Oppenheimer está de moda. La película dirigida por Christopher Nolan ha colocado a este físico teórico estadounidense con raíces alemanas en el centro del debate. 'Prometeo americano: El triunfo y la tragedia de J. Robert Oppenheimer', la biografía escrita por Kai Bird y Martin J. Sherwin, explica con todo lujo de detalles el rol esencial que tuvo como líder del Proyecto Manhattan. La película de Nolan también lo hace, pero pasa de puntillas por encima de otra aportación fundamental de este científico.
Y es que a Oppenheimer no le fascinaba solo la física cuántica; también le apasionaban la astrofísica y la física de partículas. De hecho, en realidad estas tres ramas de la física están íntimamente entrelazadas. En cualquier caso, este científico participó en aportaciones muy relevantes más allá del Proyecto Manhattan y la bomba atómica. Una de ellas se conoce como 'aproximación Born-Oppenheimer', y fue elaborada por el físico alemán Max Born y Oppenheimer en 1927, cuando este último completaba sus estudios en la Universidad de Gotinga (Alemania).
Esta aproximación se utiliza frecuentemente en el ámbito de la química cuántica para acelerar el cálculo de las propiedades de algunas moléculas. Oppenheimer también participó en la primera predicción del efecto túnel, contribuyó en el ámbito de la teoría cuántica de campos y junto a la física estadounidense Melba Phillips elaboró el 'proceso Oppenheimer-Phillips', entre otras aportaciones relevantes. A grandes rasgos este proceso describe la reacción de fusión que se produce en determinadas circunstancias entre un neutrón y el núcleo de un isótopo, que se transforma en un elemento más pesado.
Oppenheimer y los agujeros negros
Julius Robert Oppenheimer es uno de los padres de la física de los agujeros negros. A finales de los años 20, cuando ya había completado su formación en algunas de las mejores universidades europeas e iniciaba su carrera como docente en Estados Unidos, dio clase en el Instituto Tecnológico de California (Caltech) y en la Universidad de California en Berkeley. Según sus biógrafos su forma de abordar las clases ejercía un magnetismo irresistible en algunos de sus alumnos, a los que animaba a zambullirse en algunos grandes enigmas de la ciencia. Uno de ellos fueron los agujeros negros.
El 'límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff' describe qué masa debe superar una estrella de neutrones sin rotación para que colapse en un agujero negro
En 1939 Oppenheimer y el físico ruso-canadiense George Michael Volkoff predijeron la existencia de las estrellas de neutrones. El trabajo previo que habían llevado a cabo Lev Landau y Richard Chace Tolman, que a su vez se nutrieron del principio de exclusión de Pauli, les permitió formular el 'límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff'. Este cálculo es a las estrellas de neutrones esencialmente lo mismo que el 'límite de Chandrasekhar' a las enanas blancas. Este último describe cuál es la masa límite de una estrella para que, en vez de acabar sus días bajo la forma de una enana blanca, lo haga transformada en una estrella de neutrones: 1,44 masas solares.
El 'límite de Tolman-Oppenheimer-Volkoff', sin embargo, describe qué masa límite debe superar una estrella de neutrones sin rotación para que colapse y dé lugar a la formación de una estrella de quarks o un agujero negro. Resolver este cálculo con precisión es extremadamente complicado debido a que las ecuaciones de estado que describen el comportamiento de la materia degenerada todavía no están perfectamente definidas. Aun así, Oppenheimer y Volkoff realizaron una aproximación razonablemente certera que décadas después ha sido refinada hasta quedar establecida entre 2,01 y 2,17 masas solares.
Los agujeros negros despertaron en Oppenheimer una fascinación irrefrenable en un momento en el que los físicos apenas sabían nada de ellos. Es importante que no pasemos por alto que muchos científicos inicialmente negaron su existencia a pesar de ser una consecuencia irrenunciable de la teoría general de la relatividad, y, en particular, de las ecuaciones de campo de Einstein. El resto es historia.
Actualmente miles de astrofísicos desarrollan su investigación en el ámbito de los agujeros negros. Precisamente uno de los físicos teóricos españoles más reputados en esta materia es José Luis F. Barbón, doctor en física e investigador del CSIC. Tuve la oportunidad de hablar con él para preparar mi artículo dedicado a la física de los viajes en el tiempo, y es indudablemente uno de los físicos teóricos a los que merece la pena seguir la pista muy de cerca.
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