Autora: Blanca Inés Prada Márquez
Del universo estático de los griegos al universo dinámico de la Teoría de la Relatividad
“Algunos necios declaran que un creador hizo el mundo. La doctrina de que el mundo fue creado es equivocada y hay que rechazarla. Si Dios creó el mundo ¿Dónde estaba Él antes de la creación?...¿Cómo pudo haber hecho Dios el mundo sin materiales? Si dices que los hizo primero y luego hizo el mundo te enfrentas con una regresión infinita… Has de saber que el mundo es increado, como el mismo tiempo, sin principio ni fin. Y que se basa en los principios…
Mahapurana (La Gran leyenda), Jinasena, India, siglo IX.
Una de las citas con las cuales empieza Carl Sagan el capítulo X de Cosmos, titulado “El filo de la eternidad” y está dedicado a explicarnos el Big Bang o la teoría de la “Gran explosión”.
El UNIVERSO, tal como nos lo explica hoy la astrofísica, es infinitamente grande, poblado de millardos de galaxias, cada galaxia con millardos de estrellas, y cada estrella capaz de ser un sistema solar como el nuestro o muchísimo más grande.
Este inmensísimo Universo hubiera asustado a los terrícolas, incluso a principios del siglo XX cuando todavía se pensaba en un Universo demasiado pequeño creyéndose que sólo contenía nuestra galaxia.
Hasta el siglo XV el universo era pequeñísimose reducía al Sol, la Tierra, la Luna y una cohorte de 5 planetas, todo envuelto por la bóveda celeste donde las estrellas se creían fijas y no pasaban de mil.
Este modelo de Universo había sido ideado por Aristóteles quien además pensaba que el Universo era eterno, en el no había ni generación ni corrupción. Sólo la Tierra que estaba en el centro del sistema estaba sujeta al nacimiento y a la muerte, el resto del Universo era perfecto e incorruptible.
Por otra parte es necesario decirlo, los antiguos que fueron grandes observadores del cielo nocturno y que además gozaban de noches tachonadas de estrellas ya que vivían en un mundo sin polución, tenían que hacer sus observaciones a ojo desnudo.
Algunos como Aristarco de Samos y Eratóstenes fueron muy lejos en su reflexión más teórica que práctica, ellos pensaron en contra del sentido común y plantearon la posibilidad de que el centro del Universo fuera el Sol, un modelo que sólo pudo dar frutos en el siglo XVII con Copérnico, Galileo, Kepler, y Newton, pero en general todo el trabajo de los antiguos en física y astronomía estaba centrado en el sentido común, en lo que se puede observar a simple vista, ellos no pudieron ir más lejos en sus observaciones no porque fueran menos inteligentes que nosotros, sino porque no tenían los instrumentos de observación apropiados, bueno y quizá también porque les faltó un teórico como Einstein.
En el siglo XVII gracias al telescopio, Galileo empezó a descubrir cosas en el Universo que hasta esa fecha habían sido impensables, entre otras cosas el empezó a comprender que las estrellas eran numerosísimas, “miles, miles y miles” —decía Galileo—; comprendió también que habían grupos innumerables de estrellas cerca de algunas constelaciones, como por ejemplo la Nebulosa de Orión que Galileo empezó a ver y a estudiar, pero también fue el primero en empezar a plantear que los cuerpos celestes podrían ser corruptibles, que por ejemplo la Luna tenían manchas y además montañas y que estas podrían haber tenido un principio y tener también un final debido a una erucción como pasaba en la Tierra; observó también que alredor de Júpiter circulaban cuatro Lunas lo cual hacía pensar que en el Universo podían haber varios centro de rotación como Copérnico lo había planteado.
El catalejo galileano era muy rudimentario, sin embargo, fue el punto de partida para empezar a descubrir un Universo muchísimo más grande del que había sido imaginado por los griegos.
Muy pronto el catalejo galileano empezó a ser perfeccionado, primero por Kepler que sabía mucho más de óptica que Galileo, después vendrá Newton que lo dejó casi perfecto, al menos en su cocepción científica no en su tatamaño, y empieza así una abalancha de telescopios al cual más potentes, de esta manera en el siglo XVIII los astrónomos empezaron también a hacer grandes descubrientos, entre otros a darse cuenta de que nuestra Galaxia (Vía Láctea) era mucho más que un conglomerado de estrellas.
