CERN_OndasG_030818

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Espacio, tiempo y ondas 
gravitacionales 
Luis Roberto Flores Castillo
The Chinese University of Hong Kong
Spanish Language Teacher Program
CERN
Agosto 3, 2018
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Sólo nos llega la luz … ¿Qué tan rápida es la luz?
• Un automóvil: 130 km/h = 36 m/s
• Avión comercial: 900 km/h = 250 m/s
• El sonido: 1,225 km/h = 340 m/s
• Satélite de GPS: 14,000 km/h = 3.8 km/s
• La luz: 300,000 km/s
y aún así …
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La Luna: 1.3 segundos
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El sol: 8.3 minutos
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A la estrella más cercana: 4 años
De un extremo a otro de nuestra galaxia: 100,000 años
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Andrómeda: 2.5 millones de años
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El objeto más lejano observado: 13,140 millones de años
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Grandes misterios en lo muy familiar
¿Qué es, pues el tiempo? Si nadie me lo pregunta, lo sé; si 
quiero explicarlo a quien me lo pide, no lo sé.
San Agustín
Confesiones, Libro XII
• Movimiento
• Espacio 
• Tiempo 
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Movimiento
Si existiera sólo un objeto en el universo
• ¿Puede estar en movimiento?
• ¿Cómo saber si lo está? 
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Movimiento
En nuestro universo, es imposible distinguir entre sistemas en 
movimiento rectilíneo uniforme.
En vez de una esfera, imagínate en un laboratorio flotando en el espacio 
a velocidad constante.
Ningún fenómeno físico dentro del laboratorio puede medir esa velocidad.
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Movimiento
Pero qué sucede si el laboratorio está girando? 
Qué le indica a los objetos en el laboratorio que deben volar hacia 
las paredes!!!??
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Espacio
¿Qué es el espacio?
¿Es algo en sí mismo?
¿o lo único existente son los objetos, y la palabra “espacio” es 
nuestra forma de hablar de la relación entre ellos? 
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Tiempo
¿Qué es el tiempo?
Si existiera sólo un objeto en el universo, sin estructura ni 
partes móviles, ¿habría tiempo?
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• James Clerk Maxwell:
– Electricidad + magnetismo = luz !!
– Pero también un problema: incompatible con la mecánica de Newton
– Cuál corregir? 
• Albert Einstein 1
– Modificar nuestros conceptos de espacio y tiempo
– En vez de dos magnitudes independientes, forman un mismo objeto
• Albert Einstein 2
– Este nuevo objeto (el “espaciotiempo”) puede deformarse!
– … y con ello explicar la gravedad.
Tres grandes síntesis
Teoría Especial de la Relatividad
Teoría General de la Relatividad
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Curvatura y movimiento
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Curvatura y movimiento
“El espaciotiempo le dice a la materia cómo moverse; la 
materia le dice al espaciotiempo cómo curvarse”
John A. Wheeler 
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Predicciones de la TGR
Precesión de la órbita de Mercurio
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Predicciones de la TGR
Desviación de los rayos de luz
Posición real
Posición aparente
Tierra
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Predicciones de la TGR
Desviación de los rayos de luz
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Predicciones de la TGR
Desviación de los rayos de luz
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Predicciones de la TGR
Desviación de los rayos de luz
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Predicciones de la TGR
Hoyos negros
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Predicciones de la TGR
La expansión del universo
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Predicciones de la TGR
Ondas gravitacionales • Ondas del espaciotiempo mismo
• Se propagan a la velocidad de la luz
• Descubiertas mediante la medición de 
un pulsar binario (PSR B1913+16)
• LIGO: Primera detección directa!!
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Efecto de las ondas gravitacionales
Al pasar, una onda gravitacional modifica el espaciotiempo
Cambian las longitudes y los intervalos temporales
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Efecto de las ondas gravitacionales
Cambios de longitud: 
ΤΔ𝐿 𝐿 ≈ 10−21
La distancia de aquí a la estrella más cercana 
(4 años luz) cambia por el ancho de un cabello.
La gravedad es muy débil
Dada la distancia a cualquier fuente potencial de ondas gravitacionales, 
sólo eventos extremadamente violentos pueden detectarse 
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Efecto de las ondas gravitacionales
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Cómo detectar un efecto tan pequeño?
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Detectores
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L I G O 
Laser Interferometer Gravitational-wave Observatory
Observatorio de ondas gravitacionales por interferometría Laser
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L I G O
Hanford
Livingston
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Observación!
• 14 de septiembre de 2015, 5:51am, 
a días del inicio de la toma de datos
• 5 meses de análisis y validación
• Anunciado el 11 de febrero de 2016
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Observación!
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Implicaciones
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Resultados del Análisis
• La señal corresponde dos hoyos negros en órbita
– Uno de 29 veces la masa del sol
– El otro: 36 veces la masa del sol
• … que se mezclaron en uno solo
– La aproximación final duró menos de un cuarto de segundo
– Cada uno viajaba a casi la mitad de la velocidad de la luz
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Fusión de los dos hoyos negros
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Resultados del Análisis
• Hoyo negro resultante: 62 masas solares
– Hoyos negros originales: 29 + 36 = 65 masas solares
– Tres masas solares convertidas en energía!!
– Radiadas como ondas gravitacionales
• El destello
– La potencia del destello fue 50 veces mayor que la de todo el universo observable
– Viajando a la velocidad de la luz
– Sucedió hace 1,300 millones de años
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Importancia
• Primera detección directa de ondas gravitacionales
• Existencia de hoyos negros de ~ 30 veces la masa del sol
• Existencia de los hoyos negros binarios
• Primera detección directa de la fusión de hoyos negros
• Primera medición de las propiedades del espaciotiempo en campos 
gravitacionales intensos y altas velocidades
• Confirmación de las predicciones de la TGR para la dinámica de hoyos 
negros en condiciones extremas
• … y una más, quizás la más importante ... 
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El universo en luz visible
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En microondas
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En infrarrojo
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En ondas de radio
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En rayos gama
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En ultravioleta
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En rayos X
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En ondas gravitacionales
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Observatorios de ondas gravitacionales
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En ondas gravitacionales
Marca el inicio de un nuevo tipo de astronomía
• Propiedades de los hoyos negros
• Dimensionesadicionales
• Evolución de estrellas y galaxias
• Astrofísica relativista
• Contenido del universo
• Naturaleza de la energía oscura y de la 
materia oscura
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