Capitulo 1 - Exploremos el universo

Manuscrito de Sergio Torres Arzayús. Ilustraciones de Claudia María Gutiérrez. Prohibida la reproducción total o parcial de este
material en cualquier medio sin la autorización expresa del autor. Derechos reservados © 2010. Copyright © 2010.
LUCY Y EL UNIVERSO
Nuestro lugar en el cosmos
(Otros títulos y/o sub-títulos sugeridos y que se pueden intercambiar)
LUCY Y EL UNIVERSO
¿Qué significa en realidad el big bang?
Diálogos cosmológicos contemporáneos
El big bang, significado y alcance real
¿Cómo perdimos la inocencia sobre el cosmos?
EL BIG BANG
¿¡QUÉ FUE LO QUE PASÓ!?
Qué es lo que los científicos han visto, gracias a avances tecnológicos inimaginables, en las
regiones más remotas del universo
EL BIG BANG: ¿MITO O REALIDAD?
Diálogos cosmológicos contemporáneos sobre el significado de los últimos pasos de la ciencia
hacia las profundidades del universo
EL BIG BANG
¿Mito moderno de la creación?
Historia del despertar cósmico de la humanidad
SERGIO TORRES ARZAYÚS
Ilustraciones: CLAUDIA MARÍA GUTIÉRREZ
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Índice
Prefacio .......................................................................................................................................... 3
Capítulo 1 LOS MODELOS DEL MUNDO .................................................................................. 1
Capítulo 2 EL UNIVERSO SE INFLA ........................................................................................ 14
Capítulo 3 EL BIG BANG ............................................................................................................ 63
Capítulo 4 LOS DIÁLOGOS ...................................................................................................... 141
Primera jornada ....................................................................................................................... 142
Segunda jornada ...................................................................................................................... 150
Tercera jornada ....................................................................................................................... 193
Cuarta jornada ......................................................................................................................... 227
Capítulo 5 COSMOLOGÍA, CIENCIA y SOCIEDAD .............................................................. 252
Cosmología y cosmovisión ..................................................................................................... 254
¿Cómo emerge una teoría científica? ...................................................................................... 262
Modelo de velos ...................................................................................................................... 284
Capítulo 6 REFLEXIÓN FINAL ................................................................................................ 292
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Prefacio
(PENDIENTE)
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Capítulo 1
LOS MODELOS DEL MUNDO
Figura 1-1. Mapa del universo
“Por su naturaleza, todos los seres humanos poseen el deseo de saber. El placer que nos causan
las percepciones de nuestros sentidos es una prueba de esta verdad”. Aristóteles, uno de los
pensadores más inteligentes e influyentes que hayan nacido en el planeta Tierra, comienza así su
libro Metafísica. Aristóteles nos está diciendo que el deseo de conocer está en nuestra naturaleza,
es decir que es un impulso interno que define quiénes somos y nos distingue de otros animales.
Traducida al lenguaje moderno, la sabia sentencia de Aristóteles afirma que ese deseo de
aprender, propio de todos los seres humanos, reside en nuestros genes. A renglón seguido pone
de manifiesto su confianza en que los seres humanos podemos avanzar en el conocimiento del
mundo mediante la observación directa y califica de placentero el acto de comprender y
aprender, de lo cual podemos estar fácilmente de acuerdo. Aristóteles de Estagira, apodado el
Estagirita, vivió entre los años 384 a.C. y 322 a.C. Fue estudiante de Platón, otro de los grandes
filósofos de la antigua Grecia y a quien aludimos cada vez que hablamos de “amor platónico”.
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Llevo un cuarto de siglo enseñando y dando presentaciones —a todo tipo de público— sobre el
universo, su origen y su organización y he podido darme cuenta de la veracidad de la premisa
aristotélica y corroborar que en todos nosotros existe una curiosidad instintiva por el universo. El
deseo de saber más acerca del universo se parece al deseo de conocer la propia casa — al fin y al
cabo, el universo es nuestra casa. Cuando nos mudamos a una casa nueva queremos explorar
todos los detalles hasta conocerla íntimamente para poder sentirnos a gusto en ella. Queremos
bajar al sótano y esculcar en cada rincón por si acaso algún habitante anterior dejó un baúl lleno
de oro — o un cadáver. Queremos saber si el terreno bajo la casa tiene residuos de radón
radiactivo o si la pintura de las paredes contiene asbesto. Seguramente también vamos a querer
saber quiénes son nuestros vecinos; pronto habremos hecho un plano de la casa para verificar los
linderos y quizá para contemplar modificaciones futuras. Pues bien, igual sucede con nosotros
como especie. Hace 100 000 años nuestros antepasados salieron de África a explorar el mundo;
hace 40 años visitamos la Luna; hoy escudriñamos en el infinito con ojos espaciales que toman
fotos del universo recién formado hace 13 700 millones de años y estudiamos el origen con
máquinas exóticas y antes inimaginables, capaces de reproducir las condiciones existentes en ese
evento primigenio. Desde el comienzo de la civilización los seres humanos hemos elaborado
mapas de este hogar llamado universo — y en el proceso hemos expandido los linderos a
profundidades impensables. Esos mapas les han servido de guía a civilizaciones pasadas y
presentes, han contribuido a la organización de la sociedad y han sido enriquecidos con relatos
épicos que explican en términos antropomórficos el origen y la evolución del universo. La
narrativa —o cosmología— que acompaña los mapas del universo incluye el conjunto de
creencias, interpretaciones y prácticas que los grupos humanos desarrollan para proveer
explicación y significado al universo, a su origen y a la posición del ser humano dentro del
universo. En su sentido amplio y como reflejo de las creencias de un grupo, la cosmología es
materia de estudio de los antropólogos. Sin embargo, también la ciencia estudia el origen y la
evolución del universo y también los científicos involucrados en esos estudios se refieren a su
disciplina como cosmología. Empero, la cosmología científica es una rama de la física que
estudia el universo en su totalidad —su estructura, composición, origen y evolución— a partir de
sus procesos naturales y de leyes físicas firmemente establecidas. El rigor científico, la necesidad
de confrontar las teorías del universo con las observaciones astronómicas y la formulación
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matemática de los modelos del universo restringen la cosmología científica a un dominio mucho
más reducido que aquel que abarca la cosmología de los antropólogos. Las explicaciones sobre el
papel que desempeña el ser humano en el concierto de acontecimientos relacionados con el
universo y el lugar existencial que ocupa en el cosmos no tienen cabida en la cosmología
científica. Es importante, entonces, aclarar que este libro trata de la cosmología científica, no de
la cosmología de los antropólogos. Ah, ¡un momento! —dirá quizás el lector curioso— la
propuesta lleva implícita la noción de que existen dos cosmologías, una científica y otra no
científica; ¿acaso no son la misma cosa? La cosmología que estudian los antropólogos es la
narrativa que los seres humanos construyen para dar respuesta a la pregunta fundamental sobre
nuestro origen. Las civilizaciones pasadas acudían a la poesía o a la autoridad de un chamán que
señalaba a las estrellas y les adjudicaba la posición justa en el universo e infundía así un plácido
sentido de orden. De igual manera la sociedad moderna acude a la autoridad de la ciencia en
busca de respuestas, pero en el fondo ¿acaso esas respuestas que ofrece la ciencia no son también
meras construcciones sociales? La anterior es una pregunta provocadora que no se puede
despreciar como superflua o caprichosa por la sencilla razón de que la cuestión del origen del
universo, y por ende del origen de la humanidad, es demasiado fundamental para desligarla de
las profundas inquietudes del ser humano. La cosmología es tan crucial que desde hace 25 siglos
no solo la antropología se ha pronunciado y ha reclamado títulos de propiedad sobre el tema sino
que también lo han hecho la filosofía y la teología. En cierto sentido la ciencia moderna es la
intrusa y advenediza en ese campo labrado por una inquietud de miles de años, tiempo que los
seres humanos llevan cavilando sobre su origen. El ser humano se caracteriza porque el universo
le despierta una curiosidad insaciable. Por eso el gran público desea, de alguna forma, estar
siempre al día en conocimientos sobre el cosmos. La humanidad que acaba de atravesar el
umbral del Siglo XXI encuentra que, además de la puerta a un nuevo siglo, se le abrieron puertas
hacia una situación privilegiada pues por primera vez en la historia es posible empezar a
responder las preguntas fundamentales del universo ya no con base en especulaciones filosóficas
sino a partir de observaciones astronómicas. ¡Inmensa diferencia!
Para entender las raíces de la cosmología moderna, es importante dar un vistazo a los primeros
mapas que se elaboraron del universo. Imaginemos por un momento las condiciones de la mujer
prehistórica, una mujer que deambula inexplicablemente sobre la superficie de un planeta a veces
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noble, a veces cruel, e incierto sin remedio. No es difícil imaginar los primeros pasos del ser
humano sobre el planeta e imaginar por igual que estuvieron acompañados por una mirada llena
de temor y admiración hacia la bóveda celeste. Seguramente el desasosiego de no comprender
impulsó al ser humano a contemplar los astros fríos y lejanos y a querer entablar amistad con
ellos o a sobornarlos de alguna manera y convertirlos así en cómplices de una anhelada
sobrevivencia. Observar la repetición cíclica de los fenómenos celestes grabó en el rincón más
profundo de la conciencia del hombre primitivo una sinergia tangible pero innombrable entre su
realidad y la de los astros. Equiparar universo con casa u hogar no es apenas el ejercicio de crear
una metáfora: los indígenas precolombinos incorporaron ese concepto en la maloca, una casa que
les servía simultáneamente de templo y de observatorio astronómico. La maloca, como casa
ceremonial, era el centro de la organización social donde las personas encontraban un pequeño
modelo del universo que —gracias a peripecias arquitectónicas— permitía espiar los
movimientos del Sol durante el año y demarcar así el comienzo de importantes rituales y
sincronizarlos con solsticios y equinoccios. Las civilizaciones antiguas también hicieron una casa
de la bóveda celeste y sus astros. El fondo de estrellas les sirvió de material para decorar las
paredes de la casa con figuras de animales formadas por líneas imaginarias que conectan las
estrellas más brillantes de un grupo de estrellas o constelación — del latín para “estrellas juntas”.
Los arquitectos de la “maloca” de los babilonios dividieron la banda celeste por donde se
mueven los planetas en 12 constelaciones con forma de animales: Tauro, Aries (carnero), Piscis
(peces), Capricornio (cabra), Escorpio, Leo y los otros animales del zoológico astral conforman
el zodíaco, que justamente quiere decir rueda de animales. De este asunto el público general está
muy bien enterado gracias al cada vez más popular horóscopo que se nos aparece a diario en
revistas y periódicos para impartirnos advertencias y consejos de todo tipo o informarnos que si
somos de Aries hoy tendremos un encuentro con una persona agradable, mientras que los de Leo
deberán prestar más atención a sus finanzas. La astrología y la astronomía son asuntos muy
diferentes. Sin embargo, tienen un origen común y por eso las constelaciones de los astrónomos
aparecen en los horóscopos. Pues bien, una vez adornada la mansión, les llegó a los otros astros
del cielo el turno para ocupar su lugar en la esfera celeste. Una muestra diáfana de cuán
inseparable es la conexión de lo humano con lo celestial es que en las civilizaciones pasadas
encontramos sin falta la tendencia a dotar los cielos de propiedades antropomórficas y a
proyectar las leyendas de cada civilización en el orbe astral, como si este fuera el telón de fondo
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y escenografía para obras de teatro cuyos actores fueran los dioses. Para los griegos el Sol era el
dios Helios, quien atraviesa los cielos en su carroza de llamas; para los babilónicos el mismo Sol
es el dios Shamash; en Egipto el dios Ra; Inti para los incas y Tonatiuh para los aztecas. Venus,
el planeta más brillante en el cielo, era la diosa de la belleza para los romanos, el hermano mayor
del Sol para los mayas y Quetzalcóatl, la máxima deidad, para los aztecas. El planeta con color
de sangre, Marte, era el dios de la guerra tanto para los romanos como para los incas. Los dioses
permanecían muy ocupados en la mansión celestial. Al más veloz, Mercurio, se le asignó la
importante tarea de ser el mensajero de los dioses; al más lento, Saturno, se le encargó la
agricultura y Júpiter, el segundo más brillante, era el jefe de los dioses. Vemos cómo la
astronomía es parte integral del acervo de las culturas y al mismo tiempo agente de orden en la
sociedad debido a su importancia en establecer los ciclos de calendario que movían la sociedad.
Las civilizaciones antiguas y precolombinas aprendieron a usar la astronomía para guiar la
gestión de los cultivos y la navegación, para prever las épocas de lluvia o sequía y el estado de
los ríos y para entender el ciclo de los animales y otras funciones importantes en el buen
funcionamiento de la sociedad.
Los astrónomos asirios y babilónicos que precedieron a la Grecia antigua observaron
temerosamente la bóveda celeste y se dieron cuenta de la danza de los planetas, de las
regularidades del movimiento del Sol y de su correlación con las estaciones. Los conceptos
astronómicos babilónicos alimentaron la imaginación de los poetas de la antigua Grecia quienes
proyectaron en la esfera celeste sus temores y su mundo inmediato y la poblaron de deidades
cuyos poderes especiales les permiten mantener en funcionamiento los mecanismos del universo.
Los poetas griegos desarrollaron mitos en torno a la creación. Estos quedaron plasmados en la
obra Teogonía, de Hesíodo, del Siglo VII a.C., y desempeñaron un papel central en la
organización de la sociedad e influenciaron por siglos venideros la concepción europea del
universo, dominada por la idea de una Tierra esférica e inmóvil en el centro. La residencia de los
dioses no podía ser menos que perfecta y por eso en el universo de los griegos las esferas donde
habitaban los astros eran concebidas como objetos perfectos. Tal vez esa perfección asignada a
los objetos celestes satisfizo los anhelos estéticos de los poetas pero infortunadamente entorpeció
el avance de la cosmología científica pues ajustó forzosamente los modelos del mundo a una
geometría originada en el capricho de poetas. La idea de que los objetos astronómicos son
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inmaculados y sus órbitas perfectamente circulares entorpeció el entendimiento del universo por
más de 20 siglos. Durante más de 1 000 años en el transcurso de los cuales los doctos en Europa,
herméticos y obstinados, se aferraban al paradigma geocéntrico y lo elevaban al nivel de lo
sacrosanto e intocable, al otro lado del océano en el continente americano, una gran diversidad
de pueblos indígenas exploraban con libertad el cosmos y desarrollaban cosmologías vibrantes,
llenas de significado e intensamente conectadas con sus rutinas diarias. Los habitantes desde
Mesoamérica hasta la Patagonia aprendieron a descifrar los patrones celosamente escondidos por
los objetos astronómicos allá arriba y codificaron su conducta en avanzados calendarios que
guiaban aspectos fundamentales de sus vidas. Para los indígenas era importante entender los
eventos astronómicos y así poder descifrar los posibles secretos escondidos en el espectáculo
estelar. Los primeros constructores del modelo del mundo que recibimos de los europeos prerenacentistas vivieron en el Siglo VI a.C. Con base en observaciones directas y en
racionamientos geométricos impecables estos astrónomos se idearon un mapa del mundo en el
cual dispusieron con perfecta armonía los cinco tipos de objetos astronómicos conocidos en esa
época: la Tierra, la Luna, el Sol, los planetas y las estrellas. Desde los griegos, la tarea de
construir modelos cosmológicos se basó en descifrar la manera como los objetos astronómicos
están acomodados en el espacio y en describir sus movimientos. En otras palabras, para
continuar con la analogía de levantar planos de nuestra casa, es como si tuviéramos cinco tipos
de muebles en la sala y la tarea consistiera en disponerlos de modo que reprodujeran fielmente
las observaciones astronómicas. Y como la tarea tiene por fin establecer un orden en la sala, de
allí se deriva el término cosmos, que en griego significa orden y estética. Por eso la cosmología
es el estudio del cosmos — y también por esa razón perdono al periodista que vino a
entrevistarme creyendo que mi profesión era la de cosmetólogo en vez de cosmólogo; al fin de
cuentas las dos ocupaciones comparten un origen etimológico. El plano del universo levantado
por los griegos de la antigüedad fue documentado muy detalladamente por el astrónomo Claudio
Tolomeo, quien vivió en Egipto del año 90 al 168. En el modelo de Tolomeo los muebles de la
sala quedaban así: la Tierra reposa en el centro de la sala, como una poltrona paralizada en
solemne quietud; luego se encuentra la Luna, que da vueltas en torno a la Tierra en una órbita
circular; siguen los otros objetos que también giran alrededor de la Tierra: Venus, Mercurio,
Marte, el Sol, Júpiter y Saturno; y al final, en la periferia de la sala de baile de los planetas, nos
encontramos con las estrellas pegadas como finísimos adornos sobre una inmensa esfera centrada
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en la Tierra. La elegancia del modelo se quebrantó cuando Tolomeo quiso explicar los
movimientos observados de los planetas. El modelo gozaría de una simetría de gran acierto
estético si las órbitas de los planetas fueran perfectamente circulares y estuvieran centradas en la
Tierra, mas no hay tal: la simulación es imprecisa porque no es así como se mueven los planetas.
