¿Puede un agujero negro creado en el LHC tragarse la Tierra?

Una tarde calurosa de verano arriba de un bus lleno de gente. Había sido un día largo luego de la agotadora jornada de charlas de la mañana, pero mi motivación iba creciendo a medida que más nos acercábamos a destino. Finalmente llegamos: una cúpula color café a nuestra derecha y las banderas de los países miembros a la izquierda. ¡Habíamos llegado al CERN! Sin embargo, para mi sorpresa el bus no se detuvo, sino que continuó avanzando. Cruzamos la frontera, dejamos Suiza atrás y nos adentramos en los campos franceses. Al final del recorrido llegamos a un galpón en medio de la llanura, en donde finalmente descendimos.

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Globo de la Ciencia y la Innovación. Parte de las instalaciones centrales del CERN.

Una guía nos dio la bienvenida al CMS: estábamos situados arriba del Gran Colisionador de Hadrones (Large Hadron Collider, LHC), el acelerador de partículas más grande del mundo: completa una circunferencia de 27 kilómetros bajo la superficie terrestre. Es tan inmenso que, a pesar de que el CERN está en Suiza, el círculo da la vuelta por Francia también. Aunque este detalle no es tan sorprendente si pensamos que las oficinas del CERN se encuentran en Ginebra al lado de la frontera entre Suiza y Francia, por lo que no es extraño que el gran círculo se pase hacia el otro lado.

Por tal motivo nos encontrábamos nosotros en Cessy (Francia), arriba de uno de los detectores de las partículas aceleradas en el LHC: el Solenoide Compacto de Muones (Compact Muon Solenoid, CMS). Los detectores son las partes del LHC en donde éste se puede “abrir” para detectar las partículas aceleradas adentro, por lo que son los puntos en donde es posible observar el corte transversal del acelerador.

Luego de recibir las primeras charlas acerca del funcionamiento técnico del LHC (cómo las partículas son aceleradas y con qué instrumentos se hace) y las medidas de seguridad a tener en cuenta, finalmente descendimos hasta el corazón mismo del acelerador. Tuvimos la dicha de tener frente a nuestros ojos a la máquina más avanzada hecha por el hombre. Es indescriptible la sensación de ver el LHC en vivo y no en una imagen, una experiencia totalmente fascinante. ¡Sólo piensen en toda la inversión tanto material como intelectual para desarrollar una máquina con la principal finalidad de saciar nuestra curiosidad! Lo único que lamento ese día fue haber olvidado en casa mi bandera chilena con la que pretendía sacarme una foto…

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La idea era salir con una bandera en la foto pero bueno, cosas del olvido…

Ésos son mis recuerdos de la visita al Gran Colisionador de Hadrones, hace ya dos años (julio del 2014). Sin duda fuimos afortunados: pudimos bajar al LHC porque justo visitamos el CERN en el período de tiempo en que el acelerador estuvo cerrado por reparaciones por casi dos años (desde febrero del 2013). El año pasado retomó sus operaciones, y la noticia apareció en varios medios. Pero al mismo tiempo, la conspiranoia se hizo presente y apareció gente sembrando el pánico diciendo que los experimentos llevados a cabo en el CERN podrían destruir al planeta entero. La principal razón esgrimida fue que, si el LHC era capaz de crear un agujero negro, éste se tragaría toda la Tierra (de forma similar a como los agujeros negros en el espacio se tragan estrellas). Esto no es nuevo: ya en el 2012, dos “científicos” acusaron al CERN ante un tribunal en Hawaii (¿por qué Hawaii?) de que sus experimentos amenazaban a la humanidad en su totalidad. Naturalmente, todo quedó en nada por falta de respaldo científico; sin embargo, la idea persiste hasta hoy en el ideario colectivo.

Es por eso que hoy me gustaría explicar, de forma sencilla, por qué un agujero negro fabricado en el CERN no representa ningún peligro para la humanidad ni nada por el estilo. Todo esto sin necesidad de saber Relatividad ni Mecánica Cuántica: la Física de Newton nos dará la respuesta.

La respuesta está en Newton

Sir Isaac Newton es mundialmente conocido por haber sido quién “descubrió” la fuerza de gravedad y cómo ésta opera. Nosotros lo hemos mencionado en este blog porque también fue él quién descubrió el fenómeno de dispersión de la luz, la base para la espectroscopía y la Astrofísica a futuro. Pero hoy nos referiremos precisamente a su aporte más famoso: la Ley de Gravitación Universal.

