Ondas gravitatorias: ¿reales o teóricas?
En 1915, Albert Einstein anunció la existencia de unos «pliegues» producidos en la «curvatura del espacio-tiempo», que calificó como «ondas gravitatorias». Cien años después, en 2015, los investigadores de National Science Foundation (NSF) informaron que habían detectado las primeras ondas gravitatorias mediante interferencias de la luz emitida por laser. La detección se realizó en el Laser Interferometer Gravitacional-wave Observatory LIGO). Analizaron las señales recibidas del espacio. Al parecer, la fuente emisora procedía de la fusión de dos «agujeros negros», ocurrida hace 1300 millones de años y cuyas masas superaban treinta veces la masa del Sol [1]. Los dos «agujeros negros» se aproximaron girando alrededor de un centro común con velocidades próximas a la mitad de la velocidad de la luz, hasta fundirse en un solo objeto cuya masa duplicó cada uno de sus componentes, alcanzando un valor total del triple de la masa del Sol. Entonces, en menos de un segundo, se emitieron «ondas gravitatorias», que transfirieron al espacio una energía proporcional a la masa, según la ecuación relativista E = mc2.
Ilustración del choque de dos agujeros negros que dieron lugar a la emisión de «ondas gravitatorias». Detectadas en 2015 por el «Observatorio Avanzado de Interferometría Láser de Ondas Gravitacionales» (LIGO).
Nota 1. No ha trascendido cómo se detectó la identidad de la fuente emisora.
Las informaciones difundidas sobre el origen, magnitud de la fuente emisora y su localización en espacio y tiempo, sitúan dentro del marco conceptual del espacio-tiempo, instaurado por la «teoría de la relatividad general». De tal forma, que tales ‚»ondas gravitatorias» sólo son comprensibles como alteraciones (vibraciones) del espacio-tiempo, o bien, tomando la descripción de Einstein, como «pliegues» de la curvatura espacio-temporal.
Resulta evidente la analogía de las ondas gravitatorias y las ondas mecánicas que se trasmiten en todas las direcciones a través de un medio material, como el aire o el agua. Pero, aparte del paralelismo formal, es razonable preguntarse cuál es el medio en el que se transmiten las ondas gravitatorias. Pues, las «ondas electromagnéticas» se propagan en el espacio sin medio material y mediante la teoría del campo de Maxwell obtenemos la velocidad de propagación y demás propiedades, sin recurrir a una imagen sensible. Sin embargo, las «ondas gravitatorias» tendrán como medio de propagación el «constructo» matemático espacio-temporal, lo que no impide, al parecer, su detección mediante dispositivos materiales. Se plantea así la cuestión sobre la auténtica naturaleza del espacio-tiempo. ¿Se trata de una forma simbólica, como lo fue el éter; a modo de sustrato ideal?
De acuerdo con su origen histórico, las «ondas gravitatorias» no fueron descubiertas experimentalmente, sino deducidas a partir de una base teórica. Pues, en 1916, en el primer artículo sobre estas ondas, Einstein afirmaba que la idea originaria provenía de una «analogía formal»[2] con las «ondas electromagnéticas». De hecho, ante tal similitud simbólica entre ecuaciones de fenómenos diferentes, concluyó su artículo científico, preguntándose si tales «ondas de gravitación» eran reales o ficticias. Al fin y al cabo, se trataba de una combinación de signos matemáticos con un sentido diferente al de las ecuaciones del campo electromagnético. Sin embargo, el paralelismo debía aceptarse ya que existían ejemplos de analogía en física clásica; como el de ondas acústicas (o en general ondas mecánicas) y las electromagnéticas, que, formalmente, se rigen por las mismas ecuaciones diferenciales.
El reciente descubrimiento experimental de las «ondas gravitatorias» resolvería la duda de Einstein a favor de la detección de dichas ondas. Si bien, no es fácil obtener una explicación plausible sobre su naturaleza. Como cuestión de hecho, debemos admitir que la estructura formal del espacio-tiempo es un recurso físico-matemático utilizado para interpretar los datos experimentales. Puesto que, los conceptos relativistas (aunque sin traducción al lenguaje común) no debieran considerarse vacíos, sino vinculados a la experiencia. En carta dirigida a Hans Reichenbach (1891 – 1953) fechada el 30 de junio de 1929, Einstein, en tono jocoso, opinaba sobre la relación entre teoría y experimentación.
«Los conceptos son simplemente vacíos cuando dejan de estar firmemente conectados a los experimentos. Parecen advenedizos que se avergüenzan de sus orígenes y quieren desconocerlos».
Einstein, A. (1920): vol. 10 . The Berlin Years: Correspondence. May-December 1920. https:// einsteinpapers.press.princeton. edu
Nota 2. Entre dos ecuaciones hay analogía formal, cuando las magnitudes de una y otra tienen significado físico diferente, pero las operaciones indicadas en las ecuaciones son iguales. [véase https:// einsteinpapers.press.princeton.edu A. Einstein (1916): 209. Approximative Integration of the Field Equations of Gravitation. Doc. 32 June 22, 1916] Al final del artículo Einstein escribe: «Supplement. Hay una forma simple de aclarar el extraño resultado de que puedan existir ondas gravitatorias (tipos a, b, c) que no transportan energía. La razón es que no sean ondas «reales», sino «aparentes» originadas por el uso de un sistema de referencia cuyo origen de coordenadas está sujeto a una especie de vibración ondulatoria».