La gravedad, fuerza atractiva entre dos masas, es la que nos mantiene pegados a la tierra, dado el efecto gravitacional que esta ejerce en nosotros. Para liberarnos de la gravedad terrestre, se necesita una fuerza opuesta. Es la velocidad de escape lo que se requiere para poder lograrlo.
Newton inicialmente se preguntó como la Luna se mantenía en una órbita alrededor de la tierra, esto lo analizó y dedujo mediante una analogía con un tiro parabólico, como el que se tiene al disparar una bala desde un cañón; en esta analogía consideró que, al aumentar la fuerza de disparo, generaría una mayor aceleración y por ende una mayor distancia. Habría entonces un momento en que la fuerza podría ser suficiente para que la bala diera la vuelta a la tierra y alcanzaría nuevamente el cañón. Y si se acelera aún más, provocaría que la bala permanezca girando alrededor del planeta; en una continua “caída libre” alrededor de la tierra. Es esta la denominada velocidad orbital, y es lo que la ingeniería espacial usa para lanzar y mantiene satélites artificiales en órbita; la estación espacial internacional, y si, la Luna también está en continua caída libre. Si esta bala se acelera aún más, se puede alcanzar la “velocidad de escape”, dejando por completo la influencia gravitacional de la tierra. Esto es lo que se hizo en las misiones Apolo que viajaron a la Luna, con la maniobra de Inserción Trans-Lunar (TLI por sus siglas en inglés).
Velocidad orbital y de escape.
( nasaphysics.cet.edu)
Las teorías de Newton describen los efectos del movimiento, así como de la gravedad; mas no describen su causa. Fue Einstein quien, con su teoría de la relatividad especial, explicó la causa de las leyes del movimiento de Newton, y con su relatividad general, explicó las de la gravedad. Y junto con las teorías de Einstein, se deducían ciertos efectos gravitacionales que se consideraban extraños e improbables.
Efectos, como la dilatación del tiempo, las ondas gravitacionales y los agujeros negros se consideraron por mucho tiempo solo interesantes ejercicios derivados de las teorías de Einstein. Mas todos ellos fueron más tarde confirmados experimentalmente.
Agujeros negros y velocidad de escape.
El experimento explicado por Newton para escapar de la gravedad terrestre se lleva al límite cuando se considera un agujero negro. Los agujeros negros son una singularidad en el espacio-tiempo descrito por Einstein, donde la masa de un objeto es tan grande que su materia no puede resistir la fuerza de su misma gravedad y colapsa en ella misma, dando origen a un agujero negro, estos objetos tienen interesantes implicaciones.
Haciendo una analogía con el experimento de Newton, para escapar de un agujero negro se requiere de una velocidad extrema, más la velocidad tiene un límite, que es el de la luz. Como fue descrita por Maxwell y Einstein, todo tiene un límite de velocidad, que es la velocidad a la que se mueve la luz, equivalente a 300,000 Km/seg. Esta velocidad es suficiente para escapar de la gravedad de un agujero negro… hasta cierta distancia o límite. Una vez que se cruza este límite, la fuerza de gravedad es tan fuerte que es imposible escapar de ella, incluso para la misma luz, quedando atrapado inexorablemente en el agujero negro. Este límite se llama el “horizonte de eventos”. (Event Horizon).
Simulación de un agujero negro (Forbes.com)
Si se cruza el límite del horizonte de eventos, lo que sea que lo cruce se queda inexorablemente atrapado en el agujero negro, y esto tiene diversas implicaciones, entre otras:
Dado que la acción de la gravedad afecta el espacio tiempo, ante la presencia de una fuerza de gravedad mayor, el tiempo corre más lentamente, y al aproximarnos más hacia el centro al agujero negro notaríamos que el tiempo correría más y más lentamente; y en el centro de este el tiempo simplemente se detiene, así que desde esta perspectiva, en teoría sería posible presenciar todo el desarrollo del universo en un instante, pues aunque este tome miles y miles de millones de años, para nosotros este tiempo sería solo un instante, dado que el tiempo estaría detenido. Y para alguien que nos viera desde el exterior del horizonte de eventos le parecería que estaríamos completamente inmóviles y congelados en el tiempo.
Un efecto, no tan agradable, es lo que un objeto sufriría al entrar en el agujero negro; por ejemplo nuestro cuerpo, al cruzar el horizonte de eventos y acercarnos más a su centro; dada la intensa gravedad, si nos vamos acercando más a su centro con nuestros pies al frente; la fuerza de gravedad en nuestros pies seria mucho mayor que la que sentimos en nuestra cabeza, y esta diferencia terminaría por romper nuestro cuerpo por la mitad; este efecto se repetiría una y otra vez, cortando cada parte en dos partes más, hasta alcanzar un nivel donde los átomos serían separados, y después de este proceso nuestro cuerpo terminaría como un flujo de átomos. A este efecto se le llama “espaguetificación” pues el cuerpo es literalmente extruido tal como un espagueti.
El nombre de agujeros negros puede parecer inconsistente pues de acuerdo con simulaciones, y ahora incluso fotos, indican que no son del todo “negros”, esto debido a que están rodeados de materia que está siendo absorbida por ellos, y que se vuelve incandescente debido a la intensa fricción que sufre al girar alrededor del agujero negro, provocando su calentamiento que resulta en emisión de varios tipos de radiación, incluyendo rayos ultravioletas, rayos X o gamma.
Los agujeros negros no son espacios de solaz; contrariamente, son cuerpos con efectos extremadamente violentos; muchos de ellos, en particular los más grandes, giran a velocidades extremadamente altas; y en el caso de algunos agujeros negros supermasivos esta velocidad de giro llega a aproximarse a la misma velocidad de la luz.
Velocidad de giro en agujeros negros (astronomy.stackexchange.com)
La gravedad es por mucho la más débil de las cuatro fuerzas de la naturaleza, mas esta es de largo alcance, y en casos como los de los agujeros negros, puede llegarse a acumular tanta fuerza que provoca estos extraños efectos. Puede ser que la gravedad no sea la más fuerte, y puede incluso considerarse una fuerza gentil en ciertos casos; más sin duda es implacable.
Saludos
Alex, ScienceKindle!
