El Pequeño Libro De Los Agujeros Negros — Steven S. Gubser & Frans Pretorius / The Little Book of Black Holes by Steven S. Gubser & Frans Pretorius

Un buen libro didáctico. La dilatación del tiempo y la contracción de la duración se pueden explicar de manera muy simple. Además, los autores a través de temas que no se han introducido correctamente como Quarks. El Prefacio fue bastante prometedor y estaba bien escrito, pero no recomendaría este libro solo por el primer capítulo. Si no puede explicar temas simples, ¿qué tan malo será cuando necesite transmitir algo como la relatividad general? No voy a quedarme para averiguarlo, y tú tampoco deberías.

Era el 14 de septiembre de 2015, casi exactamente cien años después de que Albert Einstein formulara la teoría general de la relatividad. Dos detectores masivos, uno en Luisiana y otro en Washington, estaban sometiéndose a los preparativos finales para una carrera científica destinada a detectar ondas gravitatorias. De repente, y de manera inesperada, los instrumentos del detector registraron un peculiar chirrido. Si lo hiciéramos audible, sonaría como un porrazo apagado y grave.
Cinco meses después, tras un escrutinio cuidadoso de los datos registrados por esos detectores, el Observatorio de Ondas Gravitatorias por Interferometría Láser (LIGO, por sus siglas en inglés) anunció públicamente sus resultados. Aquel chirrido era exactamente la clase de señal que habían esperado hallar. Era el eco distante de un par de agujeros negros capturados en el acto de fundirse en un solo agujero negro mayor.
LIGO anunció un segundo suceso confirmado que ocurrió el día de Navidad de 2015, y un tercero ocurrido el 4 de enero de 2017. Estos sucesos son comparables, a rasgos generales, al primer descubrimiento, y deberían darnos mucha más confianza en que el LIGO está verdaderamente observando fusiones de agujeros negros. En conjunto, creemos estar presenciando el amanecer de una nueva era de la astrofísica observacional: una era en la que los agujeros negros tendrán un papel central.
Los agujeros negros, por un lado como objetos físicos cuya existencia está ya casi por encima de toda duda, y por otro como laboratorios teóricos que nos permiten afilar nuestra comprensión no solo de la gravedad, sino también de la mecánica cuántica y la física térmica.
Entonces, ¿qué es un agujero negro? Esencialmente, es una región del espacio-tiempo hacia la que la materia es arrastrada y de la que escapar es imposible.

La «superficie» de un agujero negro. Es una superficie en el sentido geométrico de ser un lugar bidimensional en el espacio tridimensional. Por ejemplo, en el caso más simple de un agujero negro de Schwarzschild, el horizonte es una esfera perfecta cuyo radio se llama radio de Schwarzschild. Lo extraño del horizonte de un agujero negro es que (al menos según el conocimiento convencional) no es la superficie de nada en particular. En el momento en que lo atraviesas, no notas nada especial. El único problema surge cuando intentas darte la vuelta y volver afuera. Por muy duro que lo intentes —usando un cohete, un cañón láser o lo que sea—, y por mucha ayuda que obtengas del exterior, es imposible volver afuera del horizonte, o incluso mandar una señal de socorro al exterior para avisar de que estás atrapado. De manera poética, podemos pensar en el horizonte de un agujero negro como si fuera el borde de una cascada, a partir del cual el espacio-tiempo se precipita ineluctablemente hacia abajo hasta una singularidad que destruye todas las cosas.
Los agujeros negros son más que un experimento mental. Se piensa que ocurren en el universo en al menos dos situaciones. Una se refiere a las líneas generales de la discusión anterior sobre las estrellas de neutrones. Cuando las estrellas grandes agotan su combustible nuclear, se colapsan sobre sí mismas. Este colapso es un proceso desordenado en el que una gran cantidad de materia resulta escupida hacia el universo circundante, en una explosión llamada supernova.
Se piensa que unos agujeros negros mucho mayores existen en el centro de las galaxias. La forma exacta en que se formaron estos agujeros negros es más misteriosa y puede estar relacionada con la materia oscura, con la física del universo muy joven, o con ambas. Los agujeros negros del centro de las galaxias son tremendamente masivos, con masas de miles a miles de millones de veces la masa del Sol. Se piensa que uno de ellos está en el centro de la Vía Láctea, y que tiene unos 4 millones de masas solares.