Que ella ofrecía cantidad de cuerpos y de fenómenos maravillosos que le daban dimensiones insospechadas. Herchel en 1785 intentó valorar su tamaño y dedujo que debían existir unos cien millones de estrellas en toda la galaxia, algo que ya era inmenso comparado con las mil estrellas que pensaban los antiguos.
Sin embargo hasta más o menos 1920 el Universo era considerado como sólo poblado por nuestra grande y extraordinaria Galaxia. Se pensaba todavía que el Universo era eterno e inmutable, que las estrellas seguían sus ciclos vitales, y al morir otras nuevas iban naciendo para ocupar su lugar en el firmamento.
Un indicio de que el Universo podía estar evolucionando empezó a desarrollarse con la Teoría de la Relatividad General de Einstein. “Esta es una teoría del espacio-tiempo que ofrece una descripción matemática completa (un modelo) del universo” (John Gribbin, Diccionario de Cosmos, p. 49).
Hacia 1917 cuando Eisnten estaba desarrollando sus ecuaciones se dio cuenta de que ellas no describían un mundo estático sino dinámico; sus ecuaciones le mostraban un mundo que estaba espandiéndose o contrayéndose.
Incluso Einstein tuvo que hacer algo de lo cual más tarde se arrepintió, él introdujo la llamada “constante cosmológica”, una especie de factor de corrección con el fin de poder conservar el modelo estático que él tenía en mente.
Pero otros investigadores en otras partes del mundo, entre ellos Willem De Sitter en Holanda y Alexander Friedman en la Unión Soviética, encontraron también que aplicando las ecuaciones de Einstein sus modelos de universo tenían la tendencia a evolucionar.
Sin embargo se necesitaba el trabajo observacional, la comprobación experimental, esta llegó hacia los años 20 cuando Edwin Hubble y Milton Humason, que trabajaban en el observatorio del Monte Wilson, ampliaron las observaciones hechas hacia 1914 por Vesto Slipher, quien había observado que once de los quince objetos conocidos entonces como nebulosas espirales mostraban desplazamientos hacia el rojo en su luz.
Pues bien, Hubble y su compañero, ampliaron las observaciones de Slipher, y Hubble estableció que nuestra galaxia no era única sino que podían haber miles y miles de nuevas galaxias. Con este descubrimiento el universo empieza a tomar dimensiones incalculables.
Hubble en colaboración con Humason logró observar que la mayoría de las galaxias tenían desplazamientos hacia el rojo, menos las más próximas a nosotros, por ejemplo Andrómeda que mostraba desplazamientos hacia el azul.
Hubble incluso midió la velocidad con la cual se alejaban las galaxias entre si, y estableció una constante conocida como la Ley de Hubble, una formula matemática que demuestra que las galaxias más distantes se alejan de nosotros a mayor velocidad que las más próximas.
De esta manera los astronónomos lograron concluir que la velocidad de alejamiento de un objeto debida a la expansión del Universo se obtenía multiplicando la constante de Hubble por la distancia que nos separa de dicho objeto, y empezaron a darse cuenta que el universo debía tener dimensiones “cuasi infinitas”.
Hubble no sólo demostró que el Universo se estaba expandiendo sino que también supuso que debía haber tenido un origen definido en el tiempo; él equivocadamente sugería que el universo debería tener sólo unos miles de millones de años de existencia, más tarde con mejores técnicas Walter Baade y otros investigadores estimaron que el Universo podría tener entre quince mil a veinte mil millones de años.
Lo maravilloso es que Einstein siempre iba mucho más lejos con su teoría que lo que mostraban los descubrimientos observacionales, pero como en ciencia las teorías deben demostrarse experimentalmente, digamos que el trabajo de los astrónomos y la teoría de Einstein logran elaborarnos el más complejo, dinámico y extraordinario modelo del universo.
