Kip Thorne

Thorne es considerado una de las pocas autoridades mundiales en ondas gravitatorias. En parte, su trabajo se ha ocupado de la predicción sobre ondas gravitatorias y sus ritmos temporales observables en la Tierra. Estos "ritmos" observables son de gran importancia para el experimento denominado LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory). Thorne ha sido un gran defensor de este experimento, que cofundó en 1984, siendo el mayor proyecto financiado por la National Science Foundation. A través del mismo se intenta discernir y medir las fluctuaciones en el espacio entre dos o más puntos estáticos; tales fluctuaciones serían la evidencia de las predichas ondas gravitatorias, según los cálculos de Thorne y otros científicos. Un aspecto significativo de su investigación es el desarrollo de las matemáticas necesarias para analizar estos objetos. Thorne también lleva a cabo análisis de diseño de ingeniería para las características del LIGO que no se pudieron desarrollar cuando se concibió el experimento, y aporta asimismo los algoritmos necesarios para los análisis de datos a través de los cuales se efectuarán las búsquedas de ondas.

Ha prestado igualmente apoyo teórico para el LIGO, incluyendo la identificación de fuentes de ondas gravitatorias en que LIGO debería centrarse, el diseño de los deflectores para el control de la luz dispersada en el haz de tubos de LIGO, y –en colaboración con el grupo de investigación de Vladimir Braginsky (Moscú, Rusia)– de los sistemas denominados Quantum Nondemolition (QND) measurement para preservar las mediciones de los detectores avanzados de ondas gravitatorias y los sistemas para reducir el ruido (Ruido de Johnson-Nyquist) en dichos detectores. Con Carlton M. Caves, Thorne desarrolló sistemas de modulación de amplitud en cuadratura de osciladores armónicos (quantum nondemolition measurements of the quadrature amplitudes of harmonic oscillators), una técnica aplicable tanto en la detección de ondas gravitatorias como en la óptica cuántica (el Ligo utiliza en sus mediciones rayos láser). Debido a estas investigaciones, en 2017 le fue concedido, junto a Rainer Weiss y Barry C. Barish, el premio Nobel de física, «por sus contribuciones decisivas al detector LIGO y por la observación de ondas gravitatorias».[2]

Thorne ha realizado numerosas contribuciones a la cosmología de los agujeros negros. Propuso su denominada «conjetura del aro» a fin de dejar de lado la idea de una singularidad desnuda. Dicha conjetura describe una estrella en implosión convirtiéndose en un agujero negro. Esto se produce cuando la circunferencia crítica del aro puede contenerlo y rotar alrededor. Es decir, cualquier objeto de masa M en torno al cual un aro de circunferencia ${\displaystyle {\begin{matrix}{\frac {4\pi GM}{c^{2}}}\end{matrix}}}$ se puede hacer girar, debe ser un agujero negro. Como herramienta para ser utilizada tanto en las empresas comerciales como en la ciencia astrofísica y la física teórica, Thorne ha desarrollado un enfoque poco común, llamado el paradigma de la membrana, aplicado a la teoría de los agujeros negros; lo utilizó para aclarar el «mecanismo de Blandford-Znajek» según el cual los agujeros negros serían capaces de activar cuásares y núcleos activos de galaxias. Thorne ha investigado el origen estadístico mecánico cuántico de la entropía de los agujeros negros, así como la entropía del horizonte cosmológico en un modelo inflacionario del universo. En colaboración con Wojciech Zurek, demostró que la entropía de un agujero negro de masa conocida, su momento angular y carga eléctrica, corresponden al logaritmo del número de formas en que el agujero se podría haber constituido. En colaboración con Igor Novikov y Don Page desarrolló la teoría de la relatividad general de los delgados discos de acrecimiento formados alrededor de los agujeros negros. Con su mentor John Wheeler, demostró además que era imposible la implosión para líneas cilíndricas de campos magnéticos. Con Stephen Hawking, ha teorizado sobre la singularidad existente en el interior de los agujeros negros y polemizado sobre la posibilidad del viaje en el tiempo.

Thorne fue una de las primeras personas en realizar investigaciones científicas sobre si las leyes de la Física permiten la conexión múltiple del espacio y el tiempo (si se pueden atravesar los agujeros de gusano y si es posible la máquina del tiempo). Con Sung-Won Kim, Thorne ha identificado un mecanismo físico universal (el crecimiento explosivo de la polarización de los campos de vacío cuántico), que siempre debe impedir el desarrollo en el espacio-tiempo de las curvas cerradas de tipo tiempo (es decir, impide "el viaje hacia atrás en el tiempo"). Con Mike Morris y Ulvi Yurtsever demostró que la existencia de los agujeros de gusano lorentzianos violaría determinados principios de la mecánica cuántica. Esto ha dado lugar a la investigación para explorar la capacidad de los campos cuánticos de incluir energía negativa extendida. Cálculos recientes de Thorne indican que simples masas que atraviesen agujeros de gusano nunca podrían engendrar paradojas —no hay condiciones iniciales que conduzcan a paradojas una vez que el viaje en el tiempo se ha iniciado. Si sus resultados se pueden generalizar, se sugiere que ninguna de las paradojas que aparecen en las historias de viajes en el tiempo en realidad pueden ser formuladas en un nivel físico preciso: es decir, que cualquier situación en los viajes en el tiempo permite varias soluciones coherentes.

Sus estudios más recientes sobre gravedad cuántica prevén que en 2020 pueda afirmarse que «las leyes de la física prohíben el viaje atrás en el tiempo, al menos en el mundo macroscópico de los seres humanos. Por mucho que lo intente una civilización altamente avanzada, no puede impedir que una máquina del tiempo se autodestruya en el momento de la activación». Y añade: «lamentablemente, Stephen [Hawking] no apostará conmigo sobre esto. Ambos nos encontramos en el mismo lado.»[3]

Con Anna Żytkow, Thorne predijo la existencia de estrellas supergigantes rojas con núcleo de estrellas de neutrones (objetos Thorne-Żytkow). Lo más importante, sentó las bases para la teoría de los pulsos de las estrellas relativistas y la radiación gravitatoria que emiten. Con James Hartle, Thorne derivó de la relatividad general las leyes del movimiento y la precesión de los agujeros negros y otros cuerpos relativistas, incluyendo la influencia del acoplamiento de los momentos multipolares de dos objetos cercanos a la curvatura del espacio-tiempo. Thorne también ha predicho teóricamente la existencia de materia exótica antigravitatoria (con masa negativa), que es el elemento necesario para acelerar la tasa de expansión del universo, posibilitar los agujeros de gusano y otras teorías. Con Clifford Will y otros de sus estudiantes, sentó las bases para la interpretación teórica de las pruebas experimentales de las teorías relativistas de la gravedad, cimientos sobre los que Will y otros trabajan desde entonces. Finalmente, Thorne está interesado en el origen del espacio y tiempo clásicos a partir de la espuma cuántica, dentro de la teoría cuántica de la gravedad.