Caída a un agujero negro II

Ahora retomemos de nuevo la caída de nuestro astronauta hacia el agujero negro, pero desde el punto de vista de la nave que se quedó afuera, observando el acontecimiento.

Para ello, ahora obligamos al astronauta que durante su descenso nos vaya informando de dónde está por medio de una luz: cada 10 segundo nos debe lanzar un rayo de luz azul hacia la nave (aunque parezca un capricho, luego veremos el por qué de este color). Así sabremos dónde se encuentra y que sigue vivo.

Con esta misión, el astronauta comienza a alejarse de nosotros e ir acercándose al agujero negro (después de despedirse ya que sabe que no volverá a vernos).
Al principio, cuando todavía está lejos de entrar al agujero negro, vemos cómo cada 10 segundos recibimos una luz azul brillante desde un punto del espacio. Señal de que todo va como lo esperado.

A medida que nuestro intrépido astronauta se va acercando al agujero, observamos una cosa curiosa:
las señales ya no llegan cada 10 segundos, sino que comienzan a llegar en intervalos ligeramente mayores: cada 11, 12,…. segundos. Además, ya no vemos una luz azul… sino que comienza a tener una coloración algo más verdosa.

El tiempo podría ser debido a que nuestro astronauta comienza a cansarse de informarnos… pero ¿ y la luz ?. Solo llevaba un láser azul… que no puede variar su color.

Cuanto más cerca del agujero se encuentra, más claros son estos dos efectos: el intervalo de tiempo entre cada señal se hace aún más grande, y la luz que vemos ya ha pasado de amarillo a ser de color rojo.

¿Qué está ocurriendo ?

Lo que observamos aquí son dos efectos puramente relativistas: todo cuerpo que se encuentre cerca de una zona con una alta gravedad, experimenta un paso del tiempo más lento (análogo a cuando se viaja a una velocidad próxima a la de la luz). Por ello, aunque para nuestro astronauta, él sigue mandando pulsos cada 10 segundos, nosotros desde la nave los vemos que suceden cada más tiempo.
Digamos que los relojes de la nave van más deprisa que el del astronauta.

Este hecho también se observa en otros sitios más comunes, como en la Tierra, donde también se ha podido observar que “el tiempo” transcurre de una forma más lenta en los satélites artificiales que en la superficie de la Tierra. Solamente que aquí, como la gravedad de ésta es mucho menor, el efecto es prácticamente despreciable, ya que solo se observa una variación inferior a millonésimas de segundo.

Por otro lado, el efecto que vemos sobre la luz es debido también a la gravedad del agujero negro, como ya se trató en su día en esta entrada: la luz debe vencer el campo gravitatorio del agujero negro para salir, por lo que debe perder energía (dicho con ideas sencillas). Y la luz la única forma que tiene de perder energía es haciendo mayor su longitud de onda (lo que nos da su color). Así, cada vez tendrá una longitud de onda mayor: de azul pasa a ser verde, de verde a amarillenta, luego a roja, y por último se irá metiendo en longitudes de onda que nuestros ojos ya no son capaces de ver: infrarrojo, microondas y por último radio.

Finalmente, cuando el astronauta estará a punto de atravesar el horizonte de sucesos del agujero negro (la región pasada la cual ni la luz puede escapar de éste), nos quedaremos esperando indefinidamente hasta el último pulso de luz.

Aunque el astronauta pensará que lo ha hecho en poco tiempo (pongamos, una hora), para nosotros habrá transcurrido un tiempo infinito. Es decir, nunca llegaremos a ver cómo el astronauta se introduce en el agujero negro, ya que cuanto más cerca se encuentra de éste, más lento observamos su movimiento (recordemos que su tiempo pasa cada vez más lentamente). Así, observaríamos cómo se va aproximando cada vez más lentamente hacia el horizonte de sucesos, pero sin llegar a atravesarle…

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16 comentarios en “Caída a un agujero negro II

  1. Interesante, me encanta la forma en la que explicas cada evento, hace personas que no somos tan aplicados en fisica xD podamos entender. =)

  2. Pues muchas gracias Pablo !!

    Al menos, es lo que suelo tratar de conseguir, explicaciones sencillas, ya que son las que normalmente se suelen echar en falta en la mayoría de los sitios, y que aún para los que se supone que debemos saber varias de estas cosas, necesitamos una explicación sencilla para poder entenderlo…

  3. Me encanta la historia! yo soy fanática de los agujeros negros y es un tema que me apasiona, sin embargo no estudie física (de hecho estoy en el campo del turismo!) y pude comprender todo :)…gracias!

