Kip Stephen Thorne (nacido el 1 de junio de 1940) es un físico teórico estadounidense conocido por sus contribuciones en física gravitacional y astrofísica . Junto con Rainer Weiss y Barry C. Barish , recibió el Premio Nobel de Física de 2017 por sus contribuciones al detector LIGO y la observación de ondas gravitacionales . [3] [4] [5] [6]
Amigo y colega de Stephen Hawking y Carl Sagan desde hace mucho tiempo , fue profesor Richard P. Feynman de Física Teórica en el Instituto Tecnológico de California (Caltech) hasta 2009 [7] y habla de las implicaciones astrofísicas de la teoría general de la relatividad . Continúa realizando investigaciones científicas y consultoría científica, sobre todo para la película Interstellar de Christopher Nolan . [8] [9]
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Thorne nació el 1 de junio de 1940 en Logan, Utah . Su padre, D. Wynne Thorne (1908-1979), fue profesor de química del suelo en la Universidad Estatal de Utah , y su madre, Alison (de soltera Comish; 1914-2004), fue economista y la primera mujer en recibir un doctorado en Economía de Iowa State College . [10] [11] Criado en un ambiente académico, dos de sus cuatro hermanos también se convirtieron en profesores. [12] [13] Los padres de Thorne eran miembros de la Iglesia de Jesucristo de los Santos de los Últimos Días (Iglesia SUD) y criaron a Thorne en la fe SUD, aunque ahora se describe a sí mismo como ateo . Respecto a sus puntos de vista sobre la ciencia y la religión, Thorne ha declarado: "Hay un gran número de mis mejores colegas que son bastante devotos y creen en Dios... No existe ninguna incompatibilidad fundamental entre la ciencia y la religión. Resulta que yo no creo en Dios". ". [14]
Thorne rápidamente se destacó en el ámbito académico a temprana edad, ganando reconocimiento en la Búsqueda de Talentos Científicos de Westinghouse cuando estaba en su último año en Logan High School . [15] Recibió su licenciatura en el Instituto de Tecnología de California (Caltech) en 1962 y su doctorado en la Universidad de Princeton en 1965 bajo la supervisión de John Archibald Wheeler con una tesis doctoral titulada " Geometrodinámica de sistemas cilíndricos". [dieciséis]
Thorne regresó a Caltech como profesor asociado en 1967 y se convirtió en profesor de física teórica en 1970, convirtiéndose en uno de los profesores titulares más jóvenes en la historia de Caltech a los 30 años. Se convirtió en profesor William R. Kenan, Jr. en 1981. y profesor Feynman de Física Teórica en 1991. Fue profesor adjunto en la Universidad de Utah de 1971 a 1998 y profesor titular Andrew D. White en la Universidad de Cornell de 1986 a 1992. [17] En junio de 2009, renunció a su cargo. Cátedra Feynman (ahora es profesor Feynman de Física Teórica, emérito) para seguir una carrera de escritura y realización de películas. [ cita requerida ] Su primer proyecto cinematográfico fue Interstellar , en el que trabajó con Christopher Nolan y Jonathan Nolan . [7]
A lo largo de los años, Thorne ha sido mentor y asesor de tesis de muchos teóricos destacados que ahora trabajan en aspectos observacionales, experimentales o astrofísicos de la relatividad general. Aproximadamente 50 físicos han recibido doctorados en Caltech bajo la tutoría personal de Thorne. [7]
Thorne es conocido por su capacidad para transmitir la emoción y la importancia de los descubrimientos en gravitación y astrofísica tanto al público profesional como al público general. Sus presentaciones sobre temas como los agujeros negros , la radiación gravitacional , la relatividad , los viajes en el tiempo y los agujeros de gusano se han incluido en programas de PBS en EE. UU. y en la BBC en el Reino Unido. [ cita necesaria ]
Thorne y Linda Jean Peterson se casaron en 1960. Sus hijos son Kares Anne y Bret Carter, arquitecto. Thorne y Peterson se divorciaron en 1977. Thorne y su segunda esposa, Carolee Joyce Winstein, profesora de biokinesiología y fisioterapia en la USC , se casaron en 1984. [18]
La investigación de Thorne se ha centrado principalmente en la astrofísica relativista y la física de la gravitación , con énfasis en las estrellas relativistas , los agujeros negros y especialmente las ondas gravitacionales . [7] Quizás sea mejor conocido por el público por su controvertida teoría de que los agujeros de gusano posiblemente puedan usarse para viajar en el tiempo. [19] Sin embargo, las contribuciones científicas de Thorne, que se centran en la naturaleza general del espacio , el tiempo y la gravedad , abarcan toda la gama de temas de la relatividad general.
