Entrevista a Roberto Emparan: «Els forats negres són la física al límit»

El físic teòric Roberto Emparan (Bilbao, 1967) és professor d’investigació ICREA del Departament de Física Quàntica i Astrofísica i de l’Institut de Ciències del Cosmos de la UB (ICCUB). El seu camp de recerca és la gravitació i la cosmologia. En aquest marc, prova d’entendre la naturalesa de l’espai-temps en el nivell més fonamental. En concret, Emparan estudia els aspectes clàssics i quàntics de la gravetat, així com els seus objectes més bàsics: els forats negres. Emparan ha obtingut recentment una advanced grant del Consell Europeu de Recerca (ERC) per un projecte per buscar noves estratègies amb les quals poder abordar la gravetat i els forats negres.

Els forats negres tenen un paper central en la teoria de la relativitat d’Einstein. Tanmateix, les seves equacions són extremadament difícils de resoldre. El projecte dirigit per Emparan té com a objectiu desenvolupar una nova perspectiva per solucionar la física que regeix aquests objectes astronòmics.

 

Quina relació hi ha entre els forats negres i la teoria de la relativitat?

Els forats negres són els objectes més senzills i bàsics en què es posen de manifest els aspectes més rellevants de la teoria d’Einstein, i encara que aquesta ja té cent anys, és prou rica i complexa perquè encara no haguem esgotat tot el que pot donar de si. No només experimentalment, sinó també des del punt de vista teòric.

Els forats negres són una predicció de la teoria de la relativitat que va trigar molt temps a ser acceptada i entesa: de fet, Einstein no la va arribar a acceptar mai. A més, fins i tot va escriure articles en què negava la possibilitat de l’existència dels forats negres, encara que en aquell moment no es deien així. Einstein, de fet, va morir sense tenir coneixement de l’existència d’aquests objectes astronòmics i sense saber que és justament en els forats negres on les conseqüències més dràstiques de la seva teoria es fan manifestament més evidents.

 

De quina manera més simple podem entendre millor com es comporten els forats negres?

El projecte que he proposat està basat en una idea que vam començar a desenvolupar fa pocs anys. En aquesta idea, el límit que hem pres per entendre millor els forats negres —encara que pugui semblar estrany— consisteix a considerar que el nombre de dimensions de l’espai, en comptes de ser l’habitual (tres dimensions espacials i una de temporal), és infinit. En treballs anteriors vam veure que amb aquesta suposició, els forats negres se simplifiquen molt. Encara que pugui semblar una aproximació estranya, no és tan diferent del que fem amb la física, per exemple quan estudiem el llançament d’un projectil menyspreant la resistència de l’aire. La física és l’art de fer aproximacions, com l’acudit de la vaca esfèrica, en què la primera aproximació a una vaca és una esfera a la qual s'afegeixen detalls. Això ens permet simplificar el problema i corregir-lo.

Convertint els forats negres en aquesta vaca esfèrica és com hem trobat la manera de canviar la teoria de la relativitat. Encara que simplifiquem molt la dinàmica d’aquests objectes astronòmics, podem calcular-ne propietats i fer correccions que ens acostin al comportament real.

Un altre dels resultats rellevants amb relació als forats negres que vam veure fa pocs anys és el fet que les teories d’Einstein en aquest límit ens permeten interpretar els forats negres com bombolles de sabó, ja que satisfan les mateixes equacions de membranes elàstiques. Concretament, és l’horitzó del forat negre —una superfície amb una dinàmica complicada— el que vam poder comprovar que es comportava com les bombolles de sabó. Per tant, és una simplificació útil i, a més a més..., la més bonica!

 

Aquesta aproximació té repercussions en la idea que tenim de l’Univers?

 

Potser sí! És un mètode matemàtic que ens ha permès intuir millor com funciona un forat negre i quina dinàmica té. Aquest límit ens permet extreure l’essència del forat negre. Aquesta és una idea nova, no està motivada per avenços recents. L’advanced grant que ha rebut el nostre projecte ens permetrà desenvolupar aquesta idea des del punt de vista teòric per conèixer-ne totes les implicacions. El projecte també permetrà contractar investigadors postdoctorals per desenvolupar la teoria.

 

Quin paper tenen els forats negres a l’Univers?

No ho sabem ben bé; però segurament tenen un paper important. El més important és que, amb relació a la teoria de la gravetat, ens permeten anar més enllà del que Einstein ens va dir. Per exemple, quan intenten tenir en compte la mecànica quàntica. La teoria d’Einstein era clàssica, i és Stephen Hawking qui introdueix la mecànica quàntica en la gravitació.

 

A priori, sembla contradictori introduir la mecànica quàntica en una teoria de gravitació.

Els efectes importants de la quàntica són molt petits en objectes de massa similar a la del Sol, o de massa més gran, com els forats negres; però creiem que a l’origen de l’Univers es podrien haver format forats negres microscòpics. D’alguna manera, els forats negres són la física al límit.

 

Fins a quin punt la relativitat general s’aplica als sistemes que van més enllà dels sistemes gravitatoris habituals?

 

Aquesta és una de les sorpreses de la teoria d’Einstein: s’ha vist que aquesta teoria no només serveix per descriure el cosmos; sinó que també pot descriure d’una manera subtil sistemes que no tenen gravetat, de la mateixa manera que fem servir la teoria de les bombolles de sabó per descriure els forats negres fent certes suposicions. Aquest és el cas d’experiments que s’estan fent actualment en acceleradors de partícules com l'LHC, amb sistemes de partícules elementals que es poden descriure de manera més senzilla i, encara que soni estrany, com si aquest plasma fos un forat negre en un espai de cinc dimensions.

 

Això lliga amb la idea que la física és la mateixa a totes les escales?

 

De fet, les bones idees funcionen a molts llocs, i la teoria de la relativitat d’Einstein és una idea molt bona, i resulta que s’aplica a molts sistemes: amb ella podem entendre fins i tot fenòmens relacionats amb la superconductivitat.

Des del meu punt de vista, la teoria de la relativitat és la teoria més intel·ligent que tenim, més intel·ligent que tots nosaltres. A vegades, hi ha teories que són més llestes que els seus creadors, i en el cas d’Einstein és clar: amb l’expansió de l’Univers, amb els forats negres, la seva teoria li deia certes coses que ell no acabava d’acceptar.

 

Notícia original Universitat de Barcelona