Karl Schwarzschild fue un científico que realizó grandes aportes al mundo de la ciencia, especializado en la astronomía, física y la matemática, fue el hombre que tras largas investigaciones predijo la existencia de los agujeros negros, este fue uno de los aportes más reconocido de su carrera profesional. Si desea conocer todo sobre Karl Schwarzschild, se encuentra en el artículo indicado.
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¿Quién era Karl Schwarzschild?
Karl Schwarzschild nació un 9 de octubre de 1873 en Potsdam, una pequeña ciudad que hace frontera con Berlín, Alemania, fue un físico, matemático y astrónomo alemán pionero en los estudios sobre la teoría cuántica.
Sin embargo, como astrónomo estableció líneas de investigaciones sobre óptica y fotografía astronómica, en las que de manera innovadora introdujo áreas como la geometría no euclidiana para medir el universo.
Debemos recordar que existen muchas teorías no Euclidianas, aquellas que por supuesto no cumplen con los principios de los sistemas de la geometría Euclidiana, sin embargo se concentran mayormente en los espacios homogéneos, es decir, en aquellos donde la curva del espacio es la misma en cada punto, así como también en aquellos donde los puntos del espacio no pueden ser distinguidos.
Con la teoría Euclidiana se satisfacen tres teorías como son: la que supone un espacio plano, la que habla de la curvatura negativa y la que tiene curvatura positiva.
Karl Schwarzschild también realizó aportes importantes en el área de la relatividad, debido a que influyó en la obtención de soluciones exactas a las ecuaciones del campo de Einstein, pero dentro del campo de la astronomía, así avanzó mucho en la presunción de la existencia de los agujeros negros, los cuales serían descubiertos y confirmados décadas después.
Conozcamos un poco de su vida, como señalamos Karl Schwarzschild era de origen alemán, pero también era judío, le correspondió por destino ser el mayor de seis. Desde muy joven mostró capacidades de niño prodigio, imaginen que con solo 16 años de edad logró desarrollar un trabajo que hablaba de la teoría de órbitas celestes y no conforme con ello, también elaboró otro que trataba sobre las estrellas dobles.
Ambos trabajos fueron de tan alta calidad técnica y científica que posteriormente fueron publicados en la revista científica Astronomische Nachrichten. Compartía sus inquietudes y gustos por la astronomía con su amigo Paul Epstein, quien era 2 años mayor que él, se conocieron porque sus padres eran amigos.
Para el año 1891, sin duda alguna fue aceptado en la Universidad de Estrasburgo, obteniendo el doctorado de Astronomía observacional en tan solo tres años, en Múnich. De manera inmediata comenzó a trabajar como asistente en el Observatorio Kuffner.
Uno de sus primeros aportes fue el desarrollo de una fórmula que permitía determinar las propiedades de los materiales fotográficos. También fue profesor durante 9 años de la Universidad de Gotinga, en Augusta, Alemania, en donde compartió conocimientos con personajes importantes de la astronomía y la matemática.
Desarrollando sus capacidades e inquietudes en referencia al Universo, propone entonces que el mismo está lejos de regirse por una geometría euclidiana. Era extremadamente productivo y siempre generaba gran cantidad de artículos científicos que nutrían de sus conocimientos a la comunidad, en donde trataba temas como la radiactividad en el balance de la atmósfera del Sol, transporte de energía, investigaciones en el campo de la óptica y mucho más.
Pero no olvidemos que era un científico que estaba muy por encima del promedio, así que también desarrollaba información en el área de la física teórica y relatividad, en donde abordaba el espectro atómico y reglas generales sobre la cuantificación.
Con los aportes realizados por Karl Schwarzschild, se hicieron las primeras propuestas sobre la teoría cuántica. Estas estaban a la par con los trabajos que estaba desarrollando Niels Bohr, el premio Nobel de física que desarrolló la teoría del átomo.
También en esta área del conocimiento contribuyó con la solución de las ecuaciones de campo de Albert Einstein. Sin embargo, a pesar de haber estado en la mayoría de las aulas de las más prestigiosas de las universidades de la época, nadie creía en la propuesta de la existencia en el universo de un cuerpo de la magnitud de un hoyo negro y por eso el trabajo de Karl Schwarzschild no era tan popular, como el de otros científicos de la época.
