David Pratt
Febrero de 2001, última revisión octubre de 2019
04. Ondas gravitacionales
-Observaciones
-Interpretaciones
04. Ondas gravitacionales
De acuerdo con la teoría de relatividad general los cuerpos acelerados causan ondas gravitacionales u "ondulaciones en el tejido del espacio-tiempo" que viajan al exterior en todas direcciones y a la velocidad de la luz. Se predice que las ondas son muy débiles y sólo aquéllas causadas por eventos cataclísmicos -como la fusión entre dos estrellas de neutrones o agujeros negros- se consideran potencialmente detectables en la Tierra. De igual modo los esfuerzos para observar directamente las ondas gravitacionales comenzaron en los años sesenta.
Observaciones
En marzo de 2014 los astrónomos que utilizaban el telescopio para imágenes de fondo de polarización extragaláctica y cósmica (BICEP2) en el Polo Sur anunciaron triunfalmente haber detectado evidencia de ondas gravitatorias primordiales e impresas en la radiación cósmica de fondo de microondas e insistieron en que sólo había una posibilidad en un billón de que esta señal pudiese haber sido causada por otros factores como el polvo galáctico. Sin embargo, en enero de 2015 se vieron obligados a admitir que justamente ese material era el responsable (1). El astrofísico Peter Coles comentó: "No creo que BICEP2 salga muy bien parado de esto y tampoco los muchos teóricos que lo aceptaron sin lugar a dudas como señal primordial y generaron un enorme circo de relaciones públicas", y añadió que la debacle "ha expuesto un preocupante desprecio por el método científico en algunos especialistas de alto nivel que realmente deberían saber mejor, porque puede ser peligroso desear que tu teoría sea cierta al punto de nublar tu juicio" (2).
En marzo de 2014 los astrónomos que utilizaban el telescopio para imágenes de fondo de polarización extragaláctica y cósmica (BICEP2) en el Polo Sur anunciaron triunfalmente haber detectado evidencia de ondas gravitatorias primordiales e impresas en la radiación cósmica de fondo de microondas e insistieron en que sólo había una posibilidad en un billón de que esta señal pudiese haber sido causada por otros factores como el polvo galáctico. Sin embargo, en enero de 2015 se vieron obligados a admitir que justamente ese material era el responsable (1). El astrofísico Peter Coles comentó: "No creo que BICEP2 salga muy bien parado de esto y tampoco los muchos teóricos que lo aceptaron sin lugar a dudas como señal primordial y generaron un enorme circo de relaciones públicas", y añadió que la debacle "ha expuesto un preocupante desprecio por el método científico en algunos especialistas de alto nivel que realmente deberían saber mejor, porque puede ser peligroso desear que tu teoría sea cierta al punto de nublar tu juicio" (2).
El 11 de febrero de 2016 el Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser (LIGO) anunció con gran entusiasmo que la primera señal de ondas gravitacionales había sido observada el 14 de septiembre de 2015 por sus dos detectores ubicados en Livingston (Louisiana) y Hanford (Washington) (3). Esta onda llegó primero a Livingston y Hanford la percibió 7 milisegundos después, lo que indica que viajaba a la velocidad de la luz. La oscilación medida que duró sólo un quinto de segundo comenzó a 35 ciclos por segundo (hercios), se aceleró hasta 150 hercios y luego desapareció rápidamente, dando cuenta así de una forma de onda conocida como "chirrido". Los cálculos y las simulaciones informáticas basadas en la teoría de relatividad general indican que la onda gravitatoria fue gatillada por fusión y choque violentos de dos agujeros negros (de 29 y 36 masas solares) hace 1,3 mil millones de años, y en la fracción final de un segundo supuestamente la explosión emitió más energía que todas las estrellas en todas las galaxias produciendo la onda observada.
El LIGO se describe como "uno de los instrumentos científicos más sofisticados, complejos y precisos jamás construidos" (4); costó más de 620 millones de dólares y las subvenciones para investigación y costos operativos elevan esa cifra a más de 1.000 millones. Los dos interferómetros de LIGO emiten rayos láser entre espejos suspendidos en extremos opuestos de dos tubos de vacío que miden 4 kms. de largo y colocados en ángulo recto entre sí. Una onda gravitacional circulante hará que uno de los brazos se alargue y el otro se acorte provocando que los rayos láser se desvíen ligeramente de sincronización. Según se dice y tras una actualización en septiembre de 2015 los detectores Advanced LIGO (aLIGO) pueden percibir tramos y compresiones de "espacio-tiempo" tan pequeños como una parte en 1022, comparable a un cambio en el ancho de un cabello a la distancia del Sol a Alpha Centauri, la estrella más cercana al primero. En realidad la onda gravitacional fue detectada mientras los instrumentos mejorados aún se hallaban en calibración y prueba, con objeto de prepararse para la primera observación cuatro días después.