La Ley de Gravitación Universal (o simplemente ‘Ley de la Gravedad’) describe cómo dos cuerpos se atraen por el simple hecho de poseer masa (siglos después sabríamos qué significa tener masa, pero ésa es otra historia). Nos dice que mientras mayor sea la masa de los cuerpos que interactúan y menor sea su separación, la atracción será más fuerte. Esto se expresa matemáticamente de la forma:

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Aquí, m1 y m2 son las masas de los cuerpos a analizar (¿cuánto “pesan”?), mientras que r es simplemente la distancia entre ellos (distancia calculada desde el centro de cada cuerpo). Por el momento G no es relevante porque es simplemente una constante de proporcionalidad, es decir, vale siempre lo mismo.

Para entender mejor la fórmula de Newton, pensemos simplemente en proporciones: imaginemos dos cuerpos de 1 kg cada uno separados por un metro de distancia. Llamemos F1 a la fuerza que las atrae. Pregunta: si el segundo cuerpo pesara 10 kg en vez de 1 kg, ¿cuántas veces mayor sería la fuerza de atracción? Respuesta: 10 veces mayor, porque la fuerza resultante es directamente proporcional a las masas (independiente de si se trata del primer o segundo objeto). Segunda pregunta: si la distancia que separa los cuerpos fueran dos metros en vez de uno, ¿qué le pasaría a la fuerza resultante? Respuesta: la fuerza resultante sería 4 veces menor, porque es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia (distancia elevada al cuadrado). Puede probar cómo va variando la fuerza de gravedad entre dos cuerpos para distintas masas y distintas distancias en el siguiente simulador.

Esta sencilla fórmula matemática (sí, créanme que hay otras muchísimo más complicadas) es la que nos permite calcular la fuerza peso (ejercida por la Tierra sobre nosotros) simplemente sabiendo la masa total de la Tierra, la de nosotros y la distancia hacia el centro del planeta. También, nos permite saber la fuerza que ejerce el Sol sobre cada uno de los planetas. ¡Ésta ha sido la fórmula madre a considerar cada vez que se envía un satélite o una sonda al espacio! Y para todo esto, necesitamos simplemente tres elementos: la masa de cada cuerpo y la distancia que los separa.

Bueno, ¿y qué tiene que ver todo esto con el CERN y el LHC? Pongamos atención a qué cosas NO afectan la fuerza de gravedad. La Ley de la Gravedad es independiente del tamaño de los cuerpos: sólo importa su masa. ¿Qué pesa más: un kilo de plumas o un kilo de plomo? El hecho de la respuesta sea que ambos pesan lo mismo proviene de aquí: la atracción gravitacional no depende del tamaño de los cuerpos sino simplemente de cuánta masa tengan.

Ahora preguntémonos: ¿qué pasaría si el Sol midiera 2 veces más que en la actualidad pero siguiera pesando lo mismo? Gravitacionalmente no sufriríamos ningún efecto porque ni la distancia ni la masa del Sol han cambiado (naturalmente, aquí estamos olvidando el que probablemente nos irradie más calor porque no depende de la gravitación universal). Y si el Sol se comprimiera hasta un tamaño infinitamente pequeño (como un agujero negro) las consecuencias serían las mismas: ninguna a nivel gravitacional, porque la masa sigue siendo la misma.

Entonces, dado que un hipotético agujero negro creado en el colisionador de hadrones no tendría más masa que un par de veces la misma masa de un átomo. Recuerden que en el CERN se hacen colisionar partículas subatómicas, cuya masa total jamás alcanzaría siguiera los gramos de materia. Pero incluso en el escenario de que se creara un agujero negro con una masa de un kilogramo, tendría los mismos efectos devastadores sobre la Tierra y la humanidad que cualquier cosa de un kilo: o sea, ninguno. Esos agujeros negros de los que hemos oído hablar y que “se tragan” estrellas nacen de la muerte de otras estrellas que son mínimo diez veces más grandes que el Sol. Tendríamos que fusionar unos 3 millones de planetas como la Tierra para crear un monstruo así, lo cual es claramente imposible.

Como conclusión: es completamente imposible que un agujero negro creado en el CERN se trague la Tierra. La simple Ley de la Gravitación Universal invalida los falsos rumores de un plumazo.

