Dentro do «pozo intuitivo»

[Esta é unha tradución adaptada do artigo orixinal de 11 de abril de 2007 Dentro del “pozo intuitivo”, de Pedro Gómez-Esteban González, que pode lerse nesta ligazón.]

No artigo de hoxe tentarei, dun xeito bastante heterodoxo, facer máis comprensible a natureza dos buracos negros. Por que se chaman «buracos»? Por que «negros»? Coma sempre, a miña filosofía será antes simplista ca incomprensible, así que, se es astrofísico, pecha os ollos e non berres: este artigo é para principiantes.

Imaxina que estás de pé na superficie da Terra e saltas verticalmente cara arriba. Segundo subes, vas reducindo a túa velocidade ata que paras, e entón comezas a caer ata que volves ao chan. Se saltas cunha maior velocidade inicial, chegas máis alto, pero á fin volves caer ao chan. Porén, se conseguises saltar cunha velocidade inicial abonda, non volverías caer: escaparías da gravidade terrestre e perderíaste no espazo. Nunca observaches isto porque a velocidade inicial á que terías que saltar é duns 11 km/s (uns 40 000 km/h). Esta velocidade chámase velocidade de escape. Como ti non podes saltar con velocidade tal, non podes escapar da Terra por ti mesmo. Grazas á nosa intelixencia, os seres humanos construímos máquinas que nos permiten escapar da gravidade terrestre, aínda que non o fan exactamente «saltando», pero esa é outra historia.

Pero comprender o que esa velocidade significa é difícil. Mírao deste outro xeito: é coma se estiveses no fondo dun pozo e, para saíres, tiveses que saltar dabondo para acadar o bordo. Pero como é de profundo este pozo? É aquí onde, se es físico, podes comezar a rinchar os dentes, porque me propoño facer unhas aproximacións e suposicións que che porán a carne de galiña… pero creo que o resultado é moi descritivo e útil.

Na nosa vida cotiá, a aceleración da gravidade é 9,8 m/s². É moi doado imaxinar a que altura sobe un obxecto se o lanzas a 10 m/s ou a 20 m/s, porque a nosa intuición está afeita a estes valores. De xeito que supoñamos que estás nun «pozo intuitivo», é dicir, no cal a gravidade é sempre 9,8 m/s². Esquece momentaneamente que esa aceleración está producida por un planeta esférico e a súa masa e imaxina que as cousas simplemente caen «cara abaixo» con esa aceleración. Libérate durante un momento do teu coñecemento e imaxina que vives no «mundo intuitivo». Lembra que o noso obxectivo é que a túa intuición poida «fincarlle os dentes» á velocidade de escape.

Que velocidade tería entón o noso «pozo intuitivo» se para saír del fixera falta saltar a 11 km/s? O cálculo por enerxías é moi sinxelo e o resultado é impactante: tería uns 6000 km de profundidade, case coma se estiveses no centro da Terra e tiveses que dar un salto ata a superficie (supondo que a gravidade fose constante, que non o é). Vaia señor pozo! Mirándoo así, é fácil entender por que nos custou tanto esforzo saír do noso planeta natal… Estamos nun señor buraco. De feito, ten bastante mérito que conseguísemos saír.

Pero se, no canto de estares sobre a superficie da Terra estiveses sobre a de Xúpiter, terías que ir aínda máis rápido para escapar: a velocidade de escape en Xúpiter é 59,5 km/s (uns 210 000 km/h). Isto quere dicir que o «pozo intuitivo» de Xúpiter tería 180 000 quilómetros de profundidade. Unhas quince veces o diámetro da Terra. Pero hai máis.

Se conseguises camiñar sobre a superficie do Sol e sobrevivir, terías que saltar moi rápido para escapar: a túa velocidade tería de ser, ao menos, 617 km/s. Máis de dous millóns de quilómetros por hora! Escapar do Sol é moi difícil. Equivale a se atopar no fondo dun pozo de dezanove millóns de quilómetros de profundidade… unhas cincuenta veces a distancia entre a Terra e a Lúa! De feito, se quixeses comunicarte con alguén que está fóra do pozo, poderías empregar unha lanterna para lle mandar mensaxes, pero a luz tardaría un minuto en chegar ao seu destinatario.

No entanto, o Sol non é a estrela cuxo pozo é o máis profundo; hai outras nas que é preciso ir moito máis rápido. Por exemplo, un caso bastante extremo: se estiveses na superficie dunha estrela de neutróns (un dos obxectos máis densos do Universo), entón terías de saltar a 240 000 quilómetros por segundo para escapar… o 80 % da velocidade da luz! Ao movéreste a tal velocidade, mesmo notarías os efectos relativistas. Sería coma se estiveses nun pozo tan profundo que falar de quilómetros non ten sentido: tería medio ano luz de profundidade! Se quixeses empregar a túa lanterna para mandar mensaxes á persoa que está fóra, tardaría seis meses en recibilos.

O quid da cuestión é que chega un momento no cal unha estrela que se comprima suficientemente por mor da presión gravitatoria pode ser tan densa que a velocidade de escape na súa superficie é meirande ca a velocidade da luz. Nin tan só a luz iría rápido dabondo para escapar. Se tratases de utilizar a túa lanterna para mandar unha mensaxe cara a fóra, o feixe de luz curvaríase cara abaixo e caería aos teus pés! Velaquí por que estes obxectos se chaman «negros»: se os iluminas, a luz que se reflicte sobre a súa superficie cúrvase de novo e volve caer… Nunca torna aos teus ollos, de maneira que non podes ver o obxecto desde fóra.

Pero pensa no «pozo intuitivo» do que falabamos. Na superficie dun obxecto cunha velocidade de escape maior ca a da luz, a profundidade do pozo é infinita. Dá igual canto te esforces, nunca poderás saír. Dá igual que tentes comunicarte co exterior, as túas mensaxes volverían «caer aos teus pés». Dito doutro xeito, polo que a ti respecta, non existe nada máis que o pozo, porque o bordo do pozo e mais o mundo que hai fóra del están a unha distancia infinita de ti… A efectos prácticos, non existen: estás nun buraco tan profundo que «caíches fóra» do Universo. Iso é un buraco negro.

Se estas bastas aproximacións e suposicións serviron para que a túa intuición acepte, en parte, a enormidade que significa un buraco negro, entón pagou a pena. Despois disto, o noso pozo de 6000 km de profundidade semella un pequeno buraco, non si?


Sobre o autor: Pedro Gómez-Esteban González é físico, profesor de Educación Secundaria e autor do blog El Tamiz.

Advertisements

Deixar unha resposta

introduce os teu datos ou preme nunha das iconas:

Logotipo de WordPress.com

Estás a comentar desde a túa conta de WordPress.com. Sair / Cambiar )

Twitter picture

Estás a comentar desde a túa conta de Twitter. Sair / Cambiar )

Facebook photo

Estás a comentar desde a túa conta de Facebook. Sair / Cambiar )

Google+ photo

Estás a comentar desde a túa conta de Google+. Sair / Cambiar )

Conectando a %s