En la entrada de hoy trataré, de una manera bastante heterodoxa, de hacer más comprensible la naturaleza de los agujeros negros. ¿Por qué se llaman “agujeros” y por qué “negros”? Como siempre, recuerda que El Tamiz sigue la filosofía de antes simplista que incomprensible, así que si eres astrofísico, cierra los ojos y no grites: este artículo es para legos en la materia.
Imagina que estás de pie en la superficie de la Tierra, y saltas verticalmente hacia arriba. Según subes, vas reduciendo tu velocidad hasta que te paras, y entonces empiezas a caer hasta que vuelves al suelo. Si saltas con una velocidad inicial mayor, llegas más alto, pero al final vuelves a caer al suelo. Sin embargo, si consiguieras saltar con una velocidad inicial suficientemente grande, no volverías a caer: escaparías de la gravedad terrestre y te perderías en el espacio. Nunca has observado que esto pase porque la velocidad inicial a la que tendrías que saltar es de unos 11 km/s (unos 40.000 km/h). Esta velocidad se llama velocidad de escape. Como tú no puedes saltar con tal velocidad, no puedes escapar de la Tierra por ti mismo. Gracias a nuestra inteligencia, los seres humanos hemos construído máquinas que nos permiten escapar de la gravedad Terrestre, aunque no exactamente “saltando”, pero eso es otra historia.
Pero comprender lo que significa esa velocidad es difícil. Míralo de esta otra manera: es como si estuvieras en el fondo de un pozo, y para salir tuvieras que saltar lo suficiente como para alcanzar el borde. Pero, ¿cómo de profundo es este pozo? Aquí es donde, si eres físico como yo, puedes empezar a rechinar los dientes, porque me propongo hacer unas aproximaciones y suposiciones que te van a poner la carne de gallina - pero creo que el resultado es muy descriptivo y útil.
En nuestra vida cotidiana, la aceleración de la gravedad es 9.8 m/s2. Es muy fácil imaginar a qué altura sube un objeto si lo lanzas a 10 m/s, o a 20 m/s, porque nuestra intuición está acostumbrada a estos valores. De manera que supongamos que estás en un “pozo intuitivo”, es decir, en el que la gravedad es siempre 9.8 m/s2. Olvida por un momento que esa aceleración es provocada por un planeta esférico y su masa, e imagina que las cosas simplemente caen “hacia abajo” con esa aceleración. Libérate por un minuto de tu conocimiento, e imagina que vives en el “mundo intuitivo”. Recuerda que nuestro objetivo es que tu intuición pueda hincarle el diente a la velocidad de escape.
¿Qué profundidad tendría entonces nuestro “pozo intuitivo” si para salir de él hiciera falta saltar a 11 km/s? El cálculo por energías es muy sencillo y el resultado es impactante: tendría unos 6000 km de profundidad, casi como si estuvieras en el centro de la Tierra y tuvieras que dar un salto hasta la superficie (suponiendo que la gravedad fuera constante, que no lo es). ¡Qué pedazo de pozo! Mirándolo así, es fácil entender por qué nos ha costado tanto esfuerzo salir de nuestro planeta natal…estamos en un señor agujero. De hecho, tiene bastante mérito que hayamos coseguido salir.
Pero si en vez de estar sobre la superficie de la Tierra lo estuvieras en Júpiter, tendrías que ir aún más rápido para escapar: la velocidad de escape en Júpiter es de 59.5 km/s (unos 210.000 km/h). Esto quiere decir que el “pozo intuitivo” de Júpiter tendría 180.000 kilómetros de profundidad. Unas quince veces el diámetro de la Tierra. Pero hay más.
Si consiguieras caminar sobre la superficie del Sol y sobrevivir, tendrías que saltar muy rápido para escapar: tu velocidad tendría que ser de al menos 617 km/s. ¡Más de dos millones de kilómetros por hora! Escapar del Sol es muy difícil. Equivale a encontrarse en el fondo de un pozo de 19 millones de kilómetros de profundidad…¡unas cincuenta veces la distancia entre la Tierra y la Luna! De hecho, si quisieras comunicarte con alguien que está fuera del pozo, podrías utilizar una linterna para mandarle mensajes, pero la luz tardaría un minuto en llegar a su destinatario.
Sin embargo, el Sol no es la estrella cuyo pozo es el más profundo - las hay en las que hace falta ir mucho más rápido. Por ejemplo, un caso bastante extremo: si estuvieras en la superficie de una estrella de neutrones (uno de los objetos más densos del Universo), entonces tendrías que saltar a 240.000 kilómetros por segundo para escapar: ¡el 80% de la velocidad de la luz! Al moverte a tal velocidad incluso notarías los efectos relativistas. Sería como si estuvieras en un pozo tan profundo que no tiene sentido hablar de kilómetros: ¡tendría medio año-luz de profundidad! Si quisieras utilizar tu linterna para mandar mensajes a la persona que está fuera, tardaría 6 meses en recibirlos.
