Janna Levin: el sonido del Universo

Quiero pedirles que consideren por un segundo el hecho muy simple de que, por lejos, gran parte de lo que sabemos del Universo proviene de la luz. Podemos estar en la Tierra y mirar el cielo nocturno y ver las estrellas a simple vista. El Sol quema nuestra visión periférica; vemos la luz reflejada por la Luna y desde que Galileo apuntó ese telescopio rudimentario a los cuerpos celestes el universo conocido viene a nosotros por la luz en vastas eras de la historia cósmica. Y con los telescopios modernos hemos podido captar esta imponente película muda del Universo; esta serie de fotos que va hasta el Big Bang.

Y, sin embargo, el Universo no es una película muda, porque no es silencioso. Me gustaría convencerlos de que el Universo tiene una banda sonora que suena en el propio espacio. Porque el espacio puede redoblar como un tambor. Puede hacer sonar una suerte de grabación a través del Universo de los eventos más espectaculares a medida que van sucediendo. Ahora nos gustaría poder agregarle a la gloriosa composición visual que tenemos del Universo una composición sonora. Y aunque nunca he oído los sonidos del espacio, deberíamos en los próximos años empezar a subir el volumen de lo que está sucediendo afuera.

Así, en esta ambición por captar canciones del Universo dirigimos nuestra atención a los agujeros negros y a la promesa que representan; porque los agujeros negros pueden golpear el espacio-tiempo como mazas sobre un tambor y producir una canción muy característica. Me gustaría reproducirles algunas de nuestras predicciones de cómo sería esa canción. Los agujeros negros son oscuros en el cielo negro. No los podemos ver directamente. No los vemos gracias a la luz, al menos no directamente. Podemos verlos indirectamente porque los agujeros negros hacen estragos en su entorno. Destruyen las estrellas de su alrededor. Agitan los desechos de sus alrededores. Pero no se nos hacen presentes a través de la luz. Puede que un día veamos una sombra, un agujero negro puede tejer un fondo muy brillante, pero todavía no pudimos. Y los agujeros negros se pueden oír aún cuando no se los vea y eso gracias a que golpean al espacio-tiempo como a un tambor.

Le debemos la idea de que el espacio puede sonar como un tambor a Albert Einstein, a quien le debemos mucho. Einstein se dio cuenta de que si el espacio fuera vacío, si el Universo estuviera vacío, sería como esta imagen, excepto quizá, por la grilla de ayuda dibujada sobre ella. Pero si fuéramos en caída libre por el espacio, incluso sin esta grilla de ayuda, podríamos pintarla nosotros mismos, porque notaríamos que viajamos en líneas rectas, caminos rectos sin desvíos, por el Universo. Einstein también se dio cuenta -este es el verdadero meollo de la cuestión- de que si uno pone energía o masa en el Universo curvaría el espacio. Y un objeto en caída libre pasaría, digamos, el Sol y se desviaría por las curvas naturales del espacio. Es la gran Teoría General de la Relatividad de Einstein. Incluso la luz se doblará por esos caminos. Y se puede doblar tanto y quedar atrapado en órbita alrededor del Sol como la Tierra, o la Luna alrededor de la Tierra. Estas son las curvas naturales del espacio.

Lo que Einstein no se dio cuenta fue que, si uno toma el Sol y lo comprime hasta los 6 kilómetros, si uno toma una masa de un millón de veces la de la Tierra y la comprime hasta los 6 km de lado a lado, produciría un agujero negro, un objeto tan denso que si la luz pasara demasiado cerca nunca escaparía... una sombra oscura en el Universo. No fue Einstein quien se dio cuenta de esto sino Karl Schwarzchild, un judío alemán en la Primera Guerra Mundial que se alistó en el ejército alemán ya siendo un científico avezado, trabajando en el frente ruso. Me gusta imaginar a Schwarzchild en guerra en las trincheras calculando trayectorias balísticas de fuego de cañón y luego, en el medio, calculando las ecuaciones de Einstein... como se hace en las trincheras. Y él estaba leyendo la recientemente publicada Teoría General de la Relatividad y quedó muy impresionado por esta teoría. Y rápidamente conjeturó una solución matemática exacta que describía algo muy extraordinario: curvas tan fuertes que el espacio llovería en ellas, el espacio mismo se curvaría como una cascada que fluiría por la garganta de un hoyo. Y ni la luz podría escapar de esta corriente. La luz sería arrastrada dentro del hoyo, como todo lo demás, y todo lo que quedaría sería una sombra.