Los arquitectos de ese modelo se vieron obligados a introducirle varias complicaciones a la
hermosa maqueta del mundo. Empezaron a forzar a los planetas a girar en torno a círculos
secundarios, llamados epiciclos, que a su vez están girando sobre una esfera que encierra a la
Tierra pero no la pone justo en el centro sino ligeramente desplazada de este, según cuál sea el
planeta. Con estos ajustes, el modelo, por contrahecho que parezca, se usó extensamente durante
15 siglos para hacer cálculos astronómicos cuyos resultados tenían pequeños errores que no le
restaron utilidad. El modelo además encuadró muy cómodamente con la filosofía de Aristóteles
que influenció de manera decisiva el pensamiento académico occidental durante la segunda
mitad del Medioevo. Los astrónomos y filósofos aprendieron de memoria el plano de Tolomeo y
lo usaron como fundamento para avanzar sus teorías e ideologías… hasta el momento en que
apareció en escena un inquieto astrónomo polaco que sopló con fuerza sobre la burbuja en que
estaba encerrado el templo del modelo, y todo se vino abajo.
Nicolás Copérnico, el astrónomo polaco en cuestión (1473 - 1543), era canónigo adscrito a la
Catedral de Frauenburg y poseía también títulos de medicina, matemáticas, derecho, griego y
filosofía. Su libro De revolutionibus orbium coelestium que traducido del latín sería De las
revoluciones de las esferas celestes, fue publicado el mismo año de su muerte. La parte del título
que habla de “revoluciones” también se aplica muy apropiadamente a la revolución científica
que el libro suscitó. A Copérnico no le gustó ni poquito la manera como Tolomeo había
dispuesto los muebles en la sala y se propuso hacer un cambio revolucionario que, además de
mejorar la estética, también ofrecía mayor precisión y simplificaba en gran medida los cálculos
astronómicos. Copérnico movió la poltrona central y en su lugar puso el Sol, mientras que a la
Tierra y a los otros planetas los puso a girar en órbitas en torno al Sol, a la luna la puso a girar en
torno a la Tierra, y a la esfera de estrellas fijas la dejó en su lugar pero además las inmovilizó.
Copérnico murió sin ver los frutos de su trabajo, lo cual, de cierto modo quizás fue una
circunstancia más bien afortunada a juzgar por la suerte que corrió después el profesor Galileo
Galilei, quien fuera su máximo expositor y defensor.
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Figura 1-2. Modelos del mundo: geocéntrico y heliocéntrico
Hace 400 años Galileo apuntó su telescopio hacia el cielo y se dio cuenta de que el universo no
se conformaba al modelo establecido por Aristóteles y Tolomeo. Galileo se topó con un reto
formidable cuando quiso explicar las razones por las cuales consideraba que el modelo del
mundo se debía reemplazar por el modelo heliocéntrico (Sol en el centro) copernicano. Las
pruebas de Galileo a favor del modelo de Copérnico llegaron al mundo en un libro escrito en
italiano —y no en latín, que era la lengua usada por los académicos de la época— y en forma de
diálogo entre tres amigos, Salviati, Simplicio y Sagredo, en el cual exponían sus argumentos a
favor y en contra de los dos modelos del mundo. Galileo se dio cuenta de que el ambiente
filosófico de la época, impregnado de aristotelismo, no era propicio para avanzar el
conocimiento del universo y en su libro Diálogo sobre los dos máximos sistemas del mundo
ptolemaico y copernicano emprendió una batalla quijotesca en contra de las ideas de Aristóteles.
Mucho ha cambiado desde el año 1632 —cuando se publicó Diálogo— al día de hoy. La
cosmología moderna nos ofrece una nueva propuesta para acomodar los muebles de la sala.
Ahora el número de muebles y los linderos de la casa han crecido desmesuradamente. Sin
embargo, hay algo que no ha cambiado: las ideas aristotélicas aun latentes tanto en la cultura
popular como en círculos académicos —incluyendo algunos científicos— se siguen oponiendo al
nuevo modelo. Hoy contamos con un modelo científico del origen y evolución del universo,
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modelo que se conoce popularmente con su nombre big bang, o “gran explosión”, y que ha
despertado la curiosidad, la admiración y a veces también el rechazo por parte del público en
general. Aunque el modelo se ha refinado durante los 80 años de observaciones astronómicas
que lo sustentan, existe gran confusión sobre sus predicados, su estado de madurez y lo que
realmente significa para el gran público. Al mismo tiempo, existe gran interés por entenderlo y
por enterarse de los últimos hallazgos de los cosmólogos. El tiempo es propicio para un nuevo
diálogo cosmológico donde se expongan con claridad los argumentos de la cosmología
científica, se incluyan sus puntos débiles y se ofrezca una valoración honesta del estado de
avance de la cosmología científica. El big bang ¿mito o realidad? ¿Qué dice y qué significa
realmente el big bang? ¿Cuál es el lugar que ocupa el ser humano en el universo? ¿Las teorías
modernas sobre el universo ofrecen conocimiento certero del mundo o son construcciones
sociales que reflejan lo que la comunidad científica quiere ver en un modelo del universo? ¿Es el
big bang el mito moderno de la creación? Esas preguntas sin duda están cargadas de pólvora
filosófica y sociológica, pero tal vez por esa misma razón son fundamentales para nuestra
sociedad moderna que, querámoslo o no, está construida sobre los cimientos de una cosmovisión
científica. Mi reto en las páginas que siguen es afrontar esas preguntas fundamentales. Los invito
a espiar un diálogo —basado en discusiones reales— que tuvo lugar durante cuatro jornadas
entre tres amigos, un panadero curioso, un sociólogo y un astrofísico, quienes, al igual que el
lector, tienen muchas preguntas sobre el universo y quieren comenzar a entender lo que los
científicos están encontrando. Recientemente han sido publicados varios libros de divulgación
científica sobre el big bang, unos mejores que otros y algunos notorios por generar mayor
confusión. Sin embargo, todos parecen carecer de algo esencial en cualquier trabajo de
divulgación científica: estos libros se limitan a presentar un listado de logros científicos que no
ofrecen significado para la persona que no es científica y a quien entonces el contenido le resulta
bastante hermético. La forma de diálogo, como Galileo nos enseñó, es especialmente adecuada
para entender el significado de la cosmología moderna porque mediante la conversación informal
se pueden recrear de manera natural las inquietudes y dudas que surgen espontáneamente cuando
el tema se discute entre personas que tienen un deseo legítimo de aprender. Antes de entrar de
lleno en el diálogo me parece conveniente hacer un resumen muy al alcance de cualquier lector
sobre la cosmología del big bang. Ello nos permitirá seguir muy de cerca los argumentos que los
contertulios esgrimen en un lado y otro del debate. En realidad los conceptos cosmológicos son
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fáciles de entender y se pueden explicar siguiendo el proceso histórico de las ideas y sin
necesidad alguna de invocar fórmulas o planteamientos matemáticos. La historia de la teoría del
big bang, de la cual nos ocuparemos en los capítulos 2 y 3, es la historia de cómo un arreador de
mulas, un boxeador, un empleado de la oficina de patentes y un físico bromista construyeron el
modelo del universo que hasta el día de hoy es el más exitoso en la historia de la ciencia.
La cosmología moderna acomoda los muebles en la sala de la siguiente manera: el sistema solar
donde se encuentra la Tierra está ubicado en una esquina anónima de un grupo de 100 000
millones de estrellas que danzan arremolinadas en una hermosa estructura a la cual, por su
apariencia, los griegos llamaron Vía Láctea —algo así como “camino lechoso” — por la
apariencia que tiene en el cielo de banda blancuzca. En el universo hay cientos de miles de
millones de galaxias como la nuestra y entre ellas el espacio se hincha. Las galaxias en el espacio
parecen pasas en una torta que se infla en el horno. La expansión del universo implica que en el
pasado la materia ocupaba menor espacio y por lo tanto el medio era denso y caliente, como un
reactor nuclear donde se formaron los elementos químicos primordiales —el hidrógeno, el
helio— y algunas trazas de otros elementos ligeros como el litio. En el proceso de formar ese
sustrato con el que más adelante se hacen estrellas y galaxias, se generó mucha luz. La sopa de
materia y luz se enfría a medida que el espacio se expande y después de 380 000 años la materia
y la luz se divorcian y cada una sigue su propio camino, sin importarle lo que hace la otra. El
estira y afloje que se da entre la luz y la materia justo antes del divorcio deja grabada en la luz
una impresión de ese proceso. Esa luz que ahora viaja libremente y que llena todo intersticio del
espacio pierde energía a medida que el universo se expande y si pudiéramos recogerla con un
aparato sería como tomarle una foto al universo cuando este tenía apenas 380 000 años. Fue
justamente esa imagen la que logró obtener en 1992 el satélite COBE, (llamado así por su sigla
en inglés para Cosmic Background Explorer o explorador del fondo cósmico). Las características
de la radiación de fondo de origen cosmológico observadas por el COBE y los resultados de la
multitud de experimentos que le siguieron son consistentes con la teoría cosmológica del big
bang. La teoría del big bang también explica de manera coherente otras observaciones
astronómicas —como las agrupaciones características de las galaxias en el espacio y la
abundancia de elementos químicos en el universo— y, sin embargo, para que esta teoría funcione
bien es necesario postular la existencia de formas de materia y energía que hasta el día de hoy no
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se han detectado directamente. Y ese es justamente el lado oscuro del big bang, del cual nos
ocuparemos en el momento oportuno en estas páginas.
El lector notará que en los párrafos anteriores usamos los vocablos modelo y teoría sin matizar
posibles diferencias en sus significados. Aunque a los filósofos les pueda mortificar esa falta de
diferenciación, en el marco de este libro no nos enredaremos en discusiones pedantes sobre el
significado preciso de esos términos. De una vez queda anunciado que para facilitar la
exposición se usará el término modelo como sinónimo de teoría. Lo mismo se hará con los
términos experimento y observación. Es claro que no resulta posible acudir —como lo haría un
químico— a un laboratorio para repetir el experimento de la formación del universo, o someter
una estrella a las condiciones controladas del laboratorio. Por otra parte, podríamos pensar que el
universo es un experimento ya realizado y que los astrónomos se encargan de observar y analizar
los resultados del experimento. Lo que se quiere decir con observación o experimento es lo
mismo: el universo es observable y susceptible de ser medido.
El big bang, junto con el modelo estándar de las partículas fundamentales, explica los eventos
ocurridos en la historia del universo a partir de pocas fracciones de segundo después del tiempo
cero, pero existen grandes dificultades en explicar qué ocurrió en las primeras fracciones de
segundo. En parte esta dificultad se debe a que carecemos del marco teórico adecuado para
describir el comportamiento de la materia a tan altas temperaturas y densidades. Los físicos han
desarrollado una extensión al big bang, llamada modelo inflacionario, que trata el asunto de lo
que ocurrió en las primeras fracciones de segundo. La inflación —concepto que no guarda
ninguna relación con el que se usa en economía— postula una época inicial de crecimiento
locamente acelerado que resuelve algunos problemas del big bang. Es posible que en un futuro,
cuando maduren las teorías de partículas elementales, el mecanismo inflacionario sea
reemplazado por un concepto nuevo. De ocurrir esto, el big bang original no perdería validez;
por el contrario, ganaría un piso firme.
De nuevo regresamos a las preguntas fundamentales, ¿Es el big bang una mera teoría? ¿Es
confiable y seguro el conocimiento que la cosmología científica propone sobre el universo? Si
queremos sostener un diálogo honesto sobre cosmología, no podemos ni evadir ni hacer
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desaparecer ese tipo de preguntas pues son justamente las que surgen una y otra vez en las
conversaciones sobre el tema. Además, la cosmología científica se contrapone muchas veces a la
cosmovisión popular sobre el mundo y desde la década que inició en 1960 ha surgido una intensa
crítica —proveniente de un círculo de académicos cercanos a la sociología y a las
humanidades— a las proclamas que hace la ciencia sobre su superioridad epistémica. Llegamos
así al momento adecuado para detenernos brevemente en el concepto de cosmovisión que se
diseminó con algo de inconciencia —y sin aclarar su significado preciso— en los párrafos
precedentes. Cuando se habla del universo —de su origen, formación y evolución— al mismo
tiempo se alude a algo muy íntimo del ser humano: las construcciones mentales que este elabora
para dar respuesta a su deseo e inclinación naturales por entender y explicar su propia existencia
y por hallar una explicación a las experiencias. Esa lente bajo la cual observamos e interpretamos
el mundo es lo que constituye nuestra cosmovisión. Por supuesto que la construcción que
hacemos en la cabeza de pequeños modelos del mundo también tiene una dimensión grupal que
confluye con la cosmología que estudian los antropólogos. Cada persona construye
individualmente un modelo mental del mundo que a su vez refleja el pensar colectivo. La mente
humana es como un depósito en cuyas paredes se encuentran todo tipo de ganchos para colgar las
experiencias acumuladas durante el día. De alguna forma tenemos la necesidad de hacer que todo
eso que colgamos en la cabeza encuentre equilibrio — que las ideas nuevas se apoyen en ideas
viejas y formen una estructura que nos brinde algo de seguridad. Sentirnos a gusto con un
concepto es como haber encontrado para este el gancho justo, en el lugar adecuado de modo que
el concepto encaje bien en medio de las otras ideas circundantes. Este orden o cosmovisión es el
que le da coherencia a nuestra concepción mental del mundo, orden que se solidifica con el paso
del tiempo y se refuerza también en parte con las influencias del medio. En resumen, la
cosmovisión equivale a unos hilos invisibles en el cerebro que nos permiten acomodar las ideas
para elaborar un modelo interno del mundo — es el andamiaje dentro de la cabeza de donde
podemos colgar ideas y conceptos, es la manifestación individual del principio de causalidad que
nos explica el mundo y le da sentido. Lo que se busca al definir el significado de cosmovisión no
es entrar en lucubraciones metafísicas. La definición se propone con el fin de prestar apoyo, de
servir como instrumento discursivo que facilite la comprensión del concepto. Para Simplicio —
uno de los contertulios— una cosmovisión es algo así:
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Figura 1-3. Extraña vision de Simplicio
Infortunadamente, Simplicio no nos explicó muy bien el significado de este enigmático dibujo.