Desde que se anunció esta presunta observación, el LIGO y otros equipos han anunciado el descubrimiento de otros 10 eventos relativos a ondas gravitacionales.
Interpretaciones
La precisión reclamada por LIGO ha sido puesta en duda, pues se espera que una onda gravitacional desplace los espejos en apenas 10-15 mm., o una cienmillonésima parte del diámetro en un átomo de hidrógeno. La tolerancia de los espejos utilizados en los instrumentos LIGO es tal que algunas partes de un espejo pueden estar a 50 nanómetros más lejos o más cerca del punto de observación, una distancia mil millones de veces mayor que la firma de ondas gravitacionales. Numerosos factores pueden cambiar la distancia entre los espejos en muchos órdenes de magnitud mayor que una onda gravitatoria incluyendo variaciones de temperatura y carga, actividad sísmica, cambios de clima y tráfico en carreteras cercanas. Incluso los interferómetros son sensibles a las olas oceánicas que se estrellan en las costas a miles de kilómetros de distancia, rayos lejanos, transmisiones satelitales de posicionamiento global y pulsos electromagnéticos en la atmósfera superior de la Tierra, y es por eso que están equipados con numerosos dispositivos de protección y utilizan cientos de niveles de retroalimentación y sistemas de control. Las perturbaciones conocidas son monitoreadas por una serie de sensores para que puedan tenerse en cuenta al interpretar los resultados de las mediciones, aunque algunos científicos dudan si esto se puede hacer con suficiente certeza y sin interferir con la señal buscada (1).
La precisión reclamada por LIGO ha sido puesta en duda, pues se espera que una onda gravitacional desplace los espejos en apenas 10-15 mm., o una cienmillonésima parte del diámetro en un átomo de hidrógeno. La tolerancia de los espejos utilizados en los instrumentos LIGO es tal que algunas partes de un espejo pueden estar a 50 nanómetros más lejos o más cerca del punto de observación, una distancia mil millones de veces mayor que la firma de ondas gravitacionales. Numerosos factores pueden cambiar la distancia entre los espejos en muchos órdenes de magnitud mayor que una onda gravitatoria incluyendo variaciones de temperatura y carga, actividad sísmica, cambios de clima y tráfico en carreteras cercanas. Incluso los interferómetros son sensibles a las olas oceánicas que se estrellan en las costas a miles de kilómetros de distancia, rayos lejanos, transmisiones satelitales de posicionamiento global y pulsos electromagnéticos en la atmósfera superior de la Tierra, y es por eso que están equipados con numerosos dispositivos de protección y utilizan cientos de niveles de retroalimentación y sistemas de control. Las perturbaciones conocidas son monitoreadas por una serie de sensores para que puedan tenerse en cuenta al interpretar los resultados de las mediciones, aunque algunos científicos dudan si esto se puede hacer con suficiente certeza y sin interferir con la señal buscada (1).
Para propósitos de prueba, LIGO utiliza un método conocido como "inyección ciega" que consiste en insertar secretamente una señal falsa en los datos sin procesar para ver si el resto del equipo lo detectará. Cuando se percibió una posible señal de onda gravitacional en septiembre de 2010 los científicos se pusieron a trabajar y tras un estudio de seis meses concluyeron que era genuina y debía anunciarse al mundo, ¡pero el equipo de inyección ciega reveló que era falso! (2).
El equipo de LIGO afirma tener una seguridad del 99,99994% de que la señal observada en septiembre de 2015 (GW150914) es una onda gravitacional auténtica y no fue causada por influencias ambientales o ruido de instrumentos (3) y creen que los sistemas de humedecimiento y filtrado pueden deshacerse de todos los disturbios no deseados. La similitud de las señales detectadas por los dos interferómetros se considera como prueba de que la onda llegó desde el espacio y ciertamente no hay forma de verificar que realmente fue causada por colisión de dos agujeros negros hipotéticos y tardara varios billones de años en llegar a la Tierra, y tampoco existe una manera de descartar cualquier otra causa posible (4). Igualmente no hay certeza de que la señal encontrada tenga algo que ver con la gravedad y una sugerencia es que podría haberse originado por pequeñas tensiones en los tubos metálicos de vacío resultantes de las corrientes inducidas por una tormenta geomagnética en la ionosfera terrestre (5).