Y le escribió a Einstein y le dijo: "Como va a ver, la guerra ha sido lo suficientemente amable a pesar del intenso tiroteo. He podido escapar de todo y recorrer la tierra de sus ideas". Einstein quedó muy impresionado con su solución exacta y cabría esperar también que fuera por la dedicación del científico. Esto es el científico tenaz bajo condiciones muy duras. Y llevó la idea de Schwarzschild a la Academia Prusiana de Ciencias a la semana siguiente. Pero Einstein siempre pensó que los agujeros negros eran una rareza matemática. No creía que existieran en la Naturaleza. Pensó que la Naturaleza nos protegería de su formación. Pasaron décadas antes de acuñar el término agujero negro y que la gente se diera cuenta de que los agujeros negros son objetos astrofísicos reales -de hecho, representan la muerte de estrellas muy masivas que colapsan catastróficamente al final de su vida.

Pero nuestro Sol no colapsará en un agujero negro. No tiene la suficiente masa. Pero si hiciéramos un pequeño experimento mental de los que les gustaba hacer a Einstein podríamos imaginar comprimir el Sol en 6 kilómetros y ponerle una pequeña Tierra en órbita quizá a 30 km del Sol agujero negro. Y sería auto-iluminada, dado que no habría Sol, no tendríamos otra fuente de luz, así que hagamos nuestra pequeña Tierra auto-iluminada. Y nos daríamos cuenta que podíamos poner la Tierra en una órbita feliz hasta 30 km por fuera de este agujero negro comprimido. Este agujero negro comprimido entraría en Manhattan, más o menos. Podría derramarse un poco en el río Hudson antes de destruir la Tierra. Pero básicamente estamos hablando de eso. Estamos hablando de un objeto que uno pueda comprimir a la mitad de la superficie cuadrada de Manhattan.

Así, movemos esta Tierra muy cerca -a 30 km- y observamos que orbita perfectamente bien alrededor del agujero negro. Hay una especie de mito de que los agujeros negros devoran todo en el Universo pero hay que estar realmente muy cerca para caer. Pero, lo muy impresionante desde nuestro punto de vista, es que siempre podemos ver la Tierra. No puede esconderse detrás del agujero negro. La luz de la Tierra, algo de su luz cae en él, pero otra parte escapa y llega hasta nosotros. Así que no se puede esconder nada tras un agujero negro. Si esto fuera Battlestar Galactica y estuvieran combatiendo a los Cyclons no se escondan tras el agujero negro. Pueden verlos.

Pero nuestro Sol no colapsará en un agujero negro; no tiene la masa suficiente, pero hay decenas de miles de agujeros negros en nuestra galaxia. Y si uno eclipsara la Vía Láctea, tendría este aspecto. Veríamos una sombra de ese agujero negro contra los cientos de miles de millones de estrellas en la Vía Láctea y sus franjas de polvo luminoso. Y si fuéramos a caer hacia este agujero negro veríamos toda esa luz a su alrededor e incluso podríamos empezar a cruzar esa sombra sin notar que había pasado algo espectacular. Sería malo si intentáramos encender nuestros cohetes para salir de allí porque no podríamos; ni la luz puede escapar.

Pero si bien el agujero negro es oscuro por fuera, no es oscuro por dentro, porque toda la luz de la galaxia puede caer tras de nosotros. Y aún así, debido a un efecto relativista conocido como dilatación del tiempo, nuestros relojes parecerían retrasarse en relación con el tiempo galáctico, se vería como si la evolución de la galaxia se hubiera acelerado y nos hubiera disparado justo antes de morir aplastados por el agujero negro. Sería como una experiencia cercana a la muerte en la que veríamos la luz al final del túnel, pero sería una muerte total. (Risas) Y no hay manera de contarle a nadie de esa luz al final del túnel.