  4. ENTONCES ESTO QUIERE DECIR QUE CUANDO UNA ESTRELLA MUERE EN NUESTRO UNIVERSO, LO MAS SEGURO ESQUE SIGASU VIDA EN OTRO UNIVERSO, DESAPARECE DEL NUESTRO Y APARECE EN OTRO. ¿NO?
    eN ESTE UNIVERSO LO MAS RAPIDO ES LA VELOCIDAD DE LA LUZ, Y NO OCURRE NADA, PERO SI SUPERARAMOS EN ALGO EL MAXIMO DE ESTA VELOCIDAD, ENTONCES DESAPARECERIAMOS DE ESTE UNIVERSO Y NOS ENCONTRARIAMOS FUERA DE ESTE ESPACIO TIEMPO, CUANDO UN REACTOR ATRAVIESA UNA CIERTA VELOCIDAD, ROMPE LA BARRERA DEL SONIDO, PUES CUANDO ATRAVESAMOS LA VELOCIDAD DE LA LUZ HARIAMOS UN AGUJERO EN ESTE UNIVERSO Y ENTRARIAMOS EN OTRO ESPACIO TIEMPO ¿NO?

  5. No hemos hablado de otros universos (algo que pertenece prácticamente solo a la ciencia-ficción). El agujero negro es como cualquier otro cuerpo… sigue estando ahí, y de hecho por eso podemos verlo (indirectamente claro).

    El problema es que no se puede hacer una comparación con la velocidad del sonido. Ésta es la velocidad que lleva el sonido en el aire, y nada te impide superarla (otra cosa es la capacidad técnica para hacerlo, que tardó bastante en conseguirse) y por supuesto no ocurre nada al traspasarla…
    Sin embargo, la velocidad de la luz no es igual. Ésta sí es un límite predicho (y comprobado) para cualquier objeto del Universo. Es decir que nada (absolutamente nada) puede superarla, debido a que para alcanzarla se necesitaría invertir una energía infinita, algo totalmente imposible de hacer puesto que no hay una energía infinita ni en todo el Universo…

  6. Dices que la existencia de otros universo pertenece a la ciencia ficcion, mira, los agujeros negros desde siempre y hasta ahora se cree que existen pero todavia hay algunas dudas de su existencia. También decis que viajando a velocidades cercanas a la velocidad de la luz el tiempo se dilata. Mira, eso tambien es pura ciencia ficción hasta ahora nadie se ha subido en una nave espacial y lo ha comprobado.

  7. Y LO HAS DICHO CLARAMENTE LO VEMOS INDIRECTAMENTE, ESO QUIERE DECIR QUE NO TENEMOS NI IDEA! EL AGUJERO NEGRO

  8. Al decir que pertenece más a la ciencia ficción me refiero en el sentido en que no están probados en absoluto y que ni siquiera surgen de teorías comprobadas (como pueden ser la Relatividad o la Mecánica Cuántica).

    Es cierto que no se observa ningún agujero negro directamente, pero las observaciones indirectas efectuadas provocan que lo único que puede explicarlas sean estos objetos (lo cual desde luego no es una comprobación 100%, pero actualmente es la única que se tiene y que se corresponde extraordinariamente bien con lo observado).

    En cambio, la dilatación del tiempo sí que es un fenómeno comprobado en innumerables experimentos, desde el GPS que marca tu posición y que tiene en cuenta dichas correcciones, hasta ciertas partículas que impactan con la atmósfera de la Tierra procedentes del espacio y que sin dicha dilatación sería imposible que se consiguiesen ver en la superficie (cosa que ocurre).

  9. Dices”“el tiempo” transcurre de una forma más lenta en los satélites artificiales que en la superficie de la Tierra.”
    Como es posible???.Si la masa, es lo que produce la aceleracion o ralentizacion del tiempo(por rotacion o movimiento),
    en una posicion de reposo relativa, el tiempo pasa mas lentamente, en la superficie de la tierra, que en un piso 121,
    que en una montaña o en un satelite(proporcionalmente, disminuye la gravedad y se acelera, el tiempo).
    Curiosamente, si nos adentramos hacia el centro de nuestro planeta, a partir de un punto cecano a la superficie, tambien el tiempo empezará a ralentizarse.
    Habrá sido un lapsus, tuyo, o mio?

  10. Es este caso tienes razón tú, los relojes de los GPS se adelantan con respecto a los de la superficie de la Tierra.
    Aunque con una matización a lo que comentas (y de donde vino mi error al ponerlo):

    si montamos un reloj sobre un avión, en este caso el reloj atrasa, debido a que realmente intervienen dos factores. Por un lado, el de la gravedad, que hace que cuanta más gravedad haya (más cerca de un cuerpo masivo), más lento transcurre. Pero también hay que tener en cuenta que cuanto más rápido vayamos, el tiempo también transcurrirá más despacio.

    Por esto, para la altura de un avión (unos 10 km) y que viaje a unos 900 km/h, el efecto de la altura es prácticamente despreciable (osea que prácticamente no adelanta nada), mientras que al ir a esa velocidad sí se introduce un minúsculo retraso en los relojes, del orden de la milmillonésima de segundo.