La clave de la cuestión está en que llega un momento en el que una estrella que se comprima lo suficiente debido a la presión gravitatoria puede ser tan densa que la velocidad de escape en su superficie es más grande que la velocidad de la luz. Ni siquiera la luz iría suficientemente rápido para escapar. Si trataras de utilizar tu linterna para mandar un mensaje hacia fuera, ¡el haz de luz se curvaría hacia abajo y caería a tus pies! Ahí puedes ver por qué estos objetos se llaman “negros” - si los iluminas, la luz que se refleja sobre su superficie se curva de nuevo y vuelve a caer…nunca vuelve a tus ojos, de manera que no puedes ver el objeto desde fuera.
Pero piensa en el “pozo intuitivo” del que estábamos hablando. En la superficie de un objeto cuya velocidad de escape es mayor que la de la luz, la profundidad del pozo es infinita. Da igual lo que te esfuerces, nunca podrás salir. Da igual que intentes comunicarte con el exterior, tus mensajes vuelven a “caer a tus pies”. Dicho de otra manera, en lo que a ti respecta, no existe nada más que el pozo, porque el borde del pozo y el mundo que hay fuera de él están a una distancia infinita de ti…a todos los efectos prácticos, no existen: estás en un agujero tan profundo que “te has caído fuera” del Universo. Eso es un agujero negro.
Si estas burdas aproximaciones y suposiciones han servido para que tu intuición acepte parte de la enormidad que significa un agujero negro, entonces ha merecido la pena. Después de esto, nuestro pozo de 6.000 km de profundidad parece un pequeño agujero, ¿no?
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El texto de Dentro del “pozo intuitivo” , por Pedro Gómez-Esteban, salvo donde se mencione explícitamente, está publicado bajo Creative Commons Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 2.5 Spain License.
{ 21 } Comentarios
Excepcional. Yo como lego que soy en estos temas me ha parecido muy instructivo el artículo, pero como casi siempre me genera siempre más dudas.
Entiendo que el efecto de la inmensa gravedad de los agujeros negros afecta a las “particulas” pero no a las ondas electromagnéticas ¿no?… ¿podríamos comunicarnos con una radio hacia fuera del agujero negro o también serían absorbidas las ondas de radio? ¿Podríamos detectar el agujero negro con un radar (suponiendo la simplicidad de nuestro mundo intuitivo), es decir rebotarían las ondas de radar?
De nuevo enhorabuena por el artículo. De hecho creo que este tipo de articulos divulgativos deberían formar una categoría en sí misma y que los lectores propusiésemos temas a tratar.
No - la inmensa gravedad del agujero negro curva el espacio a su alrededor de manera que afecta a todo lo que se mueve por el espacio - partículas u ondas. Cualquier señal que enviases desde dentro del “agujero intuitivo” (la luz y las ondas de radio, al fin y al cabo, son lo mismo) no podrían salir.
Respecto a si podríamos detectarlo con un radar, una vez más, las ondas del radar son simplemente ondas electromagnéticas. No podrían volver a escapar del agujero de manera que no lo detectarías.
Hay maneras de detectar un agujero negro, pero son más “raras”. Como no quiero que El Tamiz se convierta en un lugar super-correcto pero super-incomprensible, las he ignorado en el artículo. En primer lugar, los agujeros negros sí emiten radiación (luego algo sí escapa de ellos): esta radiación se debe a efectos cuánticos y se llama radiación de Bekenstein-Hawking. Pero hablar de eso aquí, y más en un comentario, es meterse en camisa de once varas.
Pensaré sobre si agrupar este tipo de artículos divulgativos en su propia categoría, y desde luego que, como ya hemos recordado en otras ocasiones, podéis proponer temas y hacer preguntas siempre que queráis: simplemente escribidnos a pedro@eltamiz.com.
¡Gracias por tu comentario!
Y no hay nada más rápido que la velocidad de la luz? Es decir, tu dices que la gravedad de un pozo de un agujero negro sería infinita. ¿No es suficiente con que sea mayor que la de la luz? Entonces, podriamos “interactuar” con los agujeros negros.
Oriol -
Un objeto físico no puede ir más rápido que la velocidad de la luz,no - y salvo que no tenga masa, tampoco puede ir justo a la velocidad de la luz.
Como bien dices, no hace falta que la gravedad del pozo sea infinita - de hecho, en el artículo no se menciona ese hecho, sino que la profundidad es infinita. Para que eso ocurra, como indicas, sólo hace falta que la velocidad de escape sea mayor que la de la luz: automáticamente el “pozo intuitivo” entonces es infinito para ti.
Respecto a “interactuar” con los agujeros negros, algunos piensan que podemos hacerlo - es un tema apasionante, pero bastante especulativo.