La relatividad general subsume la relatividad especial e incluye también la gravedad. La relatividad general es la teoría que necesitamos para entender realmente los agujeros negros. Einstein desarrolló la relatividad general durante un periodo de varios años que culminó en un artículo de finales de 1915, en el que presentaba las denominadas ecuaciones de campo de Einstein. Estas ecuaciones describen cómo la gravedad distorsiona el espacio-tiempo.
La relatividad especial depende del postulado de que la velocidad de la luz es constante. En otras palabras, se supone que la velocidad de la luz es la misma cuando la miden los observadores del tren que cuando la miden los observadores del andén. Si no fuera así, bastaría medir la velocidad de la luz para que un observador pudiera decidir en cuál de los dos marcos de referencia está situado. Pero un principio central de la teoría de la relatividad es que la física debe ser la misma en cualquier marco de referencia, de modo que no puedas decidir en qué marco estás mediante ninguna medición física. Según este principio, no puedes elegir un marco y decir: «Permanecer en este marco es lo que significa estar estacionario; el movimiento consiste en estar en un marco diferente». Lo único que podemos decir es: «Cualquier marco es tan bueno como cualquier otro; la única idea de movimiento que podemos permitir es el movimiento de un observador respecto a otro». En otras palabras, los estados de movimiento no son absolutos; son relativos.

En la relatividad especial, el espacio-tiempo es un escenario vacío. Los observadores y los rayos de luz se mueven en él, y podemos hablar con sensatez sobre el tiempo entre dos sucesos o la distancia entre dos objetos, siempre que tengamos en mente ideas como el tiempo propiamente dicho, el espacio propiamente dicho, la dilatación del tiempo y la contracción de la longitud. La creencia central de que todo movimiento es relativo pone de manifiesto lo muy vacío que está realmente el espacio-tiempo.
Al menos según nuestro conocimiento actual, no hay nada más allá de las cuatro dimensiones del espacio-tiempo en lo que este se pueda curvar. Las buenas preguntas sobre la curvatura en la relatividad general son las que pueden responderse mediante geodésicas en el espacio de cuatro dimensiones. Ni siquiera tenemos que pensar en «atajos» a través de alguna geometría ambiente mayor, como el atajo por dentro de la Tierra entre Washington DC y San Francisco. Es verdad que, cuando dibujamos el espacio-tiempo curvo en las figuras que ilustran los efectos de la gravedad, lo representamos como una membrana bidimensional que se comba hacia abajo en presencia de cuerpos masivos. Esa imagen emplea una dimensión adicional en la que se curva la membrana. Es una buena imagen, entre otras cosas porque nos permite visualizar la manera en que el espacio se abre un poco en la vecindad de un cuerpo masivo. Pero, por todo lo que sabemos, el mundo real solo es tetradimensional, y el espacio-tiempo tetradimensional se curva por sí mismo, sin necesidad de una quinta dimensión.

Se piensa que, en nuestro universo, todos los agujeros negros son eléctricamente neutros. Si de algún modo atraparan una gran cantidad de carga, enseguida atraerían iones de la carga opuesta del medio interestelar y quedarían neutralizados.
Resumiendo, la mayoría de las colisiones de agujeros negros en el universo son probablemente de la variedad «caída en espiral/fusión».
La radiación de Hawking es la propiedad termodinámica más celebrada de los agujeros negros. De igual importancia, sin embargo, es la entropía de BekensteinHawking de los agujeros negros, llamada así por Jacob Bekenstein y Stephen Hawking. Recuerda que la entropía mide el número de estados cuánticos disponibles para un sistema. (Con más precisión, la entropía es el logaritmo del número de estados cuánticos disponibles.) Su propiedad más importante es que, en procesos físicos, nunca decrece y normalmente aumenta. Otra propiedad importante es que la entropía de dos sistemas juntos no puede ser mayor que la suma de sus entropías separadas. En la materia ordinaria, lo más habitual es que la entropía de un todo sea la suma de las entropías de sus partes.

El colapso final puede ser un destino preferible a la interminable expansión del universo que imaginan muchos cosmólogos. ¿Puede algún tipo de destrucción creativa al final del espacio-tiempo mismo abrir nuestra percepción a unos paisajes con los que aún no hemos soñado?…

A good didactic book. Time dilation and length contraction can be explained quite simply. Also, the authors through in subjects that have not been introduced properly like Quarks. The Preface was quite promising and well written, but I would not recommend this book based on the first chapter alone. If you cannot explain simple topics, how bad will it be when you need to convey something like general relativity? I’m not going to stick around to find out, and neither should you.

It was September 14, 2015, almost exactly one hundred years after Albert Einstein formulated the general theory of relativity. Two massive detectors, one in Louisiana and one in Washington, were undergoing final preparations for a scientific career aimed at detecting gravitational waves. Suddenly, and unexpectedly, the instruments of the detector registered a peculiar screech. If we did it audibly, it would sound like a muffled and serious blow.
Five months later, after a careful scrutiny of the data recorded by these detectors, the Laser Interferometry Gravitational Wave Observatory (LIGO) publicly announced its results. That screech was exactly the kind of signal they had hoped to find. It was the distant echo of a pair of black holes captured in the act of merging into a single larger black hole.
LIGO announced a second confirmed event that occurred on Christmas Day 2015, and a third occurred on January 4, 2017. These events are comparable, in general terms, to the first discovery, and should give us much more confidence that the LIGO is truly observing mergers of black holes. Together, we believe we are witnessing the dawn of a new era of observational astrophysics: an era in which black holes will play a central role.
Black holes, on the one hand as physical objects whose existence is already almost beyond doubt, and on the other as theoretical laboratories that allow us to sharpen our understanding not only of gravity, but also of quantum mechanics and thermal physics.
So, what is a black hole? Essentially, it is a region of space-time to which matter is drawn and from which escape is impossible.