Nunca hemos visto una sombra como ésta de un agujero negro, pero los agujeros negros pueden oírse aún cuando no puedan verse. Imaginen ahora una situación astrofísica realista: imaginen dos agujeros negros que han vivido una larga vida juntos. Quizá empezaron como estrellas y colapsaron en dos agujeros negros... cada uno de 10 veces la masa del Sol. Ahora los vamos a comprimir a una distancia de 60 km. Pueden girar cientos de veces por segundo. Al final de sus vidas van a ir uno en torno al otro a muy cerca de la velocidad de la luz. Así que están atravesando miles de kilómetros en una fracción de segundo. Y, al hacerlo, no sólo curvan el espacio sino que dejan a su paso un zumbido espacial, una onda real en el espacio-tiempo. El espacio se contrae y se estira mientras emana de estos agujeros negros que golpean en el Universo. Y viajan por el cosmos a la velocidad de la luz.

Esta simulación por computadora pertenece a un grupo de relatividad de NASA Goddard. Llevó casi 30 años hasta que alguien pudo resolver este problema. Este fue uno de los grupos. Muestra dos agujeros negros orbitando uno sobre el otro; de nuevo, con estas curvas pintadas como ayuda. Y si pueden ver -es un poco débil- pero si pueden ver las ondas rojas que emanan, esas son las ondas gravitatorias. Son, literalmente, los sonidos del espacio y saldrán de estos agujeros negros a la velocidad de la luz a medida que suenan y se funden en un agujero negro silencioso que gira al final del día. Si estuviéramos lo suficientemente cerca, sus oídos resonarían con las contracciones y expansiones del espacio. Oiríamos literalmente el sonido. Ahora, por supuesto, la cabeza se comprimiría y estiraría inútilmente, y eso podría dificultar la comprensión de qué está pasando. Pero me gustaría reproducirles el sonido que predecimos.

Esto es de mi grupo... un modelo por computadora un poco menos glamoroso. Imaginen un agujero negro más liviano que cae dentro de un agujero negro muy pesado. El sonido que están escuchando es el agujero liviano golpeando el espacio cada vez que se acerca. Si se aleja mucho es bien silencioso. Pero entra como una maza y, literalmente, raja el espacio redoblando como un tambor. Y podemos predecir cuál va a ser el sonido. Sabemos que, a medida que cae, se va cada vez más rápido y más fuerte. Y, finalmente, vamos a oír al pequeño caer dentro del más grande. (Golpeteo) Luego, se ha ido. Nunca lo he oído tan fuerte... en realidad es más espectacular. En casa suena un poco decepcionante. Hace din, din, din.

Este es otro sonido de mi grupo. No les estoy mostrando imágenes porque los agujeros negros no dejan detrás útiles caminos de tinta, el espacio no queda pintado para evidenciar las curvas. Pero si estuvieran flotando por el espacio en vacaciones y oyeran esto querrían ponerse en movimiento. (Risas) Querrían alejarse del sonido. Ambos agujeros negros están moviéndose. Ambos agujeros negros se están acercando uno a otro. En este caso ambos están bamboleándose mucho. Y se van a fusionar. (Golpeteo) Se ha ido. Ese chirrido es muy característico de la fusión de agujeros negros... que haga un chirrido al final. Esa es nuestra predicción de lo que vamos a ver.

Por suerte estamos a una distancia segura en Long Beach, California. Y seguramente en algún lugar del Universo se han fusionado dos agujeros negros. Y, sin duda, el espacio circundante está sonando luego de viajar quizá un millón de años luz, o un millón de años, a la velocidad de la luz hasta nosotros. Pero el sonido es demasiado leve para que lo oigamos. Hay experimentos muy laboriosos desarrollándose en la Tierra -uno se llama LIGO- que va a detectar desviaciones en la contracción y expansión del espacio en menos de una fracción del núcleo de un átomo a más de 4 kilómetros. Es un experimento muy ambicioso y va a tener una sensibilidad avanzada en los próximos años... para detectar esto. También hay una misión propuesta para el espacio que esperemos se lance en los próximos 10 años, llamada LISA. Y LISA podrá ver agujeros negros súper masivos, agujeros negros con millones o miles de millones de veces el tamaño del Sol.