Escapando de la ignorancia

¿Por qué se da esto? ¿Por qué hay gente dispuesta a inventar historias absurdas para asustar a la gente? Francamente no lo sé, sólo se me ocurre para intentar explicarlo el constante miedo a lo desconocido que tenemos todos los seres humanos. Descendemos de una especie que vivía en cavernas y a la que todo (los truenos, el fuego, los terremotos, etc.) lo asustaba. Lentamente hemos ido aprendiendo a dejar atrás estos miedos, aprendiendo acerca de la Naturaleza precisamente gracias a la Ciencia. Sin embargo, no podemos negar nuestros orígenes: y seguimos temiéndole a lo que no conocemos. Una vez más, toma fuerza nuestra necesidad de aplicar el pensamiento crítico a nuestra vida, con tal de buscar comprender la Naturaleza que nos rodea y no temerle, ni temerle a quiénes se internan en estudiarla.

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7 comentarios en “¿Puede un agujero negro creado en el LHC tragarse la Tierra?

  1. Hola. Yo en particular no creo que un agujero negro creado por CERN pueda causar gran daño, pero por otros motivos, pero quiero comentar tu analogía newtoniana.

    Dices que un agujero negro, gravitacionalmente, no afecta ni más ni menos que la masa que tiene. Estoy 100% de acuerdo con eso. Y por lo tanto un agujero negro de la masa de un átomo en principio no afectaría ni a la tierra, ni a nadie, más que cualquier átomo con la masa de… un átomo, por lo que tal agujero negro, de existir, sería totalmente inocuo, pero…

    Hay un pero donde la analogía se rompe.

    Un átomo, con la masa de un átomo, puede interactuar con otros átomos, chocando con ellos, siendo atraído por otros objetos masivos y, en particular, cayendo hacia la tierra gracias a la gravedad, y chocando con el suelo, sin que nunca deje de ser un átomo, ni su masa alterada en lo absoluto en cada una de esas interacciones.

    Sin embargo, un agujero negro con la masa de un átomo también sería atraído por la gravedad de la tierra como cualquier átomo, con la diferencia que mientras va “cayendo”, si se acerca lo suficiente a cualquier otro átomo, lo absorverá para transformarse en un agujero negro de masa de 2 átomos, lo cual lo atraerá con el doble de fuerza hacia el centro de la tierra, acelerado por g, y en el camino absorviendo más y más átomos. De hecho, al llegar al suelo, el suelo no lo detendría, pues al “apoyarse” sobre el suelo, absorvería los átomos de la superficie, siempre aumentando su masa, y luego cayendo un poco más abajo, acelerando, y así hasta llegar al centro de la tierra.

    Una vez en el centro de la tierra, dada la densidad que ahí hay, nuestro agujero negro ya habría dejado de tener la masa de UN átomo, teniendo probablemente la masa de muchísimos átomos…, y con un momentum interesante dada la aceleración de su caída hacia el centro de la tierra, con lo que seguiría absorviendo más y más masa…

    Y si el algun proceso de “roce” el agujero negro llega a un estado de reposo en el centro de masa de la tierra, pues en ese instante todo el resto del núcleo del planeta comenzaría, por gravedad, a “caer” dentro del agujero negro…, aumentando aún más su masa…

    Y todo eso, aplicando Newton, y el _hecho_ que los agujeros negros absorven masa y “crecen”.

    Por ello ¿es razonable pensar que un agujero negro, solo por ser “pequeño”, es seguro gracias a Newton y nada más que Newton?

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    • Hola Daniel!
      Primero que nada, gracias por comentar.
      Segundo, estás pasando por alto algo importante: la bajísima masa que tienen las partículas subatómicas. La gravedad es despreciable: el núcleo de un átomo de hidrógeno, por ejemplo, posee un campo gravitatorio ~10^50 veces más débil que el de la Tierra. Es tan débil, que sólo a un átomo completamente quieto (sin energía cinética) podría absorberlo. Y eso no se da nunca: un átomo siempre está en movimiento a menos que se encuentre al cero absoluto.
      Pero incluso asumiendo que hay un átomo quiero para ser absorbido, puedes tú mismo hacer los cálculos: calcula la fuerza de gravedad que ejercería un átomo sobre otro, y cuánto tiempo se requiere para que colisionen.
      Y tercero, los agujeros negros no absorben todo porque sí, sino simplemente por efectos gravitacionales a lo que está demasiado cerca de ellos. En estrellas binarias (sistema estrella + agujero negro), éste último absorbe sólo el gas que cae lo suficientemente cerca. Y estamos hablando de masas comparables a la del Sol, no a la de los átomos.
      Si lo que tú describes pasara, ya no existiríamos por la sencilla razón de que los neutrones habrían absorbido algún átomo y desencadenando el proceso que dices.
      Saludos!

