Hoyos negros y curvatura espacio-tiempo

Shahen Hacyan

LOS HOYOS NEGROS Y LA CURVATURA DEL ESPACIO-TIEMPO
EDICIONES
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la ciencia para todos
Primera edición, 1988
Sexta reimpresión, 1997
Segunda edición, 1998
La Ciencia para todos es proyecto y propiedad del Fondo de Cultura Económica, al que pertenecen también sus derechos. Se publica con los auspicios de la Subsecretaría de Educación Superior e Investigación Científica dela SEP y del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología.
D.R. © 1988, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA, S. A. DE C. V.
D.R. © 1998, FONDO DE CULTURA ECONÓMICA
Carretera Picacho-Ajusco 227; 14200 México, D.F.
ISBN 968-16-5772-1 (segunda edición)
ISBN 968-16-2797-0 (primera edición)
Impreso en México

DEDICATORIA

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A la memoria de mi padre.
What doth gravity out of its bed atmidnight?
(¿Que hace la gravedad fuera de su cama a media noche?)
SHAKESPEARE, Henry IV, II iv

I. LA GRAVITACIÓN UNIVERSAL

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¿POR QUÉ CAEN LOS CUERPOS Y SE MUEVEN LOS ASTROS?
SEGÚN una famosa leyenda, Isaac Newton, sentado bajo un manzano, meditaba sobre la fuerza que mueve a los astros en el cielo, cuando vio caer una manzana al suelo. Este suceso tan trivial fue para él laclave del problema que le intrigaba: se dio cuenta de que el movimiento de los cuerpos celestes es regido por la misma fuerza que atrae una manzana al suelo: la fuerza de la gravedad. Newton descubrió que la gravitación es un fenómeno universal que no se restringe a nuestro planeta. Aun siendo poco veraz, esta leyenda ilustra uno de los acontecimientos que señalan el nacimiento de la ciencia moderna:la unión de la física celeste con la física terrestre.
Antes de Newton, nadie había sospechado que la gravitación es un fenómeno inherente a todos los cuerpos del Universo. Muy por el contrario, durante la Edad Media y aun hasta tiempos de Newton, se aceptaba el dogma de que los fenómenos terrestres y los fenómenos celestes son de naturaleza completamente distinta. La gravitación se interpretabacomo una tendencia de los cuerpos a ocupar su "lugar natural", que es el centro de la Tierra. La Tierra era el centro del Universo, alrededor del cual giraban los cuerpos celestes, ajenos a las leyes mundanas y movidos sólo por la voluntad divina. Se pensaba que la órbita de la Luna marcaba la frontera entre la región terrestre y el cielo empíreo donde las leyes de la física conocidas por elhombre dejaban de aplicarse.
En el siglo XVI, Copérnico propuso un sistema heliocéntrico del mundo según el cual los planetas, incluyendo la Tierra, giraban alrededor del Sol. El modelo de Copérnico describía el movimiento de los astros con gran precisión, pero no ofrecía ningún indicio del mecanismo responsable de ese movimiento.
La obra de Copérnico fue defendida y promovida apasionadamente porGalileo Galilei. Además de divulgar la hipótesis heliocéntrica, Galileo encontró nuevas evidencias a su favor realizando las primeras observaciones astronómicas con un telescopio; su descubrimiento de cuatro pequeños astros que giran alrededor de Júpiter lo convenció de que la Tierra no es el centro del Universo. Galileo también fue uno de los primeros científicos que estudiaron la caída de loscuerpos, pero es una ironía de la historia el que nunca sospechara la relación entre la gravedad y el movimiento de los cuerpos celestes. Al contrario, creía que los planetas se movían en círculos por razones más estéticas que físicas: el movimiento circular le parecía perfecto y estable por ser idéntico a sí mismo en cada punto.
Kepler, contemporáneo de Galileo, descubrió que los planetas no semueven en círculos sino en elipses y que este movimiento no es arbitrario, ya que existen ciertas relaciones entre los periodos de revolución de los planetas y sus distancias al Sol, así como sus velocidades. Kepler plasmó estas relaciones en sus famosas tres leyes. Una regularidad en el movimiento de los planetas sugería fuertemente la existencia de un fenómeno universal subyacente. El mismo Kepler...