Siendo un científico como pocos, también tuvo que alistarse en el ejército. Falleciendo a los 42 años de edad, por contraer una enfermedad en la piel, durante la Primera Guerra Mundial, el 11 de mayo de 1916.
Aportes científicos
Karl Schwarzschild realizó una innumerable cantidad de aportes al mundo del conocimiento científico, de la astronomía, la física y la matemática, en este artículo señalaremos los más importantes.
Como ya hemos indicado con anterioridad Karl Schwarzschild, era de esas personas que presentaban un coeficiente intelectual por encima del promedio, pero además era un apasionado de la investigación, desde muy joven se dedicó a la búsqueda de respuestas y el entendimiento del universo.
Fue de los primeros en generar la hipótesis de que el transporte de energía en la atmósfera estelar se producía por procesos de radiación. Asimismo generó procedimientos estadísticos en astronomía para demostrar la hipótesis propuesta por él mismo, sobre el movimiento en las estrellas.
También en el campo de las matemáticas, desarrolló las expresiones que permitían explicar la presión que es ejercida por la energía radiante sobre los sólidos con dimensiones pequeñas. Esta propuesta fue la base que permitió calcular los valores para el tamaño de las partículas, que se encuentran en las colas de los Cometas. En física teórica y relatividad también hizo importantes contribuciones.
Como señalamos anteriormente, en el campo de la física fue quien estableció la base para el entendimiento de la teoría cuántica, ubicándose como el primero en desarrollar las bases del espectro molecular, elemento fundamental para la explicación de la teoría del espectro atómico, propuesta por Niels Bohr, quien posteriormente ganaría el Premio Nobel de Física.
También creó la teoría del efecto Stark, donde se explica el efecto que produce un arco eléctrico sobre la luz. Como sabemos Albert Einstein fue el creador de la Teoría General de la Relatividad, pero Schwarzschild fue quien encontró la fórmula matemática exacta que explicaba con exactitud la teoría desarrollada por Einstein, que correspondía al campo gravitatorio de un cuerpo compacto, como podrían ser los planetas y las estrellas, es lo que hoy en día conocemos como el Campo de Schwarzschild.
Este trabajo fue publicado en el año 1916, pero como todo lo que desarrollaba Schwarzschild, era muy avanzado para la época, era siempre asumido por el gremio científico como especulaciones y eran poco aceptadas o creíbles por el mundo de la astronomía, de la física y la matemática.
Sin embargo, el tiempo le daría la razón, en un principio Schwarzschild planteaba que si la masa que origina el campo, era lo suficientemente difusa, de manera que generara un campo gravitatorio sobre la superficie del cuerpo lo bastante débil, el campo de Shwarzschild mostraría propiedades físicas que podían ser parecidas a las descritas por Newton.
En caso contrario, si la masa del cuerpo estuviera concentrada, se generaría un campo gravitatorio muy fuerte sobre la superficie de este, de modo que las ecuaciones de Newton, no explicarían este fenómeno.
No fue sino hasta el descubrimiento de los pulsares y su explicación como probables estrellas de neutrones, constituidas por materia que tiene la misma densidad de los núcleos atómicos, que fue tomada en cuenta la propuesta de Shwarzschild. Entonces fue cuando surgió la posibilidad de acceder a la observación de campos gravitatorios de gran intensidad.
Pero entre sus aportes más importantes estuvo la predicción de la existencia de los agujeros negros, la cual también fue considerada por la comunidad científica como otra especulación de Karl Schwarzschild y nuevamente el tiempo le daría la razón.
Vamos a tratar de desarrollar el tema de una forma comprensible para todos y ya entenderán por qué eran llamadas especulaciones en la época en que fue desarrollada la hipótesis.
Una de las características más raras del campo de Schwarzschild, es que si se asume que la masa total del cuerpo se encuentra concentrada en un mismo centro, entonces a una distancia finita de ese centro llamado singularidad, la geometría del espacio-tiempo y el radio de Schwarzschild, cambian de manera radical.
Esto es explicado de la siguiente manera: un observador que se encuentra en el interior del cuerpo, desde esa perspectiva vería que las partículas y hasta la luz misma que emite, no pueden salir del interior y atravesar más allá del radio de Schwarzschild, por lo que no podrían ser detectadas desde afuera.