The “surface” of a black hole. It is a surface in the geometric sense of being a two-dimensional place in three-dimensional space. For example, in the simplest case of a Schwarzschild black hole, the horizon is a perfect sphere whose radius is called the Schwarzschild radius. The strange thing about the horizon of a black hole is that (at least according to conventional knowledge) it is not the surface of anything in particular. The moment you go through it, you do not notice anything special. The only problem arises when you try to turn around and go back outside. No matter how hard you try-using a rocket, a laser cannon or whatever-and no matter how much help you get from the outside, it’s impossible to go back outside the horizon, or even send a distress signal to the outside to let you know you’re caught. In a poetic way, we can think of the horizon of a black hole as if it were the edge of a waterfall, from which space-time precipitates ineluctably down to a singularity that destroys all things.
Black holes are more than a thought experiment. It is thought that they occur in the universe in at least two situations. One refers to the general lines of the previous discussion on neutron stars. When big stars exhaust their nuclear fuel, they collapse on themselves. This collapse is a disordered process in which a large amount of matter is spit into the surrounding universe, in an explosion called a supernova.
It is thought that much larger black holes exist in the center of galaxies. The exact form in which these black holes were formed is more mysterious and may be related to dark matter, to the physics of the very young universe, or to both. The black holes at the center of the galaxies are tremendously massive, with masses of thousands to billions of times the mass of the Sun. One of them is thought to be at the center of the Milky Way, and it has about 4 million masses solar

General relativity subsumes special relativity and also includes gravity. General relativity is the theory we need to really understand black holes. Einstein developed general relativity over a period of several years that culminated in an article in late 1915, in which he presented the so-called Einstein field equations. These equations describe how gravity distorts spacetime.
Special relativity depends on the postulate that the speed of light is constant. In other words, it is assumed that the speed of light is the same when measured by train observers when measured by platform observers. If this were not the case, it would be enough to measure the speed of light so that an observer could decide which of the two frames of reference is located. But a central principle of the theory of relativity is that physics must be the same in any frame of reference, so that you can not decide in which frame you are by any physical measurement. According to this principle, you can not choose a frame and say: “Staying in this frame is what it means to be stationary; the movement consists in being in a different frame ». The only thing we can say is: “Any frame is as good as any other; the only idea of ​​movement that we can allow is the movement of one observer with respect to another. ” In other words, the states of movement are not absolute; they are relative.
In special relativity, spacetime is an empty stage. The observers and the rays of light move in it, and we can talk sensibly about the time between two events or the distance between two objects, provided that we have in mind ideas such as time proper, space itself, the dilation of the time and the contraction of the length. The central belief that all movement is relative reveals how very empty space-time really is.
At least according to our current knowledge, there is nothing beyond the four dimensions of spacetime in which it can be bent. The good questions about the curvature in general relativity are those that can be answered by geodesics in the space of four dimensions. We do not even have to think of “shortcuts” through some larger environment geometry, like the shortcut inside Earth between Washington DC and San Francisco. It is true that, when we draw curved space-time in the figures that illustrate the effects of gravity, we represent it as a two-dimensional membrane that buckles down in the presence of massive bodies. That image employs an additional dimension in which the membrane is curved. It is a good image, among other things because it allows us to visualize the way space opens a little in the vicinity of a massive body. But, for all we know, the real world is only four-dimensional, and four-dimensional space-time curves by itself, without the need for a fifth dimension.

It is thought that, in our universe, all black holes are electrically neutral. If they somehow caught a large amount of charge, they would immediately attract ions from the opposite charge of the interstellar medium and be neutralized.
In short, the majority of black hole collisions in the universe are probably of the “spiral / fusion” variety.
Hawking radiation is the most celebrated thermodynamic property of black holes. Equally important, however, is the entropy of BekensteinHawking of black holes, named after Jacob Bekenstein and Stephen Hawking. Remember that entropy measures the number of quantum states available to a system. (More precisely, entropy is the logarithm of the number of available quantum states.) Its most important property is that, in physical processes, it never decreases and normally increases. Another important property is that the entropy of two systems together can not be greater than the sum of their separate entropies. In ordinary matter, the most common is that the entropy of a whole is the sum of the entropy of its parts.

The final collapse may be a preferable destination to the endless expansion of the universe imagined by many cosmologists. Can any kind of creative destruction at the end of space-time itself open our perception to landscapes with which we have not yet dreamed? …

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.