Sé que no es exactamente el tema, pues no se trata de escapar del “pozo intuitivo”, sino de sus cercanías. Pero, ¿cómo es que algo de la materia que gira alrededor del agujero negro (al parecer entre 2 y 5%, según el equipo de investigación de Yair Krongold) escapa? ¿Por qué se trata de un porentaje tan bajo (si las predicciones eran de un porcentaje significativamente mayor? Ojalá en el futuro róximo puedas abordar el tema.
Miguel - sin ninguna duda volveremos a hablar de los agujeros negros en el futuro. Ya tengo planeado un artículo que haga del pozo intuitivo algo “cuántico” (el de este artículo es sólo relativista) para explicar por qué demonios puede escapar algo de ellos, pero quiero dejar pasar algo de tiempo. Tal vez ahí hablemos de exactamente cuánta materia puede escapar - pero no puedo prometer nada; depende de si consigo introducirlo sin hacer el artículo farragoso o no.
Pedro porque nada puede ir mas rapido de la luz?. Se supone que ya he oido porque, pero es que tu forma de explicar apaciona!
manolo,
Me apunto la petición para escribir un artículo que responda a esa pregunta, esperemos que pronto. ¡Y gracias por el cumplido!
Hola Pedro,
Llegué a tu blog por un enlace sobre la Singularidad tecnológica y llevo enganchado durante horas. Es una maravilla que temas tan complicados se expliquen con tanta sencillez… adaptantolos al lenguaje del resto de los mortales que nos quedamos medio tontos con la fisica y quimica de COU.
Enhorabuena.
Salva
¡Gracias, Salva! Si acabas de llegar ahora, anda que no te queda lectura hasta estar al día…vas a tener que dosificarlo
Pues yo estoy como Salva, anda que no me quedan artículos….
Hace un par de dias que llegué al blog y no he parado de leerlo (algo de tiempo libre y lectura interesante, vale la pena) y sinceramente es la primera vez que entiendo, al menos conceptualmente, qué es un agujero negro. Se agradece un montón, pero un montón, que te tomes el trabajo de escribir estos artículos, y de la forma que lo haces, para ‘infieles’ como yo y tantos otros. Y me surge la duda, ¿se sabe o se tiene una idea de cómo se forman estos agujeros?
Ikzer,
Sí, se conocen varias maneras en las que pueden formarse. Si sigues la serie “La vida privada de las estrellas”, en unos pocos artículos llegarás a una de las maneras, aunque la serie está en proceso y faltará un mes o así para que se publique ese artículo — pero tienes mucho que leer hasta entonces
exelente artículo, es increible e inimaginable para nosotros los misterios del universo. Si es q al estar dentro dl agujero negro es como estar fuera del universo, ¿donde estamos?
Genial e increíble artículo. Para gente que conocemos estos conceptos de forma ligera, le da una claridad y una sencillez que nos permite una comprensión más profunda. Además de permitirnos interiorizar ese conocimiento.
Enhorabuena por el artículo y el blog, es alucinante lo mucho que se aprende de forma sencilla para no versados en física avanzada. Tiene mucho mérito. Un saludo.
Está claro, pero si no es posible ver un agujero negro, ¿cómo se sabe que existen?
@ Anónimo,
http://eltamiz.com/2008/02/10/la-vida-privada-de-las-estrellas-los-agujeros-negros/
Buenos días, llegué a esta web por casualidad hace unos días, buscando no sé qué cosa en el Google, y la he añadido a Mis Favoritos para ir leyendo un poco cada día, cuando tenga unos minutos libres.
A lo que iba, del texto que hay encima, no sé si puede deducirse lo que dice esta frase: “En la superficie de un objeto cuya velocidad de escape es mayor que la de la luz, la profundidad del pozo es infinita”. Podría más o menos hacerme a la idea, si la velocidad de la luz fuera infinita, pero no lo es; entonces, no veo claro por qué la profundidad del pozo sí tiene que serlo.
Un saludo y mi agradecimiento a los que escriben los contenidos y mantienen el blog.
José Antonio,
La cuestión es que la velocidad de la luz no es infinita, pero la energía necesaria para alcanzarla sí, de acuerdo con la teoría de la relatividad. Por lo tanto, es el equivalente de un pozo de infinita profundidad, del que haría falta infinita energía para salir. El artículo se centra en las energías (que tienen que ver con la profundidad del pozo para la potencial, y con la velocidad para la cinética).
eres el amo, al fin lo entiendo…es genial. pero ahora la pregunta idiota: ¿ pero no habria forma de escalar el pozo, o ponerse zancos gigantes o una escalera o algo asi, que te permita salir del pozo sin saltar sino subiendo de a poco?
cohayuyoman,
Sí, pero eso seguiría requiriendo una energía infinita
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