El trabajo de Thorne se ha ocupado de la predicción de la intensidad de las ondas gravitacionales y sus firmas temporales observadas en la Tierra. Estas "firmas" son de gran relevancia para LIGO (Observatorio de Ondas Gravitacionales por Interferómetro Láser), un experimento de ondas gravitacionales de múltiples instituciones para el cual Thorne ha sido uno de los principales proponentes: en 1984, cofundó el Proyecto LIGO (el proyecto más grande jamás financiado por el NSF [20] ) para discernir y medir cualquier fluctuación entre dos o más puntos "estáticos"; tales fluctuaciones serían evidencia de ondas gravitacionales, como lo describen los cálculos. Un aspecto importante de su investigación es el desarrollo de las matemáticas necesarias para analizar estos objetos. [21] Thorne también lleva a cabo análisis de diseño de ingeniería para características del LIGO que no pueden desarrollarse sobre la base de experimentos y brinda asesoramiento sobre algoritmos de análisis de datos mediante los cuales se buscarán las ondas. Ha brindado apoyo teórico para LIGO, incluida la identificación de fuentes de ondas gravitacionales a las que LIGO debería apuntar, el diseño de deflectores para controlar la luz dispersa en los tubos de haz de LIGO y, en colaboración con el grupo de investigación de Vladimir Braginsky (Moscú, Rusia), la invención de la tecnología cuántica . Diseños sin demolición para detectores avanzados de ondas de gravedad y formas de reducir el tipo de ruido más grave en los detectores avanzados: el ruido termoelástico . Con Carlton M. Caves , Thorne inventó el enfoque de evasión de acción inversa para las mediciones cuánticas sin demolición de los osciladores armónicos , una técnica aplicable tanto en la detección de ondas gravitacionales como en la óptica cuántica . [7]
El 11 de febrero de 2016, un equipo de cuatro físicos [a] que representan a la Colaboración Científica LIGO , anunció que en septiembre de 2015, LIGO registró la firma de dos agujeros negros colisionando a 1.300 millones de años luz de distancia. Esta detección registrada fue la primera observación directa del fugaz chirrido de una onda gravitacional y confirmó una predicción de la teoría general de la relatividad. [22] [23] [24] [25] [26]
Mientras estudiaba su doctorado en la Universidad de Princeton, su mentor John Wheeler le asignó un problema en el que pensar: descubrir si un haz cilíndrico de líneas de campo magnético repulsivas implosionará bajo su propia fuerza gravitacional atractiva. Después de varios meses de luchar con el problema, demostró que era imposible que las líneas cilíndricas de campo magnético implosionaran . [27] : 262–265
¿Por qué un haz cilíndrico de líneas de campo magnético no implosiona, mientras que las estrellas esféricas implosionan bajo su propia fuerza gravitacional? Thorne intentó explorar la cresta teórica entre estos dos fenómenos. Finalmente determinó que la fuerza gravitacional puede superar toda presión interior sólo cuando un objeto ha sido comprimido en todas direcciones. Para expresar esta comprensión, Thorne propuso su conjetura del aro , que describe una estrella en implosión que se convierte en un agujero negro cuando la circunferencia crítica del aro diseñado se puede colocar alrededor de ella y ponerla en rotación. Es decir, cualquier objeto de masa M alrededor del cual se pueda hacer girar un aro de circunferencia debe ser un agujero negro. [27] : 266–267 [28] : 189–190
Como herramienta para ser utilizada en ambas áreas (astrofísica y física teórica), Thorne y sus estudiantes desarrollaron un enfoque inusual, llamado " paradigma de membrana ", para la teoría de los agujeros negros y lo utilizaron para aclarar el mecanismo de "Blandford-Znajek". mediante el cual los agujeros negros pueden alimentar algunos quásares y núcleos galácticos activos . [27] : 405–411
Thorne ha investigado el origen mecánico estadístico cuántico de la entropía de un agujero negro. Con su postdoctorado Wojciech Zurek, demostró que la entropía de un agujero negro es el logaritmo del número de formas en que se podría haber formado el agujero. [27] : 445–446
Con Igor Novikov y Don Page , desarrolló la teoría relativista general de los discos de acreción delgados alrededor de los agujeros negros, y utilizando esta teoría dedujo que al duplicar su masa debido a tal acreción , un agujero negro girará hasta 0,998 del giro máximo. permitido por la relatividad general, pero no más allá. Este es probablemente el giro máximo de un agujero negro permitido en la naturaleza. [7]
Thorne y sus compañeros de trabajo en Caltech llevaron a cabo una investigación científica sobre si las leyes de la física permiten que el espacio y el tiempo estén conectados de forma múltiple (¿pueden existir agujeros de gusano y "máquinas del tiempo" clásicos y transitables ?). [29] Con Sung-Won Kim, Thorne identificó un mecanismo físico universal (el crecimiento explosivo de la polarización del vacío de los campos cuánticos ), que siempre puede impedir que el espacio-tiempo desarrolle curvas temporales cerradas (es decir, impedir el viaje hacia atrás en el tiempo ). [30]