Para dilucidar el enigma habrá que espiar las conversaciones entre Simplicio y sus amigos. Es
más, el lector acaba de quedar formalmente invitado a sentarse en su poltrona —no importa
dónde quiera colocarla, si en el centro de la sala o en una periferia anónima— explorar el
universo y participar del debate cosmológico con Simplicio, Sagredo y Salviati. En esta visita
guiada por el universo se visitarán las fronteras donde los exploradores están excavando para
sacar a la luz hallazgos maravillosos que estaban escondidos en el universo profundo; y a lo
largo del recorrido estará siempre presente la pregunta: ¿qué significa todo esto?
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Capítulo 2
EL UNIVERSO SE INFLA
En marzo volvieron los gitanos. Esta vez llevaban un catalejo y una lupa
del tamaño de un tambor, que exhibieron como el último descubrimiento
de los judíos de Ámsterdam. Sentaron una gitana en un extremo de la
aldea e instalaron el catalejo a la entrada de la carpa. Mediante el pago
de cinco reales, la gente se asomaba al catalejo y veía a la gitana al
alcance de su mano. “La ciencia ha eliminado las distancias”, pregonaba
Melquíades. “Dentro de poco, el hombre podrá ver lo que ocurre en
cualquier lugar de la tierra, sin moverse de su casa.”
GABRIEL GARCÍA MÁRQUEZ, “Cien años de soledad”
Figura 2-1. El universo se infla
Explorar el universo nos conduce de manera ineludible a estirar la imaginación para ponderar las
vastas distancias y los intervalos de tiempo insondables con los que se manifiesta ese maravilloso
cosmos que nos atrae con una fuerza innata. La inmensidad del universo tiende a hacer aflorar
en nosotros un temor subyacente a enfrentarnos con escalas de espacio y tiempo tan
abrumadoramente superiores a la escala humana; es como si existiese un límite en nuestra
capacidad mental para digerir ciertos conceptos que incluyen miles de millones de kilómetros y
miles de millones de años. Una de las preguntas más frecuentes que me formulan cuando hago
presentaciones sobre el universo es: ¿Cómo es posible que nosotros —los seres humanos— de
proporción minúscula en relación a las galaxias, estudiemos el universo a gran escala y
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comprendamos los procesos que ocurren a unas distancias inimaginables? La pregunta es válida
y los intentos de respuesta han generado un debate milenario —que continúa hasta el día de
hoy— entre filósofos, sociólogos, físicos y astrónomos. Sin embargo, es preciso anotar que las
observaciones astronómicas de los últimos 45 años nos han enseñado y revelado más sobre el
universo que todas las especulaciones filosóficas acumuladas en los 2 500 años precedentes. La
lección es que el universo en su totalidad sí es materia legítima de estudio científico — siempre y
cuando se derrumben los muros conceptuales que nos mantienen encerrados en un pequeño
domino de escalas de espacio y tiempo. Sí podemos explorar la inmensidad del cosmos. Les
contaré un experimento que realicé para demostrar que las escalas de los objetos astronómicos
están al alcance de nuestra comprensión.
¿Será acaso posible que una niña de 10 años de edad mida el tamaño de nuestro planeta Tierra?
No estoy hablando del ejercicio trivial de medir el diámetro de un mapamundi con una regla y
luego multiplicar el resultado por el factor de escala reportado en el mapa. No. El fin del
ejercicio es pensar en cómo con los recursos que una niña pequeña tiene disponibles se podría
hacer una medición directa del tamaño de la Tierra. Para ambientar mejor el desarrollo del tema
que nos ocupará en este capítulo, quiero presentarle al lector un reto: le propongo que se siente y
dedique unos pocos minutos a pensar cómo medir el tamaño de la Tierra — claro está, sin la
ayuda de naves espaciales u otras tecnologías avanzadas. El método más sencillo que se me
ocurre para medir distancias sobre la superficie de la Tierra es caminar: medimos con un metro
corriente la distancia que se avanza en un paso; luego caminamos la distancia que queremos
medir y vamos contando el número de pasos realizados y al final multiplicamos el número de
pasos por el tamaño de un paso para calcular la distancia total. No es que vayamos a llegar muy
lejos con esa fórmula; quizás una niña camine a lo sumo un día o dos abarcando una distancia no
superior a los 100 kilómetros. Evidentemente esta propuesta no funciona, la Tierra es muchísimo
más extensa. Además, la tarea anterior se parece a las que en ocasiones asignan los maestros —
un tanto imprácticas y engorrosas— y es también del estilo que tiende a causarles a los padres
cierto malestar. Así pues que mejor será que utilicemos la imaginación y pensemos en un método
más práctico. Le adelanto al lector que con mis alumnas de 10 años logramos hacer la medición
en menos de 15 minutos y con la ayuda de una regla, un metro y un transportador. Al final
obtuvimos un resultado que tenía apenas un 7% de error; el experimento fue publicado en una
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revista profesional de educación1 y sirvió para enseñarles a las alumnas que sí es posible
entender y manejar distancias muchísimo más grandes que la escala humana. El método que
utilizamos para hacer esta medición fue inventado en la antigua Grecia — y gracias a los sabios
griegos sabíamos desde hace ya 2 200 años que la Tierra es redonda y que tiene una
circunferencia de 40 000 kilómetros. Los datos modernos sobre el tamaño de la Tierra indican
que en la realidad la forma no es exactamente esférica y es más bien algo achatada en la
dirección que une el polo norte con el polo sur: si medimos la circunferencia de la Tierra a lo
largo del ecuador terrestre encontramos que es de 40 075 kilómetros, pero si lo hacemos a lo
largo de una trayectoria que pase por los polos la distancia recorrida sería 134 kilómetros más
corta. Para entender cómo los griegos lograron semejante hazaña les contaré la historia de Beta2.
El 21 de junio del año 230 a.C., Beta se levantó más temprano que de costumbre. Estaba además
un tanto malhumorado después de una mala noche. Unos perros transeúntes le habían
interrumpido el sueño y, para empeorar las cosas, tenía la cabeza dándole vueltas por causa de
los planes para la “fiesta del pozo”. A su jefe se le había ocurrido la maravillosa idea de celebrar
la fiesta del pozo, evento que para Beta no era sino una gran distracción que le robaría tiempo
precioso que prefería dedicar a un importante proyecto que tenía entre ceja y ceja: elaborar el
mapa de todo el mundo habitable. Sin saber que esa mañana haría una contribución significativa
al conocimiento del universo, Beta hizo lo que pudo para sacudirse la pesadumbre que
amenazaba desde tan temprano con arruinarle el día. Decidió, con gran sabiduría y sentido
común, comenzar con un buen desayuno. Por fortuna su trabajo le proporcionaba todas las
comodidades posibles — entre ellas personal suficiente para encargarse de los asuntos
mundanos, como el desayuno. Beta llamó a sus sirvientes e impartió órdenes para que prepararan
un pulpo recién traído del mercado; seguidamente dio instrucciones para que lo marinaran en
especias orientales, albahaca fresca y olivas. Indicó que se trajera a la mesa suficiente pan, queso
de cabra y miel para todo su equipo de trabajo.
Después de una breve caminata a orillas del Mediterráneo, Beta se encontraba en mejor
disposición y llegó al desayuno de trabajo cargado de ideas para la “fiesta del pozo”. La brisa
fresca del Mediterráneo le ayudó a poner en orden sus ideas y a dejar de quejarse de la tarea
frívola que su jefe le había impuesto. Al fin y al cabo su jefe era nada más y nada menos que el
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rey Tolomeo III Evergetes quien gobernó la colonia helénica en Egipto entre los años 247 — 222
a.C., un período de considerables avances en las ciencias y las artes. En esa época ya las guerras
de conquista y expansión de los griegos habían terminado y se gozaba de una etapa de
prosperidad sin precedentes. La ciudad de Alejandría —fundada por Alejandro Magno en 331
a.C.— era la metrópoli más importante de todo el Mediterráneo; se convirtió en un centro de
poder y avance científico que atraía a los más grandes pensadores de la época, incluido nuestro
Beta. “Beta” es el apodo que los colegas envidiosos le dieron a Eratóstenes de Cirene, un gran
genio que se destacó en todas las áreas de estudio, entre ellas las matemáticas, la filosofía, la
astronomía, la poesía y la geografía. Gozó desde muy pequeño de un acceso privilegiado a las
mejores escuelas y a los profesores más destacados. En su ciudad natal de Cirene (actual
Shahhat, en Libia), que era otro de los grandes centros culturales del mundo helénico, fue
discípulo de Lisanias de Cirene y del poeta Calímaco. Luego estudió en la academia más
prestigiosa de Atenas bajo la tutela de importantes filósofos como Arcesilaos de Pitane y Aristo
de Ceos director del Liceum. Aunque las ciencias y las matemáticas eran componentes
importantes de la escuela ateniense, sus estudios fueron principalmente filosóficos. En el 244
a.C. fue llamado por el rey egipcio Tolomeo III Evergetes para que se encargara de la biblioteca
de Alejandría, cargo que automáticamente lo hizo tutor de Philopator, hijo del rey y quien más
adelante sucedería a su padre en el poder. La biblioteca alejandrina o mousaion era el
establecimiento más avanzado y más bien dotado de la época en ciencia y cultura. Su generosa
arquitectura ofrecía a los investigadores hermosos jardines para el peripatético, salas de lectura,
laboratorios y una inigualable colección de pergaminos. Era un sitio ideal para cultivar el amor
por el conocimiento, en resumen un mousaion o altar de las Musas, esas nueve deidades de la
mitología griega e inspiradoras de la música, las ciencias y las artes. Ese vocablo griego dio
origen a la palabra “museo”. Como director de la biblioteca más grande y más importante del
mundo helenístico de la época, Eratóstenes tenía el privilegio de estar al día en los conocimientos
científicos tan pronto estos se generaban; por sus manos pasaban todos los relatos de periplos
improbables, de viajeros, comerciantes y exploradores que traían noticia y detalles de tierras
lejanas. Se convirtió en un famoso erudito y en un gran maestro conocedor de muchos temas, con
lo cual se ganó el apodo de pentathlos (ganador de las cinco competencias de los juegos
olímpicos) por parte de sus colegas cada vez más especializados y quienes veían con recelo el
dominio que él exhibía sobre todos los temas que tocaba. Los matemáticos lo criticaron por no
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ser “purista” y por dispersarse en estudios pertenecientes a otras disciplinas. Eratóstenes,
además, era el miembro “alfa” —es decir el más destacado— del mousaion, pero fue apodado
“beta” (la segunda letra del alfabeto griego) por sus enemigos, quienes pretendían —por medio
de la burla y el desdén— recordarle que a pesar de ser el miembro “alfa” del mousaion, ellos lo
consideraban “beta”, es decir segundo, en todo lo que hacía.
El pulpo quedó exquisito y el desayuno de trabajo fue un éxito total. Para contentar al rey
Tolomeo III Evergetes, quien era bastante caprichoso, Beta y su equipo decidieron planear que se
ejecutara alrededor del obelisco de la plaza central una danza, justo al medio día cuando el Sol
alcanzaba su máxima elevación. El día 21 de junio tiene un significado especial para los
astrónomos porque es el más largo del año para los habitantes del hemisferio norte y es cuando el
Sol al medio día alcanza el punto más alto con respecto al horizonte. Los observadores atentos
del cielo notaron que ese día, cuando alcanzaba su máxima elevación, el Sol parecía quedar en
suspensión en ese punto durante unos minutos prolongados, fenómeno que en refinado latín se
diría solis statio o solstitium. En lengua vernácula decimos solsticio de verano. La famosa
historia del pozo con la que nuestro amigo Beta comenzó su día se originó en la antigua ciudad
de Siena (hoy Asuán, en Egipto) a 842 kilómetros al sur de Alejandría. En aquella ciudad se
encuentra un pozo, a orillas del Nilo, que además de profundo y muy oscuro está rodeado de
leyendas. Una de ellas afirma que nadie ha visto el fondo del pozo. Incluso algunos sostenían la
creencia insustancial de que el pozo no tenía fondo y que cualquier objeto que se arrojase al hoyo
saldría por un hueco correspondiente al otro lado de la Tierra. Sin embargo las especulaciones
llegaron a su fin cuando alguien observó que una vez al año, el 21 de junio de cada año con
exactitud, al mediodía los rayos solares penetraban el profundo hoyo de forma perfectamente
paralela, le pegaban de frente al fondo del pozo e iluminaban los secretos que se suponían
escondidos a los mortales. Igualmente a esa hora los obeliscos en Siena no proyectaban sombra
alguna. Que los rayos de luz solar entraran alineados al pozo como un chorro directo de luz
significaba que en ese día exacto —en el solsticio de verano— el sol de mediodía se posaba
directamente encima del pozo. A tal acontecimiento astronómico se le dieron muchos
significados que emanaban de intrincados melodramas entre los dioses de la antigua Grecia. Por
alguna razón, a pesar de su interés manifiesto por impulsar las ciencias, el rey Tolomeo III
consideró importante contribuir al folclore popular. De ahí el malestar de Beta, quien habría
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preferido ocuparse del proyecto más importante para su carrera y para el estado: hacer un mapa
de todo el mundo conocido. Eratóstenes era el geógrafo más cotizado del mundo helénico.
Debía su fama en gran parte a las contribuciones que hizo al procesamiento de datos geográficos
mediante avances en la teoría de la geometría de la esfera. Eratóstenes se ideó un método para
localizar puntos en una esfera mediante ejes de referencia. Este sería el concepto precursor a las
coordenadas geográficas de latitud y longitud que se usan hoy en día. El rey Tolomeo III
Evergetes era un líder militar astuto y no tardó en reconocer la ventaja estratégica que le
proporcionaría poseer un mapa de alta precisión que cubriera no solo las provincias bajo su
dominio sino también el resto del mundo habitado. El conocimiento preciso de las fronteras
dentro de su reino era esencial para el recaudo de impuestos; igualmente el delimitar su imperio
era una necesidad estratégica que le permitiría estar preparado en caso de que se quebrara el
equilibrio precario entre las colonias griegas. Por eso mandó a llamar a Eratóstenes, una persona
que reunía las calificaciones necesarias para liderar su proyecto geográfico. Tolomeo Evergetes
tenía muy claro que el director de la biblioteca de Alejandría tenía que ser un científico, no un
filósofo. Necesitaba a un científico capaz de procesar toda la información geográfica que llegaba
a las puertas de la biblioteca alejandrina y capaz de elaborar, con esa información, una
representación fiel de los confines del mundo. No confiaba en el estado de parálisis en el que
había caído la filosofía griega y estaba convencido de que la confrontación estéril entre los
estoicos, los cínicos y los epicúreos sobre la “buena vida” no arrojaría resultados productivos.