“Las ecuaciones de Einstein decían que el universo debería expandirse, no porque las galaxias se mueven en el espacio, sino porque el espacio vacío entre las galaxias (estrictamente hablando espacio-tiempo), se está expandiendo.
El desplazamiento hacia el rojo cosmológico es el resultado de que la luz que procede de galaxias lejanas se estira en la misma cantidad en que el espacio se expande mientras la luz viaja de camino hacia nosotros” (Gribbin, p. 95).
Con los descubrimientos de Hubble se pudo comprobar que el modelo Cosmológico de Einstein, quitándole la “constante cosmológica”, —que como ya dijimos fue un añadido sin soporte que Einstein puso y después tuvo que reconocer que se había equivocado—, daba una buena descripción del comportamiento del Universo, un Universo que empezó a ser cada vez más grande y más complejo.
Pero Einstein, como siempre, con su genialidad iba más lejos. El llegó a la conclusión que el Universo no tenía centro alguno, algo que ya lo había planteado poéticamente Giordano Burno en el siglo XVI, pero ahora Einstein lo confirmaba con sus ecuaciones.
El Univero que nos presenta Einstein es algo así como un globo sin límites y sin centro, cualquier punto se podía tomar como centro. Uno podía circunnavegar el universo y volver al mismo punto de partida, en otras palabras el universo era finito pero sin límites.
Todo esto era muy complejo y difícil de asimilar, además tenía sus consecuencias, una de ellas era que el universo debería haber tenido un comienzo definido en el tiempo. Las ecuaciones de Einstein planteaban que uno podía retroceder en el tiempo hasta llegar a un punto nulo de donde todo habría partido, lo que los científico llaman “una singularidad”.
Hacia 1927, el científico belga, Georges Lemaitre, sin seguir las ecuaciones de la relatividad hasta el final, describió el nacimiento del Universo como una gran explosión a partir de un “átomo primordial”, es decir a partir de un momento en el cual todo se habría concentrado en una esfera 30 veces más grande que nuestro Sol, él llamó a este átomo primordial el “huevo cósmico”, el cual habría explotado sin saber por qué y de allí habrían salido todos los constituyentes del Universo.
Este modelo de Universo fue llamado por Fred Hoyle el “modelo del Big-bang”, nombre burlesco pues él veía este modelo tan elegante como “una party Girl saliendo del interior de una torta”.
Hoyle fue uno de los creadores de un modelo rival al Big-Bang llamado “Estado estacionario”. Pero aunque Hoyle siguió siendo un vocifererante del modelo del Big-Bang, este nombre caló dentro de la comunidad internacional y así siguió llamándose.
El modelo del Big-Bang dio pie a interminables debates en parte porque muchos pensaban que el tal “huevo cósmico” estaba en el espacio vacío y había explotado como una bomba. Pero como explicará Einstein y los entendidos en la teoría de la Relatividad, el espacio-tiempo, así como la materia y la energía estaban enrollados en el huevo cósmico. No hay espacio exterior, la expansión es debida a la expasión del propio espacio que se estira con el paso del tiempo.
Hacia 1940 George Gamow, físico y astrónomo nortemericano de origen ruso, hizo el descubrimiento conocido en la historia de la astronomía como la “radiación de fondo”,él describió en forma cuantitativa las condiciones del Big-Bang.
Con la ayuda de la física cuántica trató de estudiar las interacciones nucleares que habrían ocurrido en el naciminto del universo y encontró que el hidrógeno primordial se había transformado particularmente en helio.
Los trabajos de Gamow se olvidaron pero hacia los años 60 varios grupos de investigadores de EE..UU. Gran Bretaña y la Unión Soviética se unieron para investigar la tal “radiación de fondo”, llegando a la conclusión que el Universo debía estar lleno de un mar de radiación de fondo.
Pero el problema era cómo detectarla. Dicke el supervisor del equipo olvidándose de todos los trabajos anteriores organizó un nuevo equipo en Princeton para montar un pequeño radiotelescopio cuya misión era buscar la tal “radiación de fondo”.