Con Mike Morris y Ulvi Yurtsever, demostró que los agujeros de gusano transitables pueden existir en la estructura del espacio-tiempo sólo si están entrelazados por campos cuánticos en estados cuánticos que violan la condición de energía nula promedio (es decir, tienen energía negativa renormalizada distribuida en una región suficientemente grande). . [31] Esto ha desencadenado investigaciones para explorar la capacidad de los campos cuánticos de poseer energía negativa tan extendida . Cálculos recientes de Thorne indican que masas simples que pasan a través de agujeros de gusano atravesables nunca podrían generar paradojas : no existen condiciones iniciales que conduzcan a paradojas una vez que se introduce el viaje en el tiempo. Si sus resultados pueden generalizarse, sugerirían que ninguna de las supuestas paradojas formuladas en las historias de viajes en el tiempo puede formularse en realidad a un nivel físico preciso: es decir, que cualquier situación en una historia de viajes en el tiempo resulta permitir muchas soluciones consistentes. [ cita necesaria ]
Junto con Anna Żytkow , Thorne predijo la existencia de estrellas supergigantes rojas con núcleos de estrellas de neutrones ( objetos Thorne-Żytkow ). [32] Sentó las bases de la teoría de las pulsaciones de las estrellas relativistas y de la radiación gravitacional 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, incluida la influencia del acoplamiento de sus momentos multipolares con la curvatura espacio-temporal de los objetos cercanos, [33] además de escribir las Métrica de Hartle-Thorne , una solución aproximada que describe el exterior de un cuerpo que gira lenta y rígidamente, estacionario y axialmente simétrico.
Thorne también ha predicho teóricamente la existencia de una " materia exótica " universalmente antigravitante: el elemento necesario para acelerar la tasa de expansión del universo, mantener abiertas las "Puertas Estelares" de los agujeros de gusano transitables y mantener en funcionamiento los " impulsores warp " geodésicos de flotación libre en el tiempo . Con Clifford Will [34] y otros de sus estudiantes, sentó las bases para la interpretación teórica de las pruebas experimentales de las teorías relativistas de la gravedad , bases sobre las que Will y otros construyeron luego. A partir de 2005 , Thorne se interesó por el origen del espacio y el tiempo clásicos a partir de la espuma cuántica de la teoría de la gravedad cuántica . [ cita necesaria ][actualizar]
Thorne ha escrito y editado libros sobre temas de teoría gravitacional y astrofísica de altas energías . En 1973, fue coautor del libro de texto Gravitación con Charles Misner y John Wheeler ; [35] que según John C. Baez y Chris Hillman, es uno de los grandes libros científicos de todos los tiempos y ha inspirado a dos generaciones de estudiantes. [36] En 1994, publicó Black Holes and Time Warps: Einstein's Outrageous Legacy , un libro para no científicos por el que recibió numerosos premios. Este libro se ha publicado en seis idiomas y se encuentran en imprenta ediciones en chino, italiano, checo y polaco. [ ¿ cuando? ] En 2014, Thorne publicó The Science of Interstellar en el que explica la ciencia detrás de la película Interstellar de Christopher Nolan ; Nolan escribió el prólogo del libro. En septiembre de 2017, Thorne y Roger D. Blandford publicaron Física clásica moderna: óptica, fluidos, plasmas, elasticidad, relatividad y física estadística , un libro de texto de posgrado que cubre las seis áreas principales de la física enumeradas en el título. [37]
Los artículos de Thorne han aparecido en publicaciones como:
Thorne ha publicado más de 150 artículos en revistas académicas. [41]
Thorne ha sido elegido para: [42]
Ha sido reconocido por numerosos premios que incluyen:
Ha sido becario Woodrow Wilson , becario Danforth, becario Guggenheim y becario Fulbright . También recibió el título honorífico de doctor en letras humanas de la Claremont Graduate University y un doctorado honoris causa del Departamento de Física de la Universidad Aristóteles de Tesalónica .
Fue elegido para ocupar la cátedra Lorentz para el año 2009 en la Universidad de Leiden, Países Bajos .
Thorne ha trabajado en:
Kip Thorne fue seleccionado por la revista Time en una lista anual de las 100 personas más influyentes del mundo estadounidense en 2016. [52]
Thorne creció en una familia mormona académica en Utah, pero ahora es ateo.
"Hay un gran número de mis mejores colegas que son bastante devotos y creen en Dios, desde un Dios humanista abstracto hasta un Dios católico o mormón muy concreto. No existe ninguna incompatibilidad fundamental entre ciencia y religión. Resulta que yo no creo en Dios. ".
LIGO es la empresa más grande emprendida por NSF, con inversiones de capital de casi $300 millones y costos operativos de más de $30 millones al año.
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