Eran las 11 de la mañana y desde la oficina de Eratóstenes, en la gran biblioteca de Alejandría, se
escuchaba la algarabía de los espectadores que venían a disfrutar de las celebraciones del
solsticio de verano. El científico estaba ocupado en la interpretación de un interesante pergamino
que había sido confiscado a un comerciante de Persia y que contenía valiosísimos detalles de
diversos pueblos y ciudades asentados a lo largo de la ruta de Alejandro Magno hacia el oriente:
Thapsacus, Nisibis, Gaugamela y Arbela saltaban a la vista; Opis, Ecbatana, Damghan y
Zadracarta también estaban registrados en el intrigante documento. De repente el olor del
estiércol de camello invadió su oficina y lo obligó a salir a la plaza antes de lo planeado, pues no
contaba con que el frente de su oficina se convertiría en un improvisado estacionamiento de
camellos. Cruzó el umbral de la puerta principal y quedó enceguecido por los intensos rayos de
luz. Empero, cuando sus ojos se fueron adaptando al resplandor, se acercó al centro de la plaza y
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allí quedó, esta vez, de una pieza: en ese momento Beta se encontró ante la sombra del obelisco
sobre el piso y quedó tan petrificado como el mismo obelisco —que representa un rayo de luz
petrificado— pues estaba ante la solución a un problema que venía persiguiendo hacía más de 10
años. Lo que ocurrió a continuación en el silencio de su propia mente pensante es quizá uno de
los acontecimientos más importantes para la humanidad desde la invención de la escritura. En
unos pocos segundos se imaginó cómo, valiéndose de la sombra del obelisco, sería posible medir
el tamaño de la Tierra. En su mente las cosas ocurrieron a toda velocidad; en un instante de
lucidez avizoró con toda claridad la solución esquiva al problema de medir el tamaño de nuestro
planeta; una ráfaga de inspiración detuvo el tiempo unos segundos, que a Beta le parecieron
horas enteras. Pudo analizar el problema con singular eficacia, como si examinara una estatua
olímpica que tuviera frente a él. Aislado mentalmente del jolgorio, ni siquiera se molestó con la
gritería de la muchedumbre en la plaza. Sí estaba, sin embargo, muy consciente del profundo
significado de su visión y al término del destello fugaz de inspiración se sentía eufórico y
poseído por una sensación indescriptible de satisfacción intelectual — superior a cualquier placer
que nunca antes hubiera experimentado. Se sentía feliz mientras caminaba, o más bien flotaba
impulsado por los empujones de la multitud y para sus adentros gritaba: “¡Eureka, Eureka,
Eureka!” Sin embargo, se incorporó con rapidez cuando tomó conciencia de que la ventana de
oportunidad se cerraría en pocos minutos: sabía que para llevar a cabo su experimento de
medición de la Tierra era imperioso que determinara la longitud de la sombra del obelisco y esa
tarea sería imposible en medio del alboroto de tanta gente alrededor del monumento. Esperó un
poco y cuando estuvo seguro de que era mediodía, marcó con un trazo fuerte sobre la piedra del
piso el punto exacto donde terminaba la sombra del obelisco. Sabía que más tarde podría volver
a la plaza vacía y, con toda calma, hacer la medición precisa del tamaño de la sombra. El poder
simbólico del experimento realizado por Beta es deslumbrante: ¡Midió la circunferencia de
nuestro planeta a partir de una marca sencilla y elemental trazada sobre el piso! Dos
instrumentos comunes le bastaron —su cerebro y un irrisorio trozo de tiza— a este hombre para
transcender la escala humana, abrir la puerta del universo y establecer a ese ámbito vastísimo
como un objeto legítimo de exploración científica. Si la Tierra fuera plana, en un momento dado
los rayos solares incidirían sobre la superficie siempre con el mismo ángulo y por tanto los
obeliscos en Alejandría y en Siena proyectarían sombras de igual extensión. Por otra parte, el
hecho de que el Sol no proyectara sombra en Siena pero sí en Alejandría era una manifestación
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de la curvatura de la Tierra. Que la Tierra es una esfera para ese entonces ya era un hecho bien
establecido. Sin embargo, la genialidad de Beta es haber logrado visualizar la relación directa
entre el tamaño de la sombra y el tamaño del planeta. Beta se ideó un método geométrico de
sencillez implacable para determinar el tamaño de la Tierra a partir de la medición de una
sombra — medición que cualquier niño o niña de 10 años es capaz de hacer.
Minutos después del increíble golpe de inspiración era posible ver a Beta y a sus ayudantes en el
ejercicio de tender sobre el piso una cuerda bien tensionada — un extremo en la base del
obelisco y el otro en la marca que señalaba el borde de su sombra. Medir la sombra era un paso
intermedio para calcular el ángulo de elevación del Sol, que era el parámetro importante. Como
buen geómetra que era, Beta dio órdenes de tender otras dos cuerdas sobre el piso para
reproducir el triángulo que hacían el obelisco, la sombra y los rayos solares — y de esta forma
facilitar la medición del ángulo de elevación del Sol. Todo salió perfecto y sus ayudantes
tomaron nota de la medición así como de todos los detalles del procedimiento seguido. En la
memoria de Beta quedó grabado el valor de 7,2 grados, la clave que le permitiría resolver el
acertijo. Por fin podría saber el tamaño de la Tierra, completar su libro de geografía y elaborar un
mapa con la precisión esperada por el rey. En camino de regreso a su oficina hizo los cálculos en
su cabeza: sabía que el ángulo que acababa de medir era la separación angular entre Siena y
Alejandría, tal como sería vista por un geómetra que estuviera sentado en el centro de la Tierra.
El diagrama mental que elaboró en la cabeza era así:
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Figura 2-2. Experimento de Eratóstenes
Beta se imaginó que la faz de la Tierra cortada por la mitad era un pan redondo y plano de esos
que salían calienticos del horno de leña a la hora del desayuno. Una de las tajadas estaría
demarcada así: por el centro de la Tierra, en la punta aguda de la tajada, y por Alejandría y Siena
en las dos esquinas alejadas del centro. Las otras tajadas serían iguales en tamaño. La lógica que
lo llevó a la respuesta final es muy sencilla: si una de esas tajadas tiene un ángulo de 7,2 grados,
entonces los 360 grados del pan completo se pueden dividir en 50 tajadas de igual tamaño (7,2 x
50 = 360). La circunferencia de la Tierra —que siguiendo la analogía sería el perímetro del
pan— es entonces 50 veces la distancia entre Alejandría y Siena. El afán del momento impulsaba
a Beta a hacer el cálculo para un resultado aproximado, a sabiendas de que más adelante podría
repetirlo con datos más precisos. Así fue como recordó que en su propio mapa del Nilo él había
registrado la distancia Alejandría-Siena en 5 000 estadios. El estadio era una de las unidades de
medida usadas en la época y sabemos que equivale a la longitud de un estadio olímpico. No
obstante —ya que la unidad de medida variaba dentro del imperio— la conversión de esta al
sistema métrico ha mantenido a los historiadores en constante polémica. Beta, por otra parte, sí
tenía en la memoria el dato y con él, por tanto, la respuesta: 50 veces la distancia AlejandríaSiena equivale a 250 000 estadios (50 x 5 000 = 250 000). Si utilizamos los diversos factores de
conversión de estadio a kilómetros que los historiadores han propuesto, encontramos que el
resultado de Beta para la circunferencia de la Tierra cae en el intervalo entre 37 500 y 46 600
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kilómetros, lo cual es maravillosamente cercano al valor moderno de 40 000 kilómetros. Beta
salió entonces presuroso y emocionado hacia la biblioteca para revisar una vez más sus notas y
bosquejos del mapa del mundo. Esta vez, no obstante, ya conocía el tamaño real del planeta y por
lo tanto podía estimar la verdadera dimensión del mundo conocido. Mandó a llamar de inmediato
a su querido colega y mejor amigo, el gran matemático y físico Arquímedes, con quien quería
compartir su momento de Eureka.
Previendo una larga tertulia y anticipándose al agobiante calor vespertino, Beta dio órdenes para
que antes de la visita de su amigo se preparara un ligero refrigerio y muchos refrescos. Como el
físico Arquímedes era además su vecino no tardó mucho en llegar a la biblioteca donde Beta lo
esperaba ansioso y con brazos abiertos y con todo un equipo de ayudantes — prestos a tomar
nota de todo lo hablado. Aunque en edad cronológica Arquímedes le llevaba tan solo once años a
Beta, en experiencia y en sabiduría la ventaja era más pronunciada. Ello hacía que Beta se
desviviera en esfuerzos para sacar provecho de sus encuentros. Estos dos grandes personajes no
siempre estaban de acuerdo, pero siempre estaban animados por un deseo profundo y respetuoso
de escuchar los razonamientos del otro. Sin más preámbulo, tratemos de escuchar cómo
transcurre su animada discusión.
BETA: Mi queridísimo y estimado amigo Arquímedes, no puede usted imaginar el placer que me
produce volverlo a ver por estos lados; además para la Biblioteca es un gran honor gozar de su
presencia. Bienvenido entonces. Acomódese como si estuviera en su propia casa y no dude un
instante siquiera en pedirnos cualquier cosa con la que podamos hacer más cómoda su visita.
ARQUÍMEDES: Es usted muy amable, mi querido Eratóstenes. Yo también tenía inmensos
deseos de verlo y de continuar nuestra conversación sobre las ideas algo extravagantes de nuestro
vecino Aristarco, el de Samos, que tanto trastorno están causando entre los estudiosos del
universo. Ah, pero antes quiero que me cuente todo sobre ese maravilloso experimento de medir
la Tierra.
BETA: En efecto, me está pareciendo que acabo de resolver el problema de determinar el tamaño
de la Tierra y, como usted bien sabe, ese dato me permitirá estimar el tamaño del universo con
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base en los métodos geométricos desarrollados por el mismo Aristarco para calcular la distancia
a la Luna y al Sol. A propósito, tengo mucha curiosidad por escuchar las noticias que me trae
sobre el trabajo de Aristarco. Cuando lo conocí en Atenas me pareció díscolo y propenso a
generar ideas poco convencionales. Ahora bien, volviendo a la Tierra, le decía que hoy tuve una
experiencia de singular alcance cuando cerca al mediodía, de forma repentina los agudos rayos
de luz solar aclararon en mi mente una idea que venía contemplando hace ya varios años y que
me revelaría la conexión entre el tamaño de la Tierra y el tamaño de la sombra proyectada sobre
el piso por una estaca o cualquier objeto fino y largo. Todo comenzó con un llamado del rey para
que le organizara un evento un tanto veleidoso y de poca utilidad.
ARQUÍMEDES: Cuénteme, Eratóstenes. Aunque estoy seguro de que los caprichos del señor
Evergetes —que bien los conozco— no lograrán sorprenderme.
BETA: Se trata de la “fiesta del pozo”.
ARQUÍMEDES: Ya veo: como hoy estamos celebrando el solsticio de verano el rey Evergetes
quiso aprovechar la ocasión para sumergir al pueblo en un entretenimiento banal.
BETA: Sí, por ahí va la cosa. No me importa qué planes tenga el rey para entretener a las masas,
lo que me disgusta de modo indecible es que él sabía que yo estaba dedicado a trabajar en uno de
sus proyectos prioritarios… y viene con esa ridícula distracción y a pedirme que yo coordinara el
evento… como si él no tuviera a su disposición un ejército completo de desocupados en quienes
puede delegar las tareas más triviales de su gobierno. Eso de celebrar el solsticio de verano con
fiestitas de corte religioso me parece inconsistente con su política de promover y exaltar la
investigación científica.
ARQUÍMEDES: Me extraña que usted no vea la razón por la cual el rey quiera celebrar el
solsticio de verano como lo llama la tradición. Recuerde que no es precisamente por tonto que
Evergetes ocupa la posición de rey. Sabemos que el rey necesita una élite de científicos de punta
pero también sabemos que el rey ha recibido fuertes demostraciones de rechazo a su programa de
apoyo al avance de la ciencia. En algunos círculos se promueve la idea de que el rey quiere
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suprimir las costumbres y que su agenda científica tiene como propósito desterrar a los dioses del
panteón. Por eso toleró una celebración al dios Ra —por supersticiosa que sea— solo para
mantener contentos a los ciudadanos y así mitigar el riesgo de una rebelión.
BETA: Es posible que este tipo de argumentos hayan pasado por la cabeza del rey, pero él y yo
hemos tenido extensas conversaciones sobre el tema y hemos estado de acuerdo en que una
importante tarea de la Biblioteca es la de hacer llegar los avances científicos al gran público. No
creo que una danza de idiotas entregados a invocar al dios Ra logre avanzar esa noble agenda. ¡Y
para colmo de males soy yo quien figura como organizador! Ya se puede imaginar las risotadas
de mis enemigos académicos.
ARQUÍMEDES: Ay, mi querido Eratóstenes, yo se lo advertí cuando Evergetes le hizo la oferta
de trabajo. Usted sabía que el rey era energúmeno y errático, pero usted sucumbió a la tentación
de los privilegios derivados de la cercanía con el poder y de gozar de la más extensa fuente de
conocimiento del mundo helénico. ¡He aquí el precio de tan envidiable posición! Entonces el rey
le impuso la incómoda tarea de divertir al público, mientras usted se ocupaba de elaborar el mapa
más preciso y exhaustivo del mundo. Aunque, gracias a ese suceso inoportuno, usted tuvo un
golpe de lucidez que le mostró la solución al problema del verdadero tamaño de la Tierra.
Cuénteme cómo funciona el método.
BETA: ¡Es tan sencillo que le causará risa! Para comenzar supongamos que la Tierra es plana.
Ahora imaginemos dos estacas clavadas en la Tierra. Como el ángulo de incidencia de los rayos
del Sol es igual en todos los lugares de la Tierra plana, los rayos del Sol van a proyectar sombras
de igual tamaño para las dos estacas. Empero, sabemos que la Tierra no es plana sino que es una
gran esfera. Entonces, ¿cómo cree usted que sean las sombras proyectadas por dos estacas en
diferentes lugares de esa Tierra esférica? Una ilustración pone en evidencia el efecto de la
curvatura de la Tierra mejor que un largo discurso. El ángulo entre la estaca y los rayos de luz es
distinto para las dos estacas y por lo tanto la sombra proyectada también será distinta.
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Figura 2-3. Sombras en Tierra plana y esférica
Esta mañana mientras observaba la sombra proyectada por el obelisco me di cuenta de que el
ángulo entre el obelisco y los rayos de Sol es el mismo que hay entre las dos ciudades
(Alejandría y Siena), visto desde el centro de la Tierra. El resto usted ya lo puede deducir:
conociendo el ángulo de una “tajada” podemos calcular el número de tajadas en el pan y
sabemos que el perímetro del pan sería la longitud del lado externo de cada tajada multiplicada
por el número de tajadas. ¡Estamos hablando de 250 000 estadios! ¿Se da cuenta usted de lo que
esto significa?