Los principales científicos y los medios de comunicación han aclamado la supuesta detección de ondas gravitacionales como una "confirmación" de la teoría de relatividad general según Einstein y la "existencia" de "agujeros negros". Puesto que los datos se interpretaron sobre la base de suposiciones relativistas, no es sorprendente que tras varios meses de análisis el escenario inventado por los especialistas coincida con la teoría de relatividad. Las señales medidas por los detectores se mezclan con una significativa cantidad de ruido aleatorio, y hay varias técnicas empleadas para identificar cualquier forma de onda fuerte inmiscuida en dicho ruido. Luego estas señales son comparadas con aproximadamente 250.000 formas de ondas-plantilla esperadas sobre la base teórica del "agujero negro", hasta que se encuentre una coincidencia en ambos detectores dentro de 10 milisegundos entre sí. Shannon Sims comenta: "Dado el tiempo suficiente con tantos patrones aceptables, la coincidencia final estaba garantizada" (6).
Aun así, las masas teóricas de los agujeros negros implicados fueron mucho más bajas de lo que se predijo anteriormente para los eventos de fusión y el giro del agujero negro final fue un tercio menor a lo previsto. A los 0,4 segundos posteriores a la observación de la onda gravitacional por el LIGO se detectó una explosión de rayos gamma que duró un segundo y provenía de la misma región del cielo sur (7). Si esto fue generado por el mismo evento cósmico, se plantea un problema para la teoría ortodoxa porque no se espera que la fusión de agujeros negros produzca explosiones de radiación electromagnética.
Como se indica en la sección 3, la teoría de relatividad general es un modelo geométrico abstracto y por lo tanto no puede proporcionar una comprensión realista de la gravedad o las ondas gravitacionales. Lógicamente las ondas sólo pueden propagarse a través de un medio material ya sea físico (rocas, agua o aire) o no físico (como el éter) porque la nada no tiene ondulación. Dado que el espacio-tiempo curvo es una construcción matemática abstracta y las abstracciones no pueden vibrar, las "ondulaciones en el espacio-tiempo" no pueden existir y nunca pueden observarse. Sin embargo, cabe esperar ondas y ondulaciones en el éter del espacio.
Un agujero negro es descrito como un objeto tan masivo que "ninguna luz puede escapar de él" y se dice que su masa está concentrada en una "singularidad infinitesimal" de "curvatura espacio-temporal" e "infinita" en su centro, lo que representa una idea absurda (8). Stephen Crothers sostiene que "toda la teoría de los agujeros negros es una falacia" y refleja "la decrepitud intelectual de la física y astronomía modernas" (9). Ciertamente es difícil imaginar que se unan dos puntos de singularidades sin estructura, aunque en teoría cualquier fusión de dos objetos masivos podría crear el tipo de señales gravitacionales predichas por la ecuación cuadrupolar de Einstein.
Suponiendo que se hayan detectado ondas gravitacionales, existen varias alternativas a la interpretación para la teoría de relatividad. La electrodinámica estocástica (sección 3) propone que la fusión involucró dos cuerpos masivos cargados (o plasmoides) en lugar de dos agujeros negros y que las ondas gravitacionales son perturbaciones en las partículas virtuales o energía de punto cero que forman el "vacío cuántico" (10). Basado en su modelo de éter dinámico, Paul LaViolette sostiene que no puede ocurrir el colapso gravitacional que conduce a la creación de agujeros negros, pero que dos objetos altamente densos y compactos -que él llama "estrellas madre"- moviéndose en espiral entre sí podrían generar ondas gravitatorias cuadrupolares según lo detectado por LIGO. LaViolette afirma que las explosiones de supernova, los arrebatos de núcleo galáctico y otros eventos naturales probablemente producirían pulsos de ondas gravitatorias longitudinales (es decir, similares a las ondas de sonido), pero los observatorios como LIGO no están diseñados para detectar ese tipo de onda (11).
Referencias
Observaciones
1. Ian O’Neill, "BICEP2 gravitational wave 'discovery' deflates", 30 de enero de 2015, news.discovery.com; Miles Mathis, "Gravity waves of propaganda", 18 de marzo de 2014, milesmathis.com.
2. Tushna Commissariat, "Galactic dust sounds death knell for BICEP2 gravitational wave claim", 3 de febrero de 2015, physicsworld.com.
3. Tushna Commissariat, "LIGO detects first ever gravitational waves – from two merging black holes", 11 de febrero de 2016, physicsworld.com; Adrian Cho, "Gravitational waves, Einstein’s ripples in spacetime, spotted for first time", 11 de febrero de 2016, sciencemag.org; Davide Castelvecchi y Alexandra Witze, "Einstein’s gravitational waves found at last", 11 de febrero de 2016, nature.com; B.P. Abbott et al., "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger", Physical Review Letters, v. 116, 061102, 2016, journals.aps.org.
