander, al mateix temps que el seu company Jesús Martín (deixeble de Bel a l'Autònoma de Madrid) l'aconsegueix en la Universitat del País Basc, en 1978. Per cert, encara perdura també l'escola relativista en aquesta universitat.
La relativitat a la Universitat de València
Finalment, en 1982, el professor Lapiedra s'incorpora a la Universitat de València, on es troba un grup d'investigadors que obrin els seus propis camins en els camps de la Cosmologia i l'Astrofísica Relativista, com els professors Joaquín Olivert, Miquel Portilla, Diego Sáez. Tots ells formats pel professor Llorenç Ferrer a la mateixa Universitat de València. O el professor José María Ibáñez, que havia fet la seua tesi doctoral sota la direcció del professor Ramon Canal, de la Universitat de Barcelona. Aquesta altra branca va sorgir de manera, podríem dir, més espontània, mitjançant l'estudi, comprensió, aplicació i desenvolupament de les teories.
Encara que la dedicació del professor Lapiedra com a rector d'aquesta universitat entre els anys 84 i 94 el manté apartat de la recerca, recupera després la seua activitat investigadora. En paral·lel es desenvolupa a la Universitat de València l'altra branca relativista, més enfocada als escenaris astrofísics en què la relativitat hi juga un paper rellevant, de la mà del professor José María Ibáñez. Tanmateix, deixem aquesta història paral·lela per a un altre dia.
El professor Lapiedra recorda la creació, pels professors Bel i Mas, dels 'Encuentros Relativistas Españoles' a finals dels anys setanta. En aquestes primeres trobades informals, em diu, la llengua de comunicació era l'escollida pel conferenciant, i s'hi parlava tant català com castellà, atesa l'evident catalanització de l'arribada de la Relativitat a Espanya. Una pelegrina associació d'idees em fa recordar, salvant distàncies i rellevància, que l'arribada del Renaixement a la península Ibèrica es va produir a través dels ponts establerts per la Corona d'Aragó amb Itàlia i, en particular, per la incorporació d'estils i maneres de fer de poetes com Ausiàs March o Jordi de Sant Jordi.
I vet ací com l'alumnat de les Facultats de Física i Matemàtiques de la Universitat de València reben aquest coneixement encara avui.
Comencem fort: Els forats negres són trencaments del teixit que constitueix l'espai-temps. Segons la interpretació de la teoria de la relativitat general, l'atracció gravitatòria dels cossos celestes ve determinada per la distorsió exercida per la seua massa en aquest teixit. Quan l'objecte és molt compacte (la raó entre la seua massa i el seu radi és gran) és possible que la distorsió del teixit siga tan gran que acabe esgarrant-se. El trencament s'entén matemàticament com una singularitat (un infinit) al centre de l'objecte, envoltada per una regió de curvatura creixent.
Tal com vam explicar en l'entrada anterior, en astrofísica, els forats negres són bàsicament entesos com a fonts de gravetat. Ara, cal matisar aquesta afirmació, atès que les propietats de la radiació emesa per qualsevol matèria que hi cau estan condicionades per la curvatura extrema que causa el forat negre. Per tant, encara que l'astrofísica no s'encarrega de l'estudi d'allò que ocorre a l'interior dels forats negres, sí que s'ha de preocupar del seu efecte sobre les regions immediatament exteriors.
Per exemple, en els voltants d'un forat negre les propietats de l'espai i el temps pateixen canvis substancials. I fins i tot es barregen. En apropar-nos-hi, la descripció geomètrica de l'espai-temps que l'envolta (parlem sempre d'espai-temps junts i no per separat) dóna com resultat que, per exemple, el pas del temps es dilate respecte a un observador llunyà. Això fa que els períodes (intervals de temps) d'oscil·lació de la radiació s'estiren relativament. Si el període s'allarga, la freqüència cau i la llum es fa més roja. D'aquesta manera, igual que existeix un redshift cosmològic, també n'hi ha un de gravitatori.
Aquesta predicció teòrica va permetre una altra evidència indirecta de l'existència de forats negres. Línies d'emissió d'àtoms com el ferro (la línia K-alfa) mostraven un enrogiment que va ser associat al redshift gravitatori. Aquesta evidència s'afegeix a les que vam explicar.
Allò que caracteritza un forat negre és que ni tan sols la llum en pot escapar. El punt crític, de no retorn, s'anomena horitzó d'esdeveniments. És en aquesta superfície on la velocitat mínima d'escapament s'iguala a la velocitat de la llum. Això significa que cap partícula amb massa és capaç d'escapar en arribar ací. Pel que fa a la llum, la seua longitud d'ona creix progressivament fins a arribar a infinit a l'horitzó d'esdeveniments. Així, si imaginem la caiguda d'una partícula que emet radiació, des de la distància veuríem com la radiació s'enrogeix i com la dilatació temporal arriba a infinit. Si ho poguérem veure, veuríem la partícula just abans de creuar la superfície eternament. La partícula, per la seua banda, seguiria el seu camí cap a la gola.
Un altre aspecte curiósde la rodalia dels forats negres és la barreja de les coordenades espaciotemporals de les partícules que hi cauen. A mesura que un una partícula (o una malaurada personeta) cau cap al forat, la seua coordenada temporal es barreja amb la coordenada espacial que apunta cap pel centre del forat –la coordenada radial. Si interpretem aquest efecte relativista en termes usuals, conclourem que el "futur" de la partícula és al centre del forat negre. En altres paraules, la partícula no té altre futur possible que la caiguda cap a la singularitat.
I, encara que l'observador llunyà ens veiera congelats a la vora de l'horitzó d'esdeveniments, podríem travessar-lo? I què hi trobaríem? Un govern d'extrema dreta, potser?
Les forces de marea –produïdes per les diferències d'atracció gravitatòria entre dos punts–, poden ser tan intenses en l'entorn d'un forat negre que els nostres cossos podrien ser esgarrats per la diferència de força exercida entre els nostres peus i els nostres caps. És així en tots els forats negres? No és el cas. En l'horitzó dels forats negres súper-massius l'atracció gravitatòria pot ser tan suau com la del planeta Terra i les forces de marea, menyspreables. En canvi, en els forats negres generats per estrelles (després d'esclatar com supernoves) les forces de marea sí són molt intenses.
Per tant, sí podríem entrar en un forat negre súper-massiu. Per no tornar-ne mai més. Fins i tot podríem passar uns quants minuts (alguna horeta en els més grans, abans d'arribar a la singularitat central, on les forces de marea ens destruirien igualment). En definitiva, el viatge seria una miqueta inútil, atés que no podríem enviar informació a l'exterior d'allò que estem vivint i veient, i a més a més, acabaríem com Camot. En qualsevol cas, potser la singularitat matemàtica no fa més que mostrar la limitació de la nostra teoria per explicar-la. I per això, potser les coses no van ben bé com ens diuen les matemàtiques.
Mai no tindrem informació electromagnètica d'allò que n'hi ha, com hem explicat. Tanmateix, existeixen diferents teories respecte al que podríem trobar en caure cap al forat, entre elles fer un viatge espaciotemporal en el nostre propi univers –amb l'entrada en un forat negre i l'eixida en un forat blanc. Pot ser també a un altre univers. De fet, fins i tot hi ha qui diu que cada forat negre crea un univers, perquè obri portes a altres dimensions on potser es creen nous espais-temps. Així, podria interpretar-se que el nostre propi univers, és a dir, el Big Bang, és la conseqüència del col·lapse gravitatori d'algun objecte massiu en un altre univers (molt massiu hauria de ser, això sí).