ARQUÍMEDES: Para el rey significa que por fin sabe cuán extenso es su imperio. Para la
humanidad significa que ya puede comenzar a dilucidar cuán grande es su universo. Lo felicito,
Eratóstenes. Ha realizado usted una medición muy bonita y limpia que con seguridad será
admirada por las generaciones futuras de exploradores. Supongo que tiene planeado realizar
mediciones más precisas de la distancia Alejandría-Siena, ¿verdad? Ese dato es la mayor fuente
de error en su medición. El rey estará muy complacido de su trabajo y seguramente responderá
con agrado a cualquier exigencia que le presente y que conduzca a refinar las mediciones.
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Sugiero que le pida al rey un pequeño equipo de soldados de temple espartano con los cuales
podemos determinar la distancia Alejandría-Siena con gran precisión. Un equipo de 10
disciplinados bematistes (una persona entrenada para caminar con pasos iguales) destinados a la
agrimensura puede caminar de Alejandría a Siena en 15 días con paso firme y sistemático y
tomar nota del número de pasos que recorran a diario. El costo de la misión sería una
pequeñísima fracción de lo que cuesta el transporte de un obelisco de las canteras de Siena al
delta del Nilo. Tenemos que asegurarnos de que el resultado de la medición sea lo más preciso
posible y le sugiero que no vaya a ir por ahí pregonando el resultado antes de que estemos
seguros que los datos son confiables. Espero que se dé cuenta de las implicaciones de su
medición.
BETA: Estoy de acuerdo, Arquímedes, y de nuevo le agradezco por compartir con nosotros su
visión diáfana y honesta. Me queda muy claro que el rey necesita un mapa preciso para hacer
más justo el recaudo de impuestos y más efectivas sus estrategias de defensa.
ARQUÍMEDES: Sí, ese aspecto es obvio, pero no me refiero a los dineros del estado o a asuntos
militares. Estoy pensando en algo más fundamental y de mayor preocupación para el rey: la
estabilidad de su gobierno.
BETA: No veo qué tiene que ver el tamaño de la Tierra con la estabilidad del gobierno. ¿Me
podría aclarar por favor?
ARQUÍMEDES: Con gusto. El tema nos trae una vez más a las ideas que el viejo Aristarco está
propagando. Por la información que registran nuestros sentidos cuando estamos en sano juicio y
tal como lo comprobó de manera impecable la lógica del maestro Aristóteles sabemos muy bien
que la Tierra es inmóvil y que reposa en el centro del universo. Sin embargo, el loquito de
Aristarco de Samos propuso que es el Sol, no la Tierra, el que está en el centro del universo y
que la Tierra se mueve en torno al Sol en una órbita circular.
BETA: ¡Qué idea tan ridícula! Todos los cuerpos con masa se dirigen de manera natural a su
sitio de reposo que es el centro de la Tierra. ¿Qué pasa si lanzamos una piedra al aire? Cae al
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piso y ahí queda en reposo, ¿no es cierto? La Tierra es el conglomerado de millones y millones
de piedras que cayeron al piso —es decir hacia el centro del universo— y quedaron en reposo
formando nuestro planeta. ¿Es que acaso alguien ha observado a nuestro planeta moverse? De
nuevo, ¿qué tiene eso que ver con los riesgos de inestabilidad social?
ARQUÍMEDES: Querido amigo, la tesis de Aristarco, que llamaré “modelo heliocéntrico” —de
la palabra helio, que significa Sol en griego— no es producto de un capricho. Al contrario, está
soportada por sanos razonamientos lógicos. No nos apresuremos a descartar el modelo
heliocéntrico. Aristarco no es un chiflado; él ha sido nuestro maestro, nos ha enseñado geometría
y astronomía y fue quien desarrolló la trigonometría. Decir que el Sol es el centro del universo
no es una idea totalmente descabellada. La lógica de Aristarco es que el Sol es mucho más
grande que la Tierra y por lo tanto tiene más masa, característica que lo hace merecedor del sito
central del universo en mayor medida que la Tierra. Piense bien, el argumento que Aristóteles
nos ofrece para sustentar el postulado de que la Tierra está en el centro también es válido para
argumentar que el Sol está en el centro: los cuerpos con masa son guiados por su propia
naturaleza hacia el centro del universo; el Sol es el cuerpo de mayor masa y por lo tanto buscará
el centro con mayor eficacia. Sobre si la Tierra se mueve: no saltemos a conclusiones de carácter
absoluto con base en observaciones limitadas por nuestra pequeña escala humana. ¿No será
posible que la Tierra con su movimiento arrastre consigo el aire y todo lo que sobre ella se posa
de tal forma que nosotros no experimentamos el movimiento porque todo lo que nos rodea
también participa del mismo movimiento? Entonces, como usted puede apreciar, es posible
elaborar argumentos lógicos a favor del modelo heliocéntrico. El problema que tenemos entre
manos es que la noción de una Tierra estática en el centro del universo tiene el peso de 300 años
de estudios originados por el gran matemático Pitágoras y luego perfeccionados por Aristóteles,
quien proporcionó elegantes argumentos lógicos que ahora conforman las bases filosóficas del
mundo helénico. Todo el mundo acepta que la Tierra es el centro del universo no solo por los
argumentos filosóficos sino también por las enseñanzas religiosas que tienden a engrandecer el
planeta donde vivimos, a adjudicarle privilegios especiales y a dotarlo de esa centralidad cósmica
que nos hace supuestamente especiales en comparación con otros cuerpos celestes. Por esas
razones el modelo de Aristarco ha causado un marcado malestar entre los estudiosos del universo
y una reacción violenta por parte del público. De todas partes del mundo nos llegan quejas en
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contra de las ideas impías de Aristarco y el público clama con ardor para que el gobierno
rectifique esos escandalosos errores. El tamaño estimado de la Tierra informado por Aristóteles
era de 400 000 estadios mientras que mi propio cálculo era de 300 000 estadios. Ahora usted, un
empleado del gobierno, reveló el verdadero tamaño de la Tierra y ha mostrado que es mucho más
pequeña de lo que se estimaba. Este hecho refuerza la tesis de Aristarco que le adjudica al Sol un
tamaño mucho mayor relativo a la Tierra. No creo que el rey esté propiamente impaciente por
promulgar sus resultados. En medio del caldeado ambiente político del momento, es posible que
esas revelaciones se conviertan en la mecha que dispare una rebelión sin precedentes. He aquí la
relación entre el tamaño de la Tierra y la estabilidad social. ¿Queda claro?
BETA: Me preocupa lo que acaba de decir. ¿Qué resultado le vamos a reportar al rey?
Arquímedes, tengo que pasarle un informe al rey antes que se acabe el día, necesito su ayuda
para presentar mis resultados de una manera que no desate la ira del rey.
ARQUÍMEDES: Descríbame, por favor, con el mayor detalle posible, cuáles son las fuentes de
error de su medición y al mismo tiempo trate de calificarlas de acuerdo a su severidad. Ese
conocimiento nos ayudará a estimar una cota superior y una cota inferior dentro de las cuales se
encontrará el valor verdadero del tamaño de la Tierra.
BETA: Sin duda la mayor fuente de incertidumbre se encuentra en la distancia Alejandría-Siena,
que en mi mapa del Nilo yo estimé en 5 000 estadios, pero por las notas de misiones de
bematistes posteriores a la elaboración de mi mapa me di cuenta de que es necesario hacer
ciertos ajustes. De hecho, todo indica que yo subestimé la distancia, lo cual es buena noticia
porque el valor ajustado de la medición nos aumenta la circunferencia de la Tierra. Entre los
valores posibles, queremos reportar el más alto que sea consistente con la medición y los errores,
¿verdad? Otro factor que contribuye al error de la medición, pero seguramente en menor cuantía,
es que Siena no está localizada directamente al sur de Alejandría — uno de los requisitos para
que el método funcione. No creo que los errores en la medición de la sombra afecten los
resultados de manera significativa. Con el intenso brillo de la luz de medio día el borde de la
sombra se puede distinguir con gran precisión.
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ARQUÍMEDES: Entonces, ¿cuál sería su resultado después de hacer las correcciones pertinentes
derivadas de la distancia Alejandría-Siena?
BETA: La circunferencia de la Tierra sería de 252 000 estadios.
ARQUÍMEDES: La diferencia no es gran cosa. Todavía estamos lejos de los 400 000 estadios
que nos dio Aristóteles. Ahora tengo una pregunta más importante aún: la unidad de medida del
“estadio” tiene como referencia el estadio de Olimpia, ¿verdad? Como existen tantas versiones
del estadio en uso, supongo que en el reporte vamos a dejar muy claro cuál es la referencia.
BETA: En los reportes de viajeros que llegan a diario a mi oficina aparecen distancias medidas
en “estadios”, pero sabemos que cada región, o inclusive cada ciudad, usa un patrón diferente.
Además del estadio olímpico, existe el estadio de Crotón, el de Siracusa, el de Rodas, el de
Mileto y el de Segesta. Los comerciantes usan un estadio diferente al estadio usado por los
académicos y el estadio de los militares no es el mismo estadio de los astrónomos. Es muy
común entre nosotros usar el estadio griego, pero nuestros vecinos al oriente usan el estadio
pérsico y los del norte usan el estadio siciliano. De manera que acusarnos de que estamos
encogiendo la Tierra porque Aristóteles dice que era de 400 000 estadios y yo digo que es de
252 000 estadios no me preocupa mucho porque los 400 000 estadios de Aristóteles se refieren a
un estadio patrón que bien podría ser mucho más pequeño que el estadio griego. La falta de
uniformidad de las unidades de medida ha sido un gran dolor de cabeza para nosotros los
geógrafos — y créame cuando le digo que en mi papel de director de la biblioteca alejandrina he
luchado sin mesura por estandarizar los patrones de medida… pero adivine: ¿Sabe cuál fue la
reacción del rey? Impartió órdenes de frenar la actividad de estandarización y delineó con gran
claridad las reglas para elaborar mapas, insistiendo de manera explícita que no se incluya el
patrón de referencia para las distancias. Por eso en mis mapas yo siempre indico las distancias en
“estadios”, sin decir cuál estadio en particular. Como se puede dar cuenta, el rey está explotando
la falta de uniformidad de los patrones de medición de distancia para esconder el valor real de las
escalas de sus mapas estratégicos. Es más, la práctica se ha convertido en una táctica militar para
codificar la información. A veces ni siquiera yo conozco el patrón de mis propios mapas ya que
el gobierno se encarga de convertir los datos de los agrimensores en “estadios” con base en un
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patrón secreto para el estadio. Solo los militares tienen acceso a una tabla que contiene el patrón
de medida para cada mapa. Sobra decir que esta práctica me ha resultado bastante inconveniente
y me ha erigido obstáculos indescriptibles en mi proyecto del tratado de geografía.
ARQUÍMEDES: Muy bien —¡el rey nos salvó!— pues el estado de confusión en torno a la
especificidad del estadio también la vamos a explotar nosotros para proteger al rey en contra de
una interpretación favorable al modelo heliocéntrico, la cual tendría un costo político demasiado
alto. En el reporte al rey vamos a usar el valor numérico más alto —252 000 estadios—, pero eso
sí consistente con la medición y con el mejor conocimiento que tenemos de los posibles errores
de la misma. A continuación vamos a explicarle al rey que como la medición se reporta en
“estadios” sin decir de manera específica cuál estadio estamos usando, entonces el público y los
académicos no van a poder saltar a conclusiones directas sobre si estamos favoreciendo el
modelo heliocéntrico o no. Así mismo debemos aclararle al rey que, por la misma razón —si
usamos uno de los más pequeños patrones de la antigua Grecia— la Tierra aristotélica de 400
000 estadios de circunferencia bien podría ser más pequeña que la Tierra con la que usted se
encontró hoy al mediodía. Los historiadores que en el futuro se van a encontrar con su reporte
también van a estar muy contentos: ¡Les estamos generando empleo! Ya me los puedo imaginar
produciendo centenares de artículos académicos sobre la interpretación del “estadio” en el
experimento de Eratóstenes y ¡agarrándose entre ellos del pelo porque no se pueden poner de
acuerdo! (carcajadas…)
BETA: ¡Maravilloso, mi señor Arquímedes! Por eso lo mandé a llamar. Daré órdenes a mis
escribanos para que redacten el resumen final del experimento, el cual será leído al rey antes de
su cena. Mientras tanto nos quedan unos pocos minutos para hablar de las implicaciones de mi
experimento en la astronomía, y antes que lo olvide quisiera invitarlo a la nueva obra de teatro
que se presentará esta noche en nuestras propias instalaciones de la biblioteca.
ARQUÍMEDES: Es usted muy amable, mi querido Eratóstenes, pero lamento no poder aceptar la
invitación a teatro. Con mi edad y en el delicado estado de salud en que me encuentro, mis
cuidanderos no me dejan salir de la casa por la noche. Sin embargo, tengo mucho interés por
escuchar sus ideas astronómicas.
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BETA: Vea usted, por más que queramos no nos vamos a poder zafar del viejo Aristarco de
Samos. No olvidemos que fue el muy sagaz Aristarco quien se ideó la manera de estimar la
distancia a la Luna observando el tiempo que ella demora en cruzar la sombra de la Tierra
durante un eclipse lunar. Y más adelante con base en un razonamiento geométrico de inigualable
pureza dedujo la distancia al Sol en relación con la distancia a la Luna. En resumen, Aristarco de
Samos nos entregó la llave para elaborar un mapa del universo. ¡Es fascinante contemplar la idea
de que los humanos —por insignificantes que seamos frente al portentoso cosmos— podamos
medir el universo! Según sus cálculos la distancia a la Luna es 30 veces el diámetro de la Tierra
y la distancia al Sol es 19 veces la distancia a la Luna. Lo único que faltaba para poder dar valor
numérico a esas importantes distancias era el tamaño de la Tierra, pero ahora con los resultados
de mi experimento ya tenemos un modelo completo del universo, incluyendo su tamaño: en el
centro del universo tenemos a la Tierra de forma esférica e inmóvil —a pesar de las ideas
extravagantes de Aristarco— de extensión igual a 252 000 estadios; en torno a la Tierra tenemos
al Sol y la Luna que rotan en órbitas circulares; los cinco cuerpos errantes conocidos en la
antigüedad (Mercurio, Venus, Marte, Júpiter y Saturno), a los cuales nos referimos con el
vocablo griego planeta (vagabundo) también circulan en órbitas alrededor de la Tierra. La Luna
se encuentra a 2,4 millones de estadios de distancia y al Sol lo encontramos a una distancia de
45,7 millones de estadios. Las estrellas están fijas en una esfera también centrada en la Tierra y
de inmensidad incalculable. Como ve, mi querido Arquímedes, ¡el universo es muy grande! Más
grande de lo que habíamos imaginado.
ARQUÍMEDES: ¡Excelente trabajo, Eratóstenes! Me llegó la hora de regresar a casa, pero tenga
por seguro que en ocho días lo estaré visitando de nuevo para continuar esta conversación.