En el caso contrario, si el observador está en el exterior del cuerpo, vería que cualquier partícula demoraría un tiempo infinito en ingresar al interior y jamás lo lograría. Por lo que no existiría una comunicación entre el interior y el exterior de ese cuerpo. A esta frontera se le dio el nombre de Horizonte de Eventos.
Ahora bien, si planteamos la perspectiva de que el observador está ligado a una partícula que va cayendo en dirección directa al centro, él podría ver en su reloj el tiempo que le lleva atravesar el Horizonte de Eventos y este sería un tiempo finito.
De hecho este observador no notaría ningún tipo de anormalidades al cruzar el Horizonte de Eventos, adicionalmente su reloj se desviará, respecto al reloj de un observador que permanezca siempre afuera del cuerpo, a una distancia constante del centro.
Este último notaría que el cruce del Horizonte de Eventos demora eternamente, mientras que el tiempo es finito para el observador que controla su reloj a medida que cae hacia el centro del cuerpo. Esto que acabamos de plantear es en realidad el fundamento utilizado por Karl Schwarzschild, que hoy en día conocemos como la teoría de los Agujeros Negros.
Al realizar los cálculos sobre los efectos de la curvatura del espacio-tiempo, tanto dentro como fuera de una estrella, fue capaz de identificar que si la masa de la estrella se comprimía en un espacio lo suficientemente pequeño, el tejido espacio temporal parecía reducirse. Era esto para los científicos de la época la predicción más inverosímil de los agujeros negros.
Como indicamos, el tiempo le daría la razón a Karl Schwarzschild y en el año 1931, el astrofísico de origen hindú Subrahmanyan Chandrasekhar, fundamentó la posibilidad de la existencia de los Agujeros Negros, sobre el hecho de que si una estrella agota su proceso de fusión nuclear y excede en 1,44 veces la masa del Sol, estallará como supernova, pero si el núcleo remanente es mayor de 2 veces la masa solar, esta se contraerá y colapsará bajo su propia gravedad, dando como resultado un Agujero Negro.
Actualmente esta teoría está comprobada y se han identificado varios agujeros negros en nuestra Vía Láctea. Tuvieron que pasar décadas para que las supuestas especulaciones de Schwarzschild fueran reconocidas, generando una nueva era en la investigación, llamados agujeros negros por John Archibald Wheeler en el año 1967.
Relatividad
Recordemos que fue Karl Schwarzschild quien desarrolló los cálculos sobre cómo se comportaría el campo gravitatorio alrededor de una estrella, de acuerdo con la Teoría de la Relatividad General desarrollada por Einstein.
El mismo Einstein se sorprendió al saber que sus ecuaciones de campo admitían soluciones exactas. ¿Pero en qué se diferenciaba la propuesta de Schwarzschild y la de Einstein?, Einstein utilizó las coordenadas rectangulares para realizar una aproximación del campo gravitatorio existente alrededor de un cuerpo esféricamente simétrico, estático y sin carga.
Por su parte Schwarzschild, eligió un sistema de coordenadas que se parecía a un sistema polar, lo que permitió obtener resultados exactos a la teoría de Einstein. Lo increíble es que esta propuesta fue desarrollada encontrándose Schwarzschild, en la guerra mientras cumplía su servicio militar.
Reconocimientos
Definitivamente Karl Schwarzschild fue un científico que estaba realmente avanzado a la época que le tocó vivir y a pesar de que sus propuestas en varias áreas del conocimiento no fueron reconocidas al momento de ser escritas, porque parecían en oportunidades inconcebibles realidades, con los años fueron comprobadas.
En la actualidad Karl Schwarzschild, es reconocido como uno de los científicos más importantes, a la par de Einstein. En virtud de reconocer sus aportes se creó la Medalla Karl Schwarzschild, en honor al astrofísico alemán.
Este es un galardón que se otorga a los grandes científicos que realizan aportes relevantes a las ciencias de la astronomía y la astrofísica. La Medalla es otorgada por la Sociedad Astronómica de Alemania.
Si este artículo ha sido de su agrado y le ha permitido conocer sobre este gran personaje de la historia científica del mundo, lo invitamos a continuar la lectura de otros grandes científicos que también realizaron importantes aportes en el área de la astronomía, en los siguientes enlaces:
