El pasado día 12 de diciembre tuve el placer de dar una charla sobre Agujeros Negros en la facultad de matemáticas de la Universidad de Sevilla. Esta charla estuvo enmarcada en el ciclo de conferencias: La ciencia desde el ojo matemático.
He de agradecer a los organizadores del mencionado ciclo su interés y amabilidad y la oportunidad de dar esta charla. Así que gracias a Jose A. Prado Basas (@eliatron del blog Tito Eliatron dixit), Mª del Carmen Calderón Moreno y Clara I. Grima (@ClaraGrima del blog Mati y sus Matiaventuras). Por supuesto, también quiero agradecer a J. J. Gallego (@Raven_neo del blog CIDlabs) por su maña a la hora de grabar la charla.
Aprovecharé esta entrada para explicar un poco los temas elegidos para la charla y las entradas del blog relacionadas. Al final encontraréis el video de la misma. Espero que os guste.
Primera Parte: Relatividad Especial y General
En la primera parte de la charla nos dedicamos a discutir las características esenciales de la relatividad especial y general que fueron útiles para el resto de la charla.
Nos entretuvimos en presentar el concepto de cono de luz. Este fue uno de los objetos centrales de la presentación ya que con él podemos entender los diagramas espaciotemporales que nos permiten estudiar las características clásicas de los agujeros negros. La entrada en la que podéis encontrar la explicación sobre el cono de luz es:
Pildorazo de Relatividad Especial: El cono de luz
Después explicamos algunos detalles de la relatividad general. Esencialmente dimos una somera explicación de su significado físico haciendo incapié en que en esta teoría el propio espaciotiempo, su geometría, es un ente dinámico que interactúa con el resto de campos físicos.
Además intentamos dar una visión pedestre de la poca o escasa importancia de la elección de coordenadas en Relatividad General. Esto es muy importante, esto nos permite describir un mismo fenómeno visto por distintos observadores sabiendo que la física no depende de la elección de coordenadas. Esto nos resultó muy útil en la parte de agujeros negros propiamente dicha.
La entrada donde se habla de estas cosas es:
Destripando un agujero negro (Esencialmente la primera sección de la entrada)
Segunda Parte: Agujero Negro de Schwarzschild en distintas coordenadas
En la charla solo hablamos de agujeros negros sin carga ni rotación, es decir, el agujero negro de Schwarzschild. Evidentemente no es el caso más general, pero es uno de los más representativos. Preferí centrarme en este caso por ser el más fácil de estudiar con diagramas espaciotemporales y por fijar ideas.
Aquí se introdujo y se discutió someramente la definición de agujero negro (de Schwarzschild). Se presentó el concepto de horizonte de sucesos y vimos como se describía el agujero visto por distintos observadores.
Guerra y ciencia: Karl Schwarzschild (presentación de la primera solución de gujero negro)
Al final, tras la introducción de las coordenadas de Kruskal vimos como surgía el concepto de agujero de gusano de manera natural en este contexto. Hablamos de estos agujeros de gusano de pasada, lo único que quise mostrar es que el concepto no aparece de la nada sino que procede de un profundo estudio de la solución de Schwarzschild en sus distintas expresiones (diferentes coordenadas).
Warning: En la charla se dice que Kruskal era ruso, sin embargo, fue un físico estadounidense (que seguro que tenía ascendencia rusa 😉 ).
Tercera Parte: Agujeros Negros y Entropía
Después de introducir la solución y las diferentes coordenadas para describir un agujero negro de Schwarzschild nos dedicamos un rato a presentar el problema:
¿Tiene un agujero negro entropía?
Si uno sigue la cadena lógica de los distintos descubrimientos queda algo así:
- Los agujeros negros tienen entropía para no violar el segundo principio de la termodinámica en el universo.
- Si tienen entropía han de tener temperatura.
- Si tienen temperatura han de emitir radiación electromagnética.
- Un agujero no puede emitir nada, su temperatura ha de ser 0K.
- Un agujero no puede tener entropía.
- Tenemos un problema con el segundo principio de la termodinámica.
Entramos en un bucle, pero lo que nos quiere decir este bucle es que hemos de recurrir a algo más que la teoría clásica de la gravitación, hemos de introducir fenómenos cuánticos.
Para el tema de la entropía de agujeros negros tenemos las siguientes entradas:
Detallitos sobre agujeros negros: ¿Frío o Caliente?
Agujeros negros, entropía… esto no puede ser. A lo mejor es un holograma
Cuarta Parte: Radiación Hawking
En esta parte introducimos el concepto de vacío de un campo físico. Y luego se presentó que para observadores inerciales en un espaciotiempo plano el estado vacío es el mismo para todos ellos.
La cosa cambia en un espaciotiempo curvo, como el caso de un espaciotiempo que contiene un horizonte. En esta situación distintos observadores identifican distintos vacíos.
Dado que el vacío se identifica con el estado de un campo que no contiene las partículas cuánticas asociadas, resulta que el vacío de un determinado observador visto por otro observador distinto está lleno de partículas. Esta es la verdadera base de la radiación Hawking. La típica imagen de creación de pares fue comentada de pasada y por aquello de que es la imagen más empleada en divulgación.
En esta entrada encontraréis la información relacionada con esta parte:
¿Vacío? Depende de a quién le preguntes
Gracias a la radiación Hawking podemos entender que un agujero negro tiene temperatura y por tanto entropía. Con esto solucionamos el nudo gordiano que habíamos presentado en la sección anterior.
Quinta Parte: Detección de Agujeros Negros por Rayos X
En esta última parte hable de cómo era posible detectar agujeros negros. Solo presenté un caso (ya iba corto de tiempo) que era el caso de un sistema estelar binario donde uno de los compañeros es un agujero negro. Presenté los mecanismo de creación de Rayos X en procesos astrofísicos y cómo sería una «firma» de un agujero negro viendo el espectro de energía de los rayos X emitidos por el sistema binario.
Esta parte estaba basada en las entradas escritas en colaboración con Salvador M. G. :
¿Cómo detectar agujeros negros con rayos X?
La charla
Aquí tenéis la conferencia:
También la podéis encontrar en el blog Tito Eilatron dixit:
Y en CIDLabs:
Espero que os guste.
Nos seguimos leyendo…
Cuentos Cuánticos 
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Si la existencia de los agujeros negros está en entredicho podría resultar que todas las teorías y cálculos realizados fueran falsos.
estas consideraciones no tienen ningún valor ya que no soy fisco, pero me planteo que.
1.- La luz es un fenómeno ondulatorio
2.-Sabemos que cualquier fenómeno ondulatorio en un medio liquido no es la partícula de agua la que se mueve a una determinada velocidad, lo que se detecta es una alteración del medio (agua) a una distancia determinada del punto de excitación y que la distancia de esa alteración al centro se mueve a una velocidad determinada.
3.- Extrapolando a la luz, resultaría que la luz para transmitirse necesita un medio al que excitar que bien pudiera ser la materia negra del universo.
4.- Que pasaría si los agujeros negros del universo pudieran ser simplemente agujeros vacíos en lo que no exista la materia negra y por tanto ningún tipo de señal puede entrar o salir de ellos porque no tiene medio para transmitirse.
Gran charla, amena, clara y muy entretenida
Más de lo mismo… me ha encantado la charla: bien estructurada, fácil de seguir como divulgación que es, con pinceladas de humos que relajan la exposición y al grano.
En especial, me ha gustado el tratamiento de la influencia del estado del cuerpo en su observación-interacción con la energía del vacío.
Una pregunta: En el minuto 27 muestras un diagrama de conos de luz solidario al estado del cuerpo en caída libre. ¿No debería ser inercial (recto de 45º) el cono de la posición del cuerpo-referencia del diagrama (el de caída libre en un punto espaciotemporal dado)?. Desde una distancia dada en caída libre, no se observan los cuerpos de distancias distintas, también en caída libre, como si fuesen inerciales, si no en estado de aceleración, por la morfología del espaciotiempo curvo a representar; pero, como cuerpo ideal puntual a considerarse el observador, el mismo sí que se puede considerar inercial. O ¿tal vez en el diagrama has puesto conos de luz de otros cuerpos transformados en el diagrama al estado del observador?.
Yo he dado por supuesto esto último, no no sé si lo estoy interpretando bien.
Saludos y feliz año nuevo a todos.
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Vale, esto me pasa por preguntar antes de terminar de verlo. Poca radiación, ok
http://curiosidadescuriosasma.blogspot.com.es/
Esperamos su visita.
Me ha encantado! Bonito regalo navideño! Si se me permite levantar la mano tengo una pregunta. Como de fuerte es la radiación del agujero negro? Puede estar el observador lejano friéndose con la radiación mientras el que cae en el agujero negro se mantiene tan ricamente a 0 grados?
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Una gozada de conferencia.