Conversaremos sobre una idea que se me ocurrió para probar empíricamente el modelo
heliocéntrico del universo. Ahora me despido.
BETA: Rápido, antes de que se vaya, tengo una curiosidad y prometo no contarle a nadie: ¿es
verdad que usted salió a correr desnudo por la calle y gritando Eureka cuando descubrió las leyes
que rigen a los cuerpos flotantes?
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ARQUÍMEDES: ¡No!, por supuesto que no. La gente inventa cuentos y me acusa de excéntrico
simplemente porque digo lo que pienso.
Beta y su amigo se despidieron con gran cariño y con visible satisfacción por los logros de la
jornada. Beta se apresuró a la cita con el rey y le leyó el resultado de su día de trabajo. Sin
embargo, al final Beta no pudo saber con certeza cuál había sido la reacción del rey porque lo
sacaron de la sala a toda prisa para que asistiera a una cena con varios personajes importantes.
Con el peso de la intriga y sin poder saber qué pensaba hacer el rey con estos datos recientes
sobre la Tierra, Beta decidió asistir a la obra de teatro. Probablemente le ayudaría a olvidarse del
asunto por lo menos hasta el día siguiente, cuando tendrá la oportunidad de ver al rey por unos
minutos.
La obra de teatro de esa noche era una tragedia griega y la historia la de dos hermanos que,
obligados por un dios malvado, terminaron batallando el uno contra el otro. Uno de los dos mata
al otro y luego se suicida en medio de la desesperación. El dios había instigado el fratricidio
impulsado por la envidia que despertaba en él el hermano más hermoso y valiente. Para lograr su
cometido mandó a secuestrar a uno de ellos, con el fin de separarlos y provocar luego la guerra
donde los hermanos se enfrentaron y en la cual, de paso, también murieron 300 000 seres
humanos — solo por el capricho de un dios malvado. Ya avanzada la noche y de regreso a sus
habitaciones, Beta entró en reflexión y empezó a combinar los hechos del día con las escenas
violentas del teatro. Se esforzó por atenuar el impacto que le había producido la obra de teatro
recordándose a sí mismo que se trataba de una ficción. Empero, no podía menos que pensar
también en que la obra era un reflejo fiel del drama humano y en lo absurdas que son las guerras.
Con esto reafirmó su convicción de que era mejor abandonarse al estudio del universo que
enredarse en la problemática compleja del ser humano. Mientras trataba de dormirse no podía
dejar de pensar en la reacción del irascible rey: ¿Acaso el nuevo conocimiento sobre el mundo lo
impulsaría a iniciar una guerra? Al final de la noche y antes de entregarse al sueño sintió una
incómoda angustia que nunca antes había experimentado: ante el reciente asomo a las realidades
del universo, sintió por primera vez que estaba solo en esa inmensidad cósmica.
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La contribución de Eratóstenes al conocimiento del universo no ha recibido —ni en los textos de
ciencia ni en los de historia— una atención acorde con su estatura. Excederse en superlativos no
bastaría para describir el significado de su obra: él nos mostró que el universo se puede estudiar
científicamente y que su inmensidad está al alcance del ser humano. Seguir de cerca los
acontecimientos que acompañaron al gran genio durante un día de su vida también nos sirve para
recordar que los avances de la ciencia no ocurren en un vacío, que hay ciertas complicaciones
que provienen del ambiente social y que pueden influenciar la manera como se presentan y se
interpretan los resultados científicos. Los escritos originales de Eratóstenes se perdieron pero
podemos conocer su trabajo gracias a los historiadores, geógrafos y astrónomos posteriores,
como Strabo, Plinio, Hiparco, Posidonio y Claudio Tolomeo. Eratóstenes, como sabemos, estaba
a cargo de la institución académica más prestigiosa de todo el mundo helénico de la época; la
biblioteca de Alejandría era financiada por las arcas del gobierno y por lo anterior es posible que
el científico hubiera sido presionado a presentar investigaciones consistentes con las políticas del
régimen. El presagio ficticio de Arquímedes que lo llevó a advertir sobre la confusión que
reinaría entre los historiadores que intentaran interpretar el experimento de Eratóstenes se
cumplió al pie de la letra. Los estudios académicos de los historiadores han esgrimido todo tipo
de argumentos para mostrar posibles conversiones del estadio al metro que van de145 metros a
185 metros. Hay quienes niegan que Eratóstenes realizara el experimento histórico midiendo la
sombra en Alejandría y afirman que él usó otro método geométrico basado en la observación a
distancia del famoso faro de Alejandría. No obstante las inevitables disputas históricas, lo que
vale la pena resaltar es que hace 2 200 años se midió el tamaño de la Tierra con una precisión
maravillosa y con un método que con gran facilidad puede ser reproducido hoy por estudiantes
de escuela primaria, tal como lo lograron mis estudiantes midiendo la sombra de un palo clavado
en el piso en coordinación con otro grupo similar de estudiantes que hacían la misma medición
simultáneamente en otra ciudad hacia el sur.
Eratóstenes era el filósofo empirista arquetípico quien, siguiendo la tradición aristotélica, admitía
la existencia de un mundo externo y objetivo al cual es posible aproximarse mediante la
observación. Si se tiene en cuenta la marcada tendencia a la superstición y la influencia que
ejercían los sofistas en la época presocrática, para quienes la validez del conocimiento era
relativa al grupo, se verá con claridad que la filosofía de Aristóteles fue necesaria para cimentar
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las bases que a su vez harían posible la aproximación científica al cosmos. Por irónico que
parezca, una rebelión contra la filosofía de Aristóteles detonó la revolución científica del Siglo
XVI. Los sabios Arquímedes y Eratóstenes personificaron el ideal aristotélico que exaltaba el
conocimiento de la verdad objetiva de la naturaleza, pero no fueron los únicos. De Aristóteles a
Aristarco y de Pitágoras a Hiparco se lograron avances significativos en la astronomía y de estos
avances emergió la noción de que el universo es como una gran máquina que exhibe
movimientos regulares y predecibles. En esa época, estudiar los cielos no se consideraba un mero
capricho de los académicos; muy por el contrario, se acudía a la astronomía en busca de
aplicaciones prácticas — por ejemplo en la agricultura para marcar con precisión las estaciones
y en las tareas del estado para elaborar mapas y calendarios.
Aunque la cosmología moderna surgió de los avances progresivos en el lento camino de la
historia, en ese discurrir nos encontramos con tres pasos gigantes que bien podríamos describir
como revolucionarios y que están asociados a tres imponentes hombres de ciencia: Eratóstenes,
Galileo y Hubble. Y si el lector se está preguntando por qué la lista de los arquitectos de la
cosmología no está encabezada por Aristóteles, Copérnico y Einstein, la justificación debatible
es que mientras que estos tres fueron teóricos y las teorías son pasajeras, Eratóstenes, Galileo y
Hubble contribuyeron con datos empíricos fundamentales e imperecederos. Eratóstenes abrió la
primera ventana al universo, nos amplió el horizonte cósmico y nos reveló el verdadero tamaño
de nuestro planeta y de nuestra vecindad inmediata. La humanidad tuvo que esperar 1 800 años
para que se abriera la segunda ventana. Esta se abrió en el momento en que un profesor de
matemáticas se subió al techo de su casa en Padua, en el norte de Italia, con un novedoso
embeleco de feria que constaba de un tubo y dos lentes agarrados en los extremos. Los hábiles
comerciantes que ofrecían en los mercados y ferias de Europa el artilugio inventado en la región
de Flandes por un tal Hans Lipperhey, pronto lo convirtieron en juguete para que los curiosos se
deleitaran viendo objetos lejanos como si estuvieran al alcance de la mano. Galileo Galilei, el
profesor italiano, reconoció el inmenso potencial de ese instrumento que permitía ver de cerca
los objetos astronómicos. En una noche de noviembre en 1609 dirigió hacia el firmamento uno
de esos tubos con lentes y se acercó así a los dioses de los griegos revelando por primera vez en
la historia de la humanidad las arrugas e imperfecciones de sus rostros. Los astros perfectos,
insobornables y lejanos de los filósofos griegos se convirtieron de repente en objetos estelares
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amigables que además exhibían defectos similares a los encontrados en nuestro propio planeta.
Con su intrépido espionaje de lo lejano, Galileo derrumbó el muro ficticio que separaba el
mundo terrenal del celeste. Las observaciones de Galileo cambiaron el rumbo de la historia y
sembraron la posibilidad de una aproximación empírica al cosmos.
Galileo se enteró del telescopio cuando visitaba a su amigo Paolo Sarpi en Venecia, en mayo de
1609. Allí Sarpi le informó sobre este fabuloso aparato. Picado por la idea, Galileo se fue a su
estudio y en un mes pudo desarrollar su propio telescopio, el cual presentó a la corte en Venecia,
donde exaltó la aplicación potencial para defender los puertos y por la cual recibió una
remuneración importante. El maestro italiano no solo fue capaz de reproducir la invención sino
también de razonar las fórmulas correctas de amplificación óptica y diseñar telescopios más
potentes. En otra ocasión visitó a su amigo Cosimo de Medici, el gran duque de Florencia, para
mostrarle el prodigioso instrumento y los dos se divirtieron mirando las irregularidades en la
superficie de la Luna. La compilación de sus revolucionarias observaciones astronómicas quedó
registrada en su libro Sidereus Nuncius (el mensajero estelar), publicado en marzo de 1610. En la
obra Galileo deja que los datos hablen por sí solos y advierte que “…por fin nos liberamos de
largos debates…”. La observación más importante en el “mensajero” es que en torno al planeta
Júpiter danzan cuatro satélites en órbita. Aquí Galileo daba su primera puntada contra el
geocentrismo pues indicaba que es posible que los objetos astronómicos participen de
movimientos circulares en torno a un planeta que no es el centro del universo. En otras palabras,
si otros planetas tienen lunas y esas lunas circundan al planeta entonces la Tierra podría ser otro
planeta más y no el punto céntrico del universo. En el “mensajero” Galileo provee detalles de su
observación de la galaxia e indica que la banda blanquecina que se ve en el cielo es la residencia
de miles de estrellas separadas. La noticia del descubrimiento de cuatro lunas en Júpiter se
convirtió al instante en sensación y despertó un interés descomunal. Las 500 copias de la edición
se vendieron enseguida.
La tercera ventana al universo la abrió un personaje curioso: sus primeros 34 años de vida fueron
anodinos y no llevarían a sospechar que sería él quien expandiera el universo y quien pusiera a
flotar nuestro inerme sistema solar en el brazo de una galaxia perdida en la inmensidad del
espacio. El astrónomo norteamericano Edwin Powell Hubble logró esa hazaña gracias a que —
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así como le ocurrió a Galileo— tuvo a su disposición un instrumento que le permitió escudriñar
las impensables profundidades del espacio. Para apreciar el verdadero significado de la
contribución de Edwin Hubble a la cosmología moderna vamos a acompañarlo durante un día de
su vida3.
El miércoles 17 de octubre de 1928, Hubble se levantó muy temprano; era el último día
programado de la campaña de observación en el observatorio de Monte Wilson. Hubble había
pasado las cinco noches anteriores en sesiones largas e intensas frente al telescopio más potente
del mundo y por lo tanto tenía muchas placas fotográficas por analizar. La rotación de turnos con
los otros astrónomos y los viajes que Hubble tenía planeados para las semanas siguientes
indicaban que antes de dos meses no tendría oportunidad de volver al observatorio. Mientras le
servían el desayuno en el comedor del Monasterio —que era como se llamaban las residencias
del observatorio— Hubble aprovechó para ordenar en su cabeza la gran cantidad de tareas que
quería completar durante el día y para ver cómo las combinaría con ciertos compromisos
inoportunos que el director del observatorio insistía en programarle. Esperaban para antes del
mediodía la llegada de una comitiva de prensa que quería entrevistarlo como parte de la escritura
de un gran artículo sobre la anunciada visita de Einstein a Pasadena. Empero, él consideraba más
importante reunirse con Milton para examinar los espectros tomados durante esa semana de
observaciones. Salió presuroso del Monasterio para acudir a la cita que tenía con Milton en el
laboratorio de fotografía del observatorio. Apenas iniciaba la corta caminata hacia el edificio
principal del observatorio cuando se detuvo unos minutos a contemplar el paisaje imponente que
ofrecían las montañas de San Gabriel, las cuales parecían levantarse con el ímpetu de bestias del
jurásico. El monte Wilson, bautizado en honor a un presidente y donde se encuentra el
observatorio, podría parecer a primera vista alejado de la civilización, pero a tan solo 15
kilómetros hacia el sur se encuentra Pasadena, hoy en día un pequeño barrio de Los Ángeles
(California). Hubble caminaba hacia el laboratorio —al fondo el boscoso paisaje— y
aprovechaba esos minutos para reflexionar sobre la buena fortuna que significaba tener acceso al
telescopio más potente del mundo en el tiempo justo y preciso en el que él estaba dedicado a
estudiar el comportamiento de las galaxias más lejanas. El telescopio de Monte Wilson fue
construido gracias a la visión del científico George Ellery Hale y a las generosas donaciones del
magnate Andrew Carnegie. El comienzo de la cosmología moderna se forjó durante los años
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1930-1950 — más que todo en torno a dos centros de investigación: la Universidad de
Cambridge en Inglaterra y el observatorio de Monte Wilson en Estados Unidos. Mientras que la
prestigiosa universidad de 800 años fue el alma máter de ilustres teóricos que hicieron aportes
sustanciales al debate cosmológico, el más nuevo observatorio de Monte Wilson atrajo a un
pequeño grupo de astrónomos de alto calibre cuyas observaciones aportaron los datos iniciales
que sustentan la cosmología moderna — y fue Hubble con sus descubrimientos revolucionarios
quien catapultó el nombre de Monte Wilson a las grandes ligas entre los centros de ciencia en el
mundo.
El buen ánimo con el que Hubble había empezado el día perdió brillo de repente cuando, justo
antes de entrar al edificio principal del observatorio, se encontró de frente con su acérrimo
enemigo y rival, el astrónomo Harlow Shapley, director del Observatorio de Harvard, quien se
encontraba de paso por Pasadena. Hubble y Shapley llevaban ya 10 años enfrascados en una
intensa pelea que se inició el primer día de trabajo de Hubble en Monte Wilson. Difícil saber
quién odiaba más a quién, si Shapley a Hubble o al revés; lo cierto del caso es que estos dos
personajes no podían estar juntos en el mismo lugar porque ningún lugar podía acomodar dos
egos de semejante tamaño. Cuando notó la desagradable realidad de que se acababa de encontrar
de frente con el diablo en persona, Hubble desvió instintivamente la mirada hacia el piso,
continuó presuroso hacia el laboratorio de fotografía e ignoró por completo a Shapley. Tras ver a
Shapley, Hubble reaccionó apretando el paso hacia el laboratorio — no solo por evadir al odioso
contrincante, sino también porque recordó que, de no apresurarse en su análisis, otros
astrónomos —incluido Shapley— le tomarían ventaja en su búsqueda de los secretos más
valiosos del universo. Cuando Hubble entró visiblemente agitado al laboratorio, Milton pensó
que Hubble se encontraba indispuesto y se preocupó. Empero, pronto entendió el por qué del
grado de alteración de su amigo y colega. Cuando Milton Lasalle Humason, empezó a trabajar en
el observatorio, su función era arrear mulas y además estaba encargado de la limpieza de los
baños y laboratorios. Sin embargo, aprendió con envidiable destreza a manejar el telescopio y a
procesar placas fotográficas, y pronto se convirtió en la mano derecha de Hubble. Esa mañana
Milton le tenía a su colega una grata sorpresa: la fotografía que habían intentado tomar durante
toda la semana había sido un gran éxito. Cuando Milton puso sobre la mesa la fotografía y la
imagen del espectro, un silencio preñado de presagios cósmicos invadió el ambiente, mientras
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que la penetrante mirada de Hubble se congelaba frente a la imagen de la galaxia más lejana
jamás vista por un ser humano. Un visitante curioso y no iniciado en el arte de la astrofotografía
podría haber pensado que aquellas imágenes inocentes no eran más que una mota difusa en un
fondo salpicado de puntitos. Sin embargo, Hubble veía en ese ejemplar del arte abstracto la
manifestación más clara de que sus ideas sobre el universo sí eran correctas: ¡el universo se
expande!