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  2. Hola. Yo en particular no creo que un agujero negro creado por CERN pueda causar gran daño, pero por otros motivos, pero quiero comentar tu analogía newtoniana.

    Dices que un agujero negro, gravitacionalmente, no afecta ni más ni menos que la masa que tiene. Estoy 100% de acuerdo con eso. Y por lo tanto un agujero negro de la masa de un átomo en principio no afectaría ni a la tierra, ni a nadie, más que cualquier átomo con la masa de… un átomo, por lo que tal agujero negro, de existir, sería totalmente inocuo, pero…

    Hay un pero donde la analogía se rompe.

    Un átomo, con la masa de un átomo, puede interactuar con otros átomos, chocando con ellos, siendo atraído por otros objetos masivos y, en particular, cayendo hacia la tierra gracias a la gravedad, y chocando con el suelo, sin que nunca deje de ser un átomo, ni su masa alterada en lo absoluto en cada una de esas interacciones.

    Sin embargo, un agujero negro con la masa de un átomo también sería atraído por la gravedad de la tierra como cualquier átomo, con la diferencia que mientras va “cayendo”, si se acerca lo suficiente a cualquier otro átomo, lo absorberá para transformarse en un agujero negro de masa de 2 átomos, lo cual lo atraerá con el doble de fuerza hacia el centro de la tierra, acelerado por g, y en el camino absorbiendo más y más átomos. De hecho, al llegar al suelo, el suelo no lo detendría, pues al “apoyarse” sobre el suelo, absorbería los átomos de la superficie, siempre aumentando su masa, y luego cayendo un poco más abajo, acelerando, y así hasta llegar al centro de la tierra.

    Una vez en el centro de la tierra, dada la densidad que ahí hay, nuestro agujero negro ya habría dejado de tener la masa de UN átomo, teniendo probablemente la masa de muchísimos átomos…, y con un momentum interesante dada la aceleración de su caída hacia el centro de la tierra, con lo que seguiría absorbiendo más y más masa…

    Y si el algún proceso de “roce” el agujero negro llega a un estado de reposo en el centro de masa de la tierra, pues en ese instante todo el resto del núcleo del planeta comenzaría, por gravedad, a “caer” dentro del agujero negro…, aumentando aún más su masa…

    Y todo eso, aplicando Newton, y el _hecho_ que los agujeros negros absorben masa y “crecen”.

    Por ello ¿es razonable pensar que un agujero negro, solo por ser “pequeño”, es seguro gracias a Newton y nada más que Newton?

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  5. A las energías actuales del LHC estamos lejos de importunar a la energía de vacio que estabiliza el campo de Higgs, pero si seguimos aumentando en los próximos años esa energía en distancias hadrónicas quién sabe si provocaremos una fluctuación improbable en la estabilidad del bosón de Higgs y salta del falso mínimo de energía en el que ahora oscila y decae a su pozo de energía cero. ¿ alguien se imagina la física que puede aparecer con una “cuerda” de energía cero ? pues una masa infinita. Eso podría enrollar el espacio-tiempo creando un micro agujero negro de evolución impredecible. Una vez comenzado el enrollamiento, las cuatro dimensiones desaparecen en la singularidad colapsando el espacio-tiempo. En cualquier parte del universo puede ocurrir (su tejido es homogéneo, como un fractal en expansión) en una supernova o en cualquier punto en la Tierra que condense una colosal energía que desestabilice al bosón de Higgs.
    A medida que vayamos aumentando la energía del LHC, similar a una supernova, empezaremos a jugar con una física desconocida tal cual un niño juega con la fuerza de su dedo sobre el gatillo de una pistola.

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    • ¡Hola!
      Consultas: ¿por qué se puede desestabilizar al bosón de Higgs, y por qué eso sería un problema? ¿y qué es una ‘distancia hadrónica’? Por favor, ilumínanos 😉

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