Pero a veces los descubrientos llegan por azar y sin estarlos buscando, fue así como en 1965, Arno Penzias y Robert Wilson, que trabajaban en un satélite de comunicaciones en New Yersey, encontraron una fuente permanente de interferencia que llegaba uniformemente de todas las regiones del cielo.
Sorprendidos y sin entender lo que pasaba llamaron a Dicke, el coordinador del trabajo interdisciplinario de Princeton, y este con sus colegas confirmaron en 1968, después de muchas observaciones, que aquello era nada más y nada menos que la “Radicación de Fondo”, de tal manera que observación y teoría logran de nuevo encontrarse.
Se publicaron sendos artículos en el Astrophisical Journal y los trabajos de observación siguieron por 20 años cuando al fin lograron darle a la Radiación de fondo una temperatura 2.7° K. En 1978 Wilson y Penzias recibieron el premio nobel por su descubrimieto accidental de 1968.
Con el descubrimiento y comprobación de la Radiación de fondo, la mayoría de los astronómos se convencieron de que realmente había habido un Big - Bang y la Cosmología empezó a ser una floreciente disciplina científica.
Después de este gran descubrimiento el trabajo de los astrófísicos fue enorme para tratar de entender y explicar cómo se había comportado el Universo después de la gran explosión y cómo había logrado enfriarse, cómo se habían ido formando los primeros cuerpos celestes, en fin, mil problemas para investigar y resolver.
Varios autores publicaron sendos libros tratando de explicarnos de una manera abordable tan complicado pero interesantísimo asunto, entre ellos podemos señalar a Steven Weinberg, Los tres primeros minutos del universo (1978); Ilya prigogine, Order Out of Chaos (1984; John Gribbin, In Search of the Big Bang (1986); y Stephen Hawking, Historia del tiempo, o Del Big Bang a los agujeros negros (1988).
Con la detección de “ondas gravitacionales primodiales”, según los informes científicos que hemos recibido en estos días, la teoría del Big-Bang volvió a estar de moda, y muchas preguntas, hipótesis y conclusiones consmológicas están por venir, porque nuestra infinito Universo está lejos, muy lejos de ser totalmente comprendido y explicado por la Astrofísica, así esta ciencia haya ido lejísimos no sólo en sus teorías sino también en sus potentísimos y extraordinarios instrumentos de observación, y lo que se espera de ella en las próximas décadas es inimaginable.
Fuera de los enormes telescopios tanto en tierra como en el espacio con que cuenta hoy la Astrofísica, también debemos mencionar dos proyectos colosales que se están desarrollando: la construcción del Atacama Large Millimeter(ALMA) diseñado para detectar las señales que nos llegan desde las estrellas, planetas y Galaxias, cuya primera parte fue inaugurada en Chile por el presidente Piñeros el 14 de marzo del 2013, y el diseño del Square Kilometre Array (SKA) previsto para el 2022 y que será 50 veces más sensible que los instrumentos que se utilizian actualmente, capaz de observar los núcleo galácticos y mucho más.
De sus observaciones saldrán audaces conclusiones que revolucionarán nuestro conocimiento del Universo y lo que hasta ahora sabemos de él. Así las cosas la extraordinaria aventura que empezó con Galileo en 1610 gracias a su rudimentario Catalejo, no ha llegado todavía a su fin, sino que empieza quizá a entrar en la “Edad de oro”, como alguien lo ha señalado en estos días.
Para saber más:
EINSTEIN – INFELD, La evolución de la física, Salvat, 1986.
GRIBBIN, John, Diccionario del Cosmos, Grijalbo, 1997.
GRIBBIN, John, In Search of the Big Bang. New York, 1986
HAWKING, Stephen, Historia del tiempo, Crítica, 1988
PRIGOGINE,Ilya, e Isabelle, STENGERS. Order Out of Chaos, Hermann, 1984.
PRIGOGINE, Ilya, El fin de las certidumbres, Taurus, 1997.
SAGAN, Carl, Cosmos, última edición, Planeta, 2010.
VARIOS. Historia de la Astronomía. Paidós, 2009.
WEINBERG, Steven, Los tres primeros minutos del universo, Alianza, 1978.
Revista francesade astronomía, “Ciel et Space».