    En cambio en los GPS, ya a una altura de unos 20.000 km, la contribución de la velocidad es menos significativa que la de la gravedad, por lo que aunque debido a la velocidad que llevan sufren un retraso de unos 10-10 segundos, el adelanto que sufren debido a la altura a la que están es unas cinco veces este valor, así que netamente sufren un adelanto.

    En un punto intermedio como puede ser en la ISS (a unos 500 km de altura) el tiempo sigue transcurriendo más lento, por lo que los astronautas que están ahí envejecen menos (del orden de unos 0.007 s cada 6 meses).

  11. “……nunca llegaremos a ver cómo el astronauta se introduce en el agujero negro, ya que cuanto más cerca se encuentra de éste, más lento observamos su movimiento (recordemos que su tiempo pasa cada vez más lentamente). Así, observaríamos cómo se va aproximando cada vez más lentamente hacia el horizonte de sucesos, pero sin llegar a atravesarle…”

    Ésto me ha dejado alucinando con la boca abierta y la mirada perdida hacia el infinito 0_0 Gracias por tu artículo

    Una pregunta sobre física, (aunque no se hasta que punto estará relacionada con el tema) :
    Una cosa es desarrollar modelos matemáticos para explicar nuestro universo ( por ejemplo, el sistema de coordenadas tridimensionales más el tiempo, que nos vale para orientarnos en el espacio ( salvo que hablemos de regiones como las de agujeros negros, donde ya no nos sirve )), pero otra cosa distinta es ” “inventar realidades” a partir de modelos matemáticos que desarrollamos, ¿ No corremos el riesgo de esforzarnos en vano, para nada ? Temo que igual no me sepa explicar bien. Por ejemplo, en nuestras vidas todos los objetos que vemos pueden describirse matemáticamente como cubos, cilindros, superficies curvas…. todos con sus ecuaciones que los describen.
    ¿ pero, y qué pasa con modelos como el teseracto por ejemplo? ¿ existe algún elemento de la realidad ( tangible, medible….) que deba ser descrito por las ecuaciones de un teseracto ?
    ¿ No habrá cosas que sólo sean ejercicios de imaginación matemática sin ninguna aplicación real, como un cuadro de Escher ?Perdona si no expliqué bien, no soy físico, pero es una pregunta que tengo en mi cabeza desde hace tiempo

  12. Hola David,
    Depende de cómo interpretes las matemáticas y de cómo establezcas las conexiones entre modelos y realidad.
    Me explico, desde el punto de vista físico puedes interpretar las matemáticas sólo como una herramienta para explicar la realidad, aunque obviamente éstas vayan más allá y no tienen que estar limitadas a la realidad en absoluto.

    En ese caso podrías pensar que deberían estar limitadas a las propiedades que vemos en el Universo (por ejemplo 3 dimensiones + 1 temporal…, y no haría falta estudiar cómo son los objetos en 4 o 5 dimensiones). Pero aquí hay un matiz, una cosa es que algo no exista directamente o no sea tangible (como el hipercubo, o teseracto), y otra es que pueda sernos de utilidad simplemente como medio para describir otras cosas.

    Y aquí va un ejemplo sencillo y de los que en apariencia no debería tener ninguna aplicación en la realidad. Cuando estudias algo en dos dimensiones se necesitan dos “ejes” o números para localizar un objeto (por ejemplo longitud y latitud para saber dónde está algo en la superficie de la Tierra); si estamos en 3 dimensiones necesitamos un sistema de 3 valores… ¿qué pasa si trabajamos con sistemas de infinitas dimensiones?
    En principio dirías que puede ser interesante matemáticamente hablando pero no tiene ninguna aplicación física ya que eso requeriría estar en un espacio de infinitas dimensiones. Pero, desde hace ya algunos siglos se vio que este tipo de sistemas son muy útiles para estudiar problemas reales. En algunos casos es mucho más fácil estudiar un problema (es decir, resolverlo matemáticamente) a través de estos sistemas que con las ecuaciones “normales” en 3 dimensiones, en ejemplos que van desde la óptica hasta la física cuántica.

    En otros casos, por ejemplo, puede ser más fácil estudiar un objeto determinado (vamos a decir como ejemplo una esfera) si pasamos las ecuaciones a una dimensión superior (a una hiperesfera). Simplemente porque estas ecuaciones pueden ser más fáciles de resolver, y por tanto una vez obtengamos las soluciones volvemos a la dimension habitual.

    Así que sí, matemáticas de este tipo puede que no tengan una relación directa con la realidad, pero no por ello dejan de ser útiles si las utilizamos como herramientas para resolver problemas normales.

  13. Muchísimas gracias por responderme, 😃 teniendo en cuenta los años que habían pasado desde el comentario anterior al mio, contaba con que tal vez ya ni mirases la página.

    No tenia ni idea de que los sistemas de referencia de más de 4 dimensiones (3D + el tiempo, entiendo ) pudiesen a veces ser mejores para estudiar problemas de nuestro universo real.

  14. Qué va hombre, no tienes que disculparte por nada, es normal que hayas tardado

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