4. "Feedback and control systems", ligo.caltech.edu.
Observaciones
1. Ian O’Neill, "BICEP2 gravitational wave 'discovery' deflates", 30 de enero de 2015, news.discovery.com; Miles Mathis, "Gravity waves of propaganda", 18 de marzo de 2014, milesmathis.com.
2. Tushna Commissariat, "Galactic dust sounds death knell for BICEP2 gravitational wave claim", 3 de febrero de 2015, physicsworld.com.
3. Tushna Commissariat, "LIGO detects first ever gravitational waves – from two merging black holes", 11 de febrero de 2016, physicsworld.com; Adrian Cho, "Gravitational waves, Einstein’s ripples in spacetime, spotted for first time", 11 de febrero de 2016, sciencemag.org; Davide Castelvecchi y Alexandra Witze, "Einstein’s gravitational waves found at last", 11 de febrero de 2016, nature.com; B.P. Abbott et al., "Observation of gravitational waves from a binary black hole merger", Physical Review Letters, v. 116, 061102, 2016, journals.aps.org.
4. "Feedback and control systems", ligo.caltech.edu.
Interpretaciones
1. Hilton Ratcliffe, "'Discovery' of gravitational waves", febrero de 2016, researchgate.net.
2. Tom Hartsfield, "Faking data for a good cause", 13 de enero de 2016, realclearscience.com.
3. B.P. Abbott et al., "Characterization of transient noise in Advanced LIGO relevant to gravitational wave signal GW150914", arxiv.org.
4. Wal Thornhill, "An examination of 'gravitational waves'", 19 de febrero de 2016, youtube.com; "Absurdity of modern physics: LIGO gravitational wave detection as ill-posed problem", 12 de febrero de 2016, claesjohnson.blogspot.nl.
5. "A commentary on LIGO by Dr Bibhas De", facebook.com; Hilton Ratcliffe, "Playing devil’s advocate on the discovery of gravitational waves", 22 de febrero de 2016, thehansindia.com.
6. Shannon Sims, "Problems with the LIGO gravitational wave discovery", 6 de marzo de 2016, plasma.pics.
7. Marcus Woo, "LIGO’s black holes may have lived and died inside a huge star", 16 de febrero de 2016, newscientist.com.
8. "Debate sobre Big-Bang y agujeros negros".
9. Stephen J. Crothers, "The Painlevé-Gullstrand 'extension' – a black hole fallacy", American Journal of Modern Physics, v. 5, n° 1-1, 2016, p. 33-9, vixra.org.
10. Barry Setterfield, "Gravitational wave announcement", 12 de febrero de 2016, setterfield.org.
11. Paul LaViolette, "First discovery of quadrupole gravity waves still does not prove existence of black holes", 18 de febrero de 2016, etheric.com.
1. Hilton Ratcliffe, "'Discovery' of gravitational waves", febrero de 2016, researchgate.net.
2. Tom Hartsfield, "Faking data for a good cause", 13 de enero de 2016, realclearscience.com.
3. B.P. Abbott et al., "Characterization of transient noise in Advanced LIGO relevant to gravitational wave signal GW150914", arxiv.org.
4. Wal Thornhill, "An examination of 'gravitational waves'", 19 de febrero de 2016, youtube.com; "Absurdity of modern physics: LIGO gravitational wave detection as ill-posed problem", 12 de febrero de 2016, claesjohnson.blogspot.nl.
5. "A commentary on LIGO by Dr Bibhas De", facebook.com; Hilton Ratcliffe, "Playing devil’s advocate on the discovery of gravitational waves", 22 de febrero de 2016, thehansindia.com.
6. Shannon Sims, "Problems with the LIGO gravitational wave discovery", 6 de marzo de 2016, plasma.pics.
7. Marcus Woo, "LIGO’s black holes may have lived and died inside a huge star", 16 de febrero de 2016, newscientist.com.
8. "Debate sobre Big-Bang y agujeros negros".
9. Stephen J. Crothers, "The Painlevé-Gullstrand 'extension' – a black hole fallacy", American Journal of Modern Physics, v. 5, n° 1-1, 2016, p. 33-9, vixra.org.
10. Barry Setterfield, "Gravitational wave announcement", 12 de febrero de 2016, setterfield.org.
11. Paul LaViolette, "First discovery of quadrupole gravity waves still does not prove existence of black holes", 18 de febrero de 2016, etheric.com.