En esta imagen del Hubble vemos dos galaxias. Se ven como si se estuvieran congeladas en un abrazo. Y cada una probablemente alberga un agujero negro súper masivo en su centro. Pero no están congelados, se están fusionando. Estos dos agujeros negros están colisionando y se fusionarán en una escala de mil millones de años. Está más allá de nuestra percepción humana registrar un sonido de esa duración. Pero LISA podría ver las etapas finales de dos agujeros negros súper masivos anteriores en la historia del Universo; los últimos 15 minutos antes de que colisionaran. Y no son sólo los agujeros negros sino también cualquier gran perturbación del Universo; la más grande de todas es el Big Bang. Cuando se acuñó esa expresión fue en tono de burla como: "Oh, ¿quién podría creer en un Big Bang?" Pero ahora podría considerarse técnicamente más preciso porque podría hacer "bang"; podría hacer un sonido.

Esta animación de mis amigos de Proton Studios muestra el Bing Bang visto desde afuera. En realidad no queremos hacer eso; queremos estar dentro del Universo, porque no existe cosa tal como estar fuera del Universo. Así que imaginen estar dentro del Big Bang. Está en todas partes, a nuestro alrededor, y el espacio se tambalea en forma caótica. Pasan 14 mil millones de años y esta canción sigue sonando a nuestro alrededor. Las galaxias se forman y se forman generaciones de estrellas en esas galaxias. Y alrededor de una estrella al menos una estrella es un planeta habitable. Y aquí estamos construyendo frenéticamente estos experimentos haciendo estos cálculos, escribiendo este código informático.

Imaginen que hace mil millones de años colisionaron dos agujeros negros. Esa canción ha estado sonando en el espacio todo ese tiempo. Nosotros ni estábamos aquí. Se acerca cada vez más... hace 40 000 años todavía estamos haciendo pinturas rupestres. De prisa, construimos los instrumentos. Se acerca cada vez más, y en el año 20XX cualquiera sea el año cuando nuestros detectores tengan sensibilidad avanzada los construiremos, encenderemos las máquinas y, bang, la atraparemos... la primera canción del espacio. Si fuera el Big Bang lo que captáramos sonaría de este modo. (Estática) Es un sonido terrible. Literalmente es la definición del ruido. Es el ruido blanco, es un sonido caótico. Pero, presumiblemente, nos rodea por doquier si no ha desaparecido a causa de otro proceso del Universo. Y si lo detectamos, será música para nuestros oídos, porque va a ser el eco tranquilo de ese momento de nuestra creación, de nuestro universo observable.

Así, en los próximos años vamos a poder subir un poco el volumen de la banda sonora representar el audio del Universo. Pero si detectamos esos primeros momentos eso nos va a acercar mucho más a una comprensión del Bing Bang, nos va a acercar mucho más a plantearnos algunas de las cuestiones más difíciles, más esquivas. Si pasamos la película del Universo al revés sabemos que hubo un Big Bang en nuestro pasado y podríamos incluso escuchar su sonido cacofónico pero, ¿nuestro Big Bang fue el único Big Bang? Digo, tenemos que preguntarnos, ¿sucedió antes? ¿Sucederá de nuevo? Digo, con la idea de aumentar el desafío de TED de reavivar el asombro podemos hacer preguntas, al menos en este último minuto, que, honestamente, podrían evadirnos por siempre.

Pero tenemos que preguntarnos: ¿Es posible que nuestro Universo sea el penacho de una historia más grande? ¿O que seamos sólo una rama de un multiverso... cada rama con su propio Big Bang en su pasado... quizá algunos con agujeros negros que blanden tambores, quizá otros que no... quizá algunos con vida inteligente, y quizá otros no... no en nuestro pasado, no en nuestro futuro, pero, de algún modo conectados con nosotros en lo profundo? Así que tenemos que preguntarnos, si hay un multiverso, en algún otro parche de ese multiverso ¿hay criaturas? Estas son las criaturas de mi multiverso. ¿Existen otras criaturas en el multiverso que se pregunten por nosotros y por sus propios orígenes? Y si existen puedo imaginarlos como nosotros: calculando, escribiendo código informático, construyendo instrumentos, tratando de detectar el más leve sonido de sus orígenes y preguntándose quién más está ahí afuera.

Gracias. Gracias.

(Aplausos)