Hubble y Milton dedicaron las horas de la mañana a revisar una y otra vez el cuaderno de
bitácora donde habían consignado en detalle los pormenores de la campaña de observación que
había hecho posible la existencia de la poderosa imagen. Revisaron también con sumo cuidado la
calibración de la placa fotográfica y planearon los pasos a seguir. Conscientes de la importancia
del descubrimiento, los dos astrónomos pactaron proteger sus datos detrás de un sigilo hermético
mientras no tuvieran la oportunidad de hacer una segunda observación que confirmara sin lugar a
dudas que, en efecto, la galaxia observada sí se está alejando hacia la profundidad del espacio a
la espeluznante velocidad de 1 000 kilómetros por segundo.
La hora de la entrevista llegó antes de lo esperado. Los reporteros asediaron a Hubble como si
acabaran de encontrarse un extraterrestre. Estaba cansado de la prensa y, aunque no le molestaba
quedar en vitrina, le disgustaba sobremanera la información manipulada de la cual a menudo se
sentía víctima. Había prometido no volver a conceder entrevistas cuando en una ocasión el editor
de un periódico local había cometido la idiotez de presentarlo como “el astrólogo Edwin
Hubble”. En esta ocasión, sin embargo, no había logrado evadir a los periodistas que empezaron
a saltar como niños traviesos tan pronto escucharon el nombre de Einstein. Por sugerencia de “el
loquito” se le había extendido una invitación al famoso físico alemán para que hiciera una
pasantía de dos meses en el Instituto Tecnológico de California (Caltech), en Pasadena. “El
loquito” era el apodo amigable que Hubble tenía para su amigo Fritz Zwicky, un excéntrico
físico suizo que había sido compañero de Einstein en la universidad en Zúrich y que desde su
cátedra de Caltech investigaba teorías cosmológicas. Aún no se conocían ni la fecha exacta ni los
detalles de la visita del científico a Pasadena, pero como Einstein era un personaje fascinante y
mágico que había encendido la imaginación y el interés del público, la prensa andaba alborotada
y se empeñaba en llenar páginas sobre este extraordinario evento. Se suponía que la entrevista
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versara sobre Einstein y sus teorías, pero la verdad era que Hubble no estaba preparado para
explicarle al público la teoría de la relatividad ni las afirmaciones de Einstein sobre el espacio, el
tiempo y el universo. Hubble no había estudiado la teoría de la relatividad. Por esos años los
astrónomos no le prestaron mayor atención a esa teoría, que era percibida como un complejo
ejercicio matemático, más cercano a la especulación que a las estrellas. La teoría de la relatividad
de Einstein, que llegó al mundo en dos episodios —la relatividad especial en 1905 y la
relatividad general en 1915— era muy reciente, no se enseñaba ni en la carrera de física ni en la
de astronomía y sus intricados conceptos de espacio-tiempo eran entendidos apenas por un
puñado de investigadores. Tan pronto comenzó la entrevista, Hubble desvió con habilidad el
tema hacia su campo y deleitó a los periodistas con un salpicón de temas que los mantuvo en
estado de mansedumbre los 40 minutos que duró el encuentro. Les habló de espectros, de
millones de años luz y de nebulosas espirales. También mencionó estrellas variables,
desplazamientos hacia el rojo y cúmulos globulares. Esmerándose en no revelar los secretos que
le había robado al cosmos con sus recientes observaciones, les describió su trabajo de
observación de las galaxias más lejanas en el universo y les explicó que esas galaxias se mueven
y se alejan de nosotros a grandísimas velocidades. Hubble había arreglado para que Milton lo
mandara a llamar para algo “urgente”, llamado que se presentó con total puntualidad. Se despidió
de la comitiva y regresó al laboratorio a terminar su trabajo con Milton.
La hora del almuerzo estaba cerca pero él había ido perdiendo el apetito a medida que recordaba
que podría encontrarse con Shapley en el comedor del Monasterio. Además, pronto estaría de
regreso a su casa y en todo caso se encontraba muy ocupado empacando el material que
necesitaría para los viajes que tenía planeados. Mientras que en sigilo Hubble y Milton
planeaban la estrategia para anunciar al mundo su espectacular hallazgo, en un edificio a pocos
metros del laboratorio se escuchaban los lamentos y las observaciones cáusticas del enojado
Shapley. Este se encontraba en el comedor del Monasterio, donde escuchaba un informe sobre
las declaraciones concedidas por Hubble a la prensa minutos atrás. Un astrónomo fiel a Shapley,
quien había estado presente durante la entrevista, se había apresurado a buscar a Shapley para
contarle todo lo que había escuchado. Shapley había trabajado durante seis años como astrónomo
en Monte Wilson de donde pasó a ocupar el cargo de director del observatorio de Harvard. En
Monte Wilson Shapley estudió los cúmulos de estrellas —agrupaciones de millones de
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estrellas— y desarrolló técnicas para medir sus distancias. Ese trabajo dio origen a un modelo de
nuestra galaxia que, excepto por unos ajustes al tamaño, sigue siendo válido. Gran parte del
trabajo de Hubble fue posible gracias a los adelantos logrados por Shapley, pero Hubble no era
dado a alabar ni a dar crédito a otros astrónomos — ¡menos aun a la competencia! Según el
relato del astrónomo anónimo, cuando Hubble presentó su trabajo de medición de distancias a las
galaxias y de las velocidades con las que estas se alejan de nosotros, nunca le dio crédito al
método de Shapley para determinar las distancias ni a las mediciones de velocidades realizadas
años atrás por el astrónomo Vesto Splipher. ¡Razones tenía Shapley para estar furioso! Los
astrónomos que lo acompañaban en el comedor del Monasterio escuchaban atónitos las quejas y
los gruñidos de alto decibel que brotaban sin freno de este personaje. Entre chispas y brotes de
animadversión apasionada, se oyó decir que Hubble era un aprovechado que se apropiaba de los
resultados de sus colegas para su propia vanagloria; que el trabajo de Hubble no tenía mérito
alguno porque lo único que había hecho era repetir las mediciones de velocidades de Slipher y de
distancias de Shapley; que nada serio en astronomía podría salir de un abogado asistido por un
arreador de mulas, ¡además ¿no era ridículo ese acentito de Oxford?! Al final de la improvisada
arenga, Shapley pronunció su más severa sentencia en contra del astrónomo y patricio de Monte
Wilson: ¡La Vía Láctea me pertenece —dijo Shapley— yo fui quien descubrió la verdadera
estructura de la galaxia y no voy a dejar que un astrónomo mediocre como Hubble me la robe!
Esta intricada telenovela ha dado origen a una proliferación de términos astronómicos
especializados y cabe entonces que hagamos un paréntesis para ofrecer algunas aclaraciones y
así asegurarnos de que el lector pueda sacarle jugo al relato. Si leyéramos un periódico de
Pasadena de diciembre de 1930, que fue cuando Einstein finalmente llegó a California, nos
daríamos cuenta de que palabras como “espectro”, “año-luz”, “nebulosa” y “desplazamiento
rojo” habían ingresado al vocabulario del ciudadano común. Es preciso entonces hacer un breve
repaso de los conocimientos de astronomía que en esa época tenía cualquier vecino de Pasadena.
Esta tarea nos obliga a recordar que el maestro Galileo fue el primero en observar las estrellas
que forman la Vía Láctea, esa banda blanquecina y lechosa que atraviesa el firmamento y que los
seres humanos han reconocido desde el momento en que aparecieron en el planeta. El término
“galaxia” con el que los griegos se referían al cinturón nebuloso que atraviesa el cielo nocturno,
deriva del griego galakt o “lácteo” en referencia a su apariencia lechosa. Una traducción literal
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de la palabra galaxia sería “camino lechoso” — demasiado coloquial para aparecer en un texto
serio de astronomía. La traducción académica es Vía Láctea (por antonomasia nuestra galaxia)
que, pensándolo bien, suena tan distendido que “camino lechoso”. En todo caso, Galileo indicó
que esa banda lechosa estaba conformada por una innumerable colección de estrellas separadas.
Ahora bien, los europeos no fueron los únicos que elaboraron el concepto de Vía Láctea.
Estudios en etnoastronomía han demostrado que muchas culturas incorporaron la Vía Láctea a su
cosmovisión. La cultura aborigen Siriano de la selva amazónica colombiana, por ejemplo, le
otorga a la Vía Láctea (que en su propia lengua aborigen llaman umuri verada) un papel central
en la explicación del universo y del origen de este. Umuri verada es un chorro celeste de
almidón, manifestación del camino que conecta el mundo del cielo con el de los humanos. El
dios creador Tu‟bu nos comunicó el acto de la creación a través de ese cordón umbilical que
nosotros los modernos llamamos Vía Láctea.
¿Cómo era el universo cuando Hubble comenzó su carrera de astrónomo? George Hale le ofreció
un puesto de astrónomo a Hubble en Monte Wilson en 1916, pero justo cuando él tenía previsto
comenzar su nuevo trabajo, Estados Unidos le declaró la guerra a Alemania (abril 6, 1917) y
Hubble, sintiéndose halado por los anzuelos del patriotismo, se enlistó en el servicio militar. Fue
enviado a ejecutar tareas poco importantes en el norte de Francia, de donde regresaría jactándose
de las valientes hazañas que había ejecutado en defensa de su país. El 3 de septiembre de 1919 se
presentó a su primer día de trabajo como astrónomo y ¿a quién encontró?: a un compatriota
también de Missouri, con acento sureño pero acompañado por la fama y el prestigio de haber
descubierto la estructura de la Vía Láctea. Harlow Shapley ya llevaba cinco años trabajando en
Monte Wilson y sus observaciones astronómicas fueron fundamentales para poder dar el paso
siguiente en la construcción de la cosmología moderna. Shapley concebía un universo compuesto
por nuestra galaxia únicamente y en el cual el Sol no ocupaba el centro del universo sino que se
encontraba en la periferia a una distancia de 55 000 años-luz del centro. Los tímidos vestigios de
centralidad que quedaban en tiempos de Copérnico, quien había sacado a la Tierra del centro,
fueron removidos cuando Shapley desplazó el sistema solar entero a una zona de reducida
importancia y alejada del centro. Los datos modernos indican que el modelo de Shapley de la
Vía Láctea gozaba de errores y de aciertos al mismo tiempo. El modelo era correcto en cuanto al
hecho de que el Sol no está en el centro de la Vía Láctea. Por otro lado, el modelo de Shapley
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sobreestimó la distancia del Sol al centro de la galaxia en un factor de dos y —lo que es más
importante— decir que la Vía Láctea es la única galaxia en el universo fue un gran error. Fue
precisamente Hubble quien estableció la presencia de galaxias fuera de la Vía Láctea, pero
¿cómo hacen los astrónomos para estudiar galaxias lejanas?, ¿cómo miden las distancias? y
¿cómo saben que las galaxias se están moviendo? Para entender las respuestas a estas
importantes preguntas es necesario saber qué es la luz, porque la luz que emiten las estrellas es la
señal más eficiente que hay para estudiarlas.
La luz es energía, pero esa energía transporta una increíble cantidad de información. La historia
de la astronomía moderna ha sido la historia de cómo los astrónomos logran extraer la
información encerrada en la luz de las estrellas. Cuando una estrella lejana emite un rayo de luz y
por medio de un sensor en la Tierra recogemos esa luz y la analizamos, los astrónomos pueden
decir si la estrella se está moviendo, qué tan rápido se está moviendo, de qué está hecha, cuál es
su temperatura y qué tan lejos se encuentra. Toda esa información se puede adquirir con
admirable grado de precisión como si se tratara de una muestra de materia para el laboratorio de
química de la universidad. El acertijo sobre qué es la luz y cuál es su naturaleza mantuvo
ocupados a grandes genios por más de 300 años: de Newton a Einstein y de Maxwell a Plank se
vivió un debate científico de alto calibre que culminó en la teoría cuántica. El resultado en
cuanto a su comportamiento es que la luz es esquizofrénica — a veces se comporta como
corpúsculo pero otras veces como onda — todo depende de las circunstancias. La luz transporta
energía y la cantidad de energía que transporta determina su comportamiento. En general la luz
de alta energía se comporta como una partícula llamada fotón y que se mueve como si fuera un
paquetito de energía localizado y cuando choca con otra partícula (por ejemplo con un electrón)
rebota como lo hacen dos bolas de billar en colisión. En contraste, la luz de baja energía se
comporta como una onda y se propaga como una onda expansiva en la superficie del agua
cuando se lanza una piedra. Nótese que en el caso de las ondas la energía no está bien localizada
en un paquetito sino más bien dispersa por todo el espacio. Un rayo de luz puede transportar
varias energías, pero si se hace pasar la luz por un trozo de vidrio cortado en forma de prisma
podemos separarla en sus diferentes componentes de energía. Lo que resulta de este experimento
es que vemos que cada uno de los diversos componentes de energía tiene un color característico.
Un rayo de luz roja, por ejemplo porta menos energía que un rayo de luz azul. Existe un cuadro
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clásico que representa a Sir Isaac Newton, el físico inglés, haciendo un experimento con la luz —
experimento muy fácil de reproducir en casa— y que consiste en hacer pasar los rayos de luz
solar por un prisma y proyectar en una pantalla la luz separada en colores como un arco iris. De
hecho el arco iris se produce cuando la luz del Sol pasa por gotas de agua que actúan como
prismas. Doscientos años después, alrededor de 1870, el físico escocés James Clerk Maxwell
explicó la luz cuando sintetizó en una elegante y compacta teoría todo el conocimiento que se
tenía separadamente sobre la electricidad y sobre los fenómenos magnéticos. Maxwell habló de
“campos” eléctricos y magnéticos. Estos serían fuerzas escondidas que invaden el espacio y que
se manifiestan como fuerzas reales al momento de colocar una carga eléctrica o magnética en ese
espacio donde se presume que existe un “campo”. Todos nosotros hemos jugado con imanes y
nos maravillamos de su peculiar comportamiento cuando los acercamos: dependiendo del
alineamiento, dos imanes se atraen o se repelen con una fuerza que podemos sentir con nuestros
músculos. Maxwell explicó este experimento con imanes así: comenzamos con un imán que está
aislado y ubicado en el centro de la sala; el imán llena el espacio de la sala con un campo
magnético de cual nadie es consiente hasta el momento en que traemos el segundo imán y lo
acercamos al primero; el segundo imán siente la presencia de la fuerza subyacente en el campo
producido por el primer imán, lo cual revela la presencia de un campo magnético en el espacio.
Igual sucede con las cargas eléctricas y sus respectivos campos. Los textos de física modernos
presentan la teoría de Maxwell en cuatro hermosas ecuaciones que deberían exponerse en los
museos del mismo modo en que se exhibe un cuadro de Vincent van Gogh; las dos obras son
expresiones superlativas de la producción humana. El poder indescriptible de las ecuaciones, en
el caso de Maxwell, se manifestó en la predicción de las ondas electromagnéticas, es decir en
oscilaciones del campo eléctrico y magnético que se propagan en el espacio y que hoy son parte
integral de la vida moderna. Encienda la radio en su estación favorita, digamos 90.5
megahercios. En una fracción de segundo brotará del parlante en la forma más natural y
cotidiana el sonido del vallenato o la voz de locutor. Sin embargo, no nos damos cuenta de que
esta maravilla de la tecnología emana de las ecuaciones de Maxwell. Ahora viene lo más
interesante: Maxwell descubrió que la luz consiste de ondas electromagnéticas — iguales a las
ondas de la estación de radio pero con una frecuencia mayor de oscilación. Cuando hablamos de
la estación de radio que transmite a 90.5 megahercios, nos referimos a la frecuencia de las
oscilaciones del campo electromagnético: un hercio es una oscilación por segundo, es decir en un
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segundo la intensidad del campo varía de su máximo valor a su mínimo valor. Un megahercio es
un millón de oscilaciones por segundo, y ya que estamos hablando de hercios vale la pena anotar
que con este nombre estamos haciendo honor a Heinrich Hertz quien, pocos años después de la
muerte de Maxwell, demostró la realidad de las ondas electromagnéticas. Así pues que las ondas
de radio y las ondas de luz tienen la misma naturaleza y lo único que las diferencia es la
frecuencia. Hagamos un ejercicio mental consistente en ordenar por su frecuencia las ondas
electromagnéticas. Supongamos que existe un artilugio que acepta ondas electromagnéticas a su
entrada y que a la salida las pone en cajoncitos — separados y ordenados según la frecuencia. Lo
que resultaría de este ejercicio es lo que los físicos llaman un espectro. A cada cajoncito para
diferenciarlo se le pondría un rótulo que — en orden de frecuencia y comenzando por las más
bajas es así: ondas de radio, microondas, infrarrojo, ondas de luz que podemos percibir con
nuestros ojos y que en orden de frecuencia van del rojo al violeta, luego sigue el cajón de las
ondas ultra violeta, los rayos X, y por último los rayos gama. Recuerden que todas esas son
ondas electromagnéticas, solo que las estamos rotulando de acuerdo a su frecuencia. El lector
atento recordará que más arriba se mencionó que la luz transporta energía y que en orden de
colores la luz roja transporta menos energía que la luz violeta al otro lado del espectro. Esta
información sumada a lo que aprendimos de Maxwell sobre cómo el color de la luz está
determinado por la frecuencia de la onda, conduce a una simple conclusión: la frecuencia de la
luz aumenta en proporción a su energía. Para ser precisos debemos aclarar que según la teoría
clásica de Maxwell la energía de una onda dependía únicamente de su amplitud — más no de la
frecuencia, en contraste la teoría cuántica de la luz establece una relación directa entre la
frecuencia de la luz y la energía que transporta.
Las teorías físicas ganan credibilidad y peso cuando demuestran consistencia con los datos
empíricos. A Maxwell le fue muy bien desde el comienzo con su magnífica teoría. En su oficina
de la Universidad de Cambridge, Maxwell, concentrado en una hoja de papel y cavilando en sus
ecuaciones, no solo se dio cuenta de que la danza de sus campos eléctricos y magnéticos
generaba ondas electromagnéticas (luz), sino que con su teoría también dedujo la velocidad de
propagación de la luz. La grata sorpresa fue que el valor de la velocidad de propagación de la luz
que la teoría de Maxwell arrojaba era idéntico al valor hallado de manera empírica. La luz —es
obvio— no se transmite de manera instantánea sino que viaja a una velocidad muy alta pero
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finita. En concreto, la luz se mueve a una velocidad de 300 000 kilómetros por segundo, lo cual
quiere decir que la información que recibimos en la luz de una estrella lejana llega con algo de
retardo porque la luz tiene que viajar a una velocidad finita a lo largo de la distancia que nos
separa de la estrella. Si el Sol desapareciera en este segundo, en la Tierra seguiríamos todas
nuestras actividades con absoluta normalidad y gozaríamos de luz solar durante ocho minutos
antes de darnos cuenta de que el Sol desapareció. Esto se debe a que la luz tarda ocho minutos en
recorrer la distancia entre la Tierra y el Sol. En otras palabras, podemos decir que el astrónomo
observa el pasado. En el caso del Sol, si le tomo una fotografía en este instante, sería una
fotografía de lo que el Sol fue hace ocho minutos porque la imagen está formada por ondas de
luz que salieron del Sol ocho minutos antes. Otra propiedad de la luz es que se propaga a una
velocidad constante. La velocidad de la luz en el vacío es siempre la misma (en otro medio como
el agua, el vidrio o el aire la velocidad de la luz es diferente que en el vacío), y ese dato ha sido
explotado por los astrónomos para expresar las distancias en términos del tiempo que tarda la luz
en recorrerlas. Alfa Centauri, la estrella más cercana a nuestro sistema solar, se encuentra a 40
billones de kilómetros (40 seguido de 12 ceros) — una distancia exorbitante ¡y eso que estamos
hablando de nuestra estrella “vecina”, la que vive ahí nada más en la esquina de la cuadra! La luz
que sale de Alfa Centauri se demora 4,3 años en llegar hasta la Tierra y por eso los astrónomos
prefieren expresar esa distancia como 4,3 años-luz.
El avance del conocimiento sobre el universo está supeditado en gran medida al desarrollo de
tecnologías que permitan hacer mediciones más precisas y de mayor sensibilidad de los cuerpos
celestes. La invención del telescopio hace 400 años —y la revolución cosmológica que suscitó—
atestiguan la veracidad y el poder de esa premisa inocua. Entre los desarrollos más recientes, la
invención del espectroscopio —un aparato que revela la composición química de las estrellas—
es el que más ha influido en la construcción del modelo científico del universo. Los poderes
adquiridos por el astrónomo con este nuevo telescopio son maravillosos, es como si usted fuera
un chef y poseyera un aparato que dirigido hacia cualquier plato de comida, arrojara de
inmediato la lista de ingredientes con sus respectivas cantidades y proporciones de cualquier
plato que quisieran investigar. Así como los chefs con este aparato pueden revelar a distancia
cuál es la composición de un plato de lentejas, los astrónomos pueden saber qué elementos
químicos se encuentran en una estrella o en una galaxia. El truco está en hacer pasar por un
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prisma la luz de la estrella recibida en el telescopio. El prisma separa la luz en diferentes colores
y revela el espectro de la luz. Cuando se proyecta el espectro de una estrella en una placa
fotográfica, vemos los colores separados en bandas — excepto que a veces aparecen, paralelas a
las bandas de colores, unas líneas oscuras características. Las líneas carentes de color se
producen porque la luz correspondiente a ese color es absorbida por átomos en la atmósfera de la
estrella. Lo más importante en todo este proceso es que el patrón de líneas absorbidas es fijo y
característico para cada elemento químico. Así las líneas oscuras en el espectro de una estrella
son como huellas dactilares que revelan la composición química de la estrella. El alemán Joseph
von Fraunhofer inventó en 1814 el fabuloso espectroscopio y con ello revolucionó la astronomía
pues dicho aparato hizo posible descifrar, no solo la composición química sino también el estado
de movimiento de las estrellas ya que el patrón de líneas se desplaza hacia un lado del espectro o
hacia el otro según la velocidad de la estrella. Este último fenómeno, de inmensa utilidad para la
astronomía, es conocido por los físicos como el “efecto Doppler” debido a Christian Andreas
Doppler, el físico austríaco que lo descubrió.
Figura 2-4. El experimento de Doppler
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Christian Andreas Doppler nació, tan solo 12 años después de la muerte del músico, en la misma
ciudad donde nació Wolfgang Amadeus Mozart. La conexión con la música es más que
coincidencia ya que, como veremos adelante, la abundancia de buenos músicos en Viena hizo
posible la prueba del efecto Doppler. No es difícil imaginar al joven Christian Doppler
celebrando su regreso a Viena en 1850, después de enseñar matemáticas durante 20 años en
varias instituciones en Praga: uno lo imagina acompañado por sus amigos en una presentación de
Johann Strauss —el del vals Danubio Azul—en la famosa sala del Casino Dommayer. La
monumental obra musical de Mozart y Haydn estaba entonces fresca en la memoria de los
austríacos y cabe imaginarse que una deliberación muy concienzuda precedió la selección de los
músicos que participaron —e inclusive las piezas musicales que se incluyeron— en el
experimento del efecto Doppler. La idea del experimento surgió del trabajo de Doppler en el que
dedujo matemáticamente que la luz que proviene de una estrella en movimiento debería cambiar
de color según la velocidad de la estrella. Desde sus estudios en la Universidad de Viena, de la
cual se graduó en 1829, Doppler se interesó por la astronomía y fue su estudio de las estrellas y
sus colores lo que lo convirtió en uno de los grandes científicos de la historia. El fenómeno
predicho por Doppler para la luz también se aplica a las ondas de sonido, como él mismo lo
señaló en su famoso artículo de 1842. De ahí la idea de hacer el experimento con músicos. En
concreto, Doppler dijo que la frecuencia percibida de una fuente de luz o de sonido en
movimiento aumenta si la fuente se mueve hacia el observador o disminuye si la fuente se aleja.
En el caso de la luz, los cambios de frecuencia se manifiestan en cambios de color; en el caso del
sonido, la frecuencia determina el tono. La descripción del experimento en los textos históricos
no es muy generosa en detalles, pero sabemos que se realizó de la siguiente manera: un grupo de
músicos interpretaba sus instrumentos bien afinados sobre la plataforma de un tren en
movimiento mientras que otros músicos de oído muy sensible escuchaban en tierra firme los
cambios de tono predichos por Doppler. Un músico bien entrenado puede detectar cambios
minúsculos de tono, por ejemplo un cambio de apenas 15 hercios en la frecuencia haría sonar el
mejor de los instrumentos musicales de manera bastante destemplada. Según Doppler, si un
trompetista va sobre la plataforma de un tren en movimiento a 40 kilómetros por hora y sopla a
todo pulmón la nota “la” (440 hercios), esta sería percibida en tierra como un “la” destemplado
(455 hercios) más cercano al “sí bemol” que al “la”. Podemos percibir sin necesidad de tantos
músicos y tantos trenes el efecto Doppler del sonido cuando escuchamos el cambio en el tono de
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la bocina de un auto que se aproxima hacia nosotros y luego se aleja: la frecuencia percibida de
la bocina aumenta cuando el auto se acerca y disminuye cuando el auto se aleja. La vida
moderna está llena de tecnologías que aplican el efecto Doppler en medicina, por ejemplo la
tecnología que se usa en las ecografías para visualizar los órganos internos o el feto en formación
se ha extendido y ahora permite medir el movimiento de los tejidos o de la sangre. Los que
revelan el movimiento son los cambios en la frecuencia de los ultrasonidos que se usan en la
ecografía.
En astronomía la posibilidad de medir las velocidades de los objetos astronómicos ha
representado una fuente prodigiosa de información sobre el universo. Es como si viviéramos en
un cuarto oscuro atiborrado de chécheres y mientras estamos ahí hiciéramos un esfuerzo
permanente por entender qué son todos los objetos extraños que nos rodean. Un día, de repente,
alguien enciende una potente lámpara y todo queda expuesto ante nuestros ojos con una nitidez
singular. En noviembre de 1995 Michel Mayor y Didier Queloz, dos astrónomos del
Observatorio de Ginebra, en Suiza, hicieron un anuncio que mandó a la comunidad de
astrónomos un cimbronazo comparable con el descubrimiento del planeta Neptuno: mediante el
efecto Doppler, Mayor y Queloz detectaron por primera vez la presencia de un planeta externo a
nuestro sistema solar. Este maravilloso descubrimiento fue posible gracias a la tecnología que
ellos mismos desarrollaron para medir velocidades minúsculas de las estrellas — unos 50
kilómetros por hora. Entendamos que no estamos hablando de medir la velocidad de un
trompetista que va en un tren, ¡estamos midiendo cambios pequeños en la velocidad de una
estrella que está a una distancia de 50 años-luz de nosotros! La idea es la siguiente: el planeta da
vueltas alrededor de la estrella Pegaso 51, así denominada por su localización en la constelación
de Pegaso (el caballo con alas); por su cercanía a la estrella Pegaso 51 y por su gran masa, el
planeta hace que la estrella se mueva un poco. Los astrónomos hoy en día entienden bien los
detalles del movimiento de un sistema compuesto por una estrella y un planeta que da vueltas a
su alrededor y lo describen diciendo que tanto el planeta como la estrella giran en torno a un
centro común que, visto desde la Tierra, aparece como si Pegaso 51 se alejara y se acercara de
manera cíclica. En resumen, la presencia de un planeta que orbita la estrella Pegaso 51 fue
inferida por el movimiento oscilatorio detectado en la estrella. Y todo esto gracias a Doppler.
Otra aplicación del efecto Doppler a la astronomía, con la cual se erigió uno de los pilares de la
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cosmología moderna, fue que permitió observar la expansión del universo. Las mediciones que
hizo Vesto Slipher de las velocidades de las galaxias se basaron precisamente en el estudio del
corrimiento de las líneas en los espectros. Slipher observó que las galaxias lejanas están en
movimiento y que no se trata de un movimiento cualquiera: la mayoría de las galaxias
observadas por Slipher se estaban alejando de nosotros. Así como el trompetista en el tren, la luz
de una galaxia lejana que se mueve hacia nosotros exhibiría un corrimiento de las líneas de su
espectro hacia el lado del espectro donde está el color azul. Al contrario, si la galaxia se aleja de
nosotros, las líneas de su espectro se desplazarían hacia el lado rojo del espectro. En inglés existe
un término muy compacto para designar esta observación —redshift— que traducido sería
“corrimiento hacia el rojo” o “desplazamiento rojo” y que describe el corrimiento del patrón de
líneas del espectro hacia frecuencias más bajas (es decir hacia el extremo del espectro donde
aparece el color rojo). En adelante nos referiremos a ese fenómeno como “desplazamiento rojo”.
Quizá pueda parecer que hemos gastado mucha tinta en el desplazamiento rojo, pero por la
importancia que tiene el concepto en cosmología es imposible entender los fundamentos de los
modelos cosmológicos científicos sin una apreciación precisa del fenómeno. Es más, uno de los
puntos de discusión más activos en el epicentro del debate cosmológico del Siglo XX fue
justamente interpretar el desplazamiento rojo como producto de la expansión del universo.
Algunos astrónomos han rechazado vigorosamente la interpretación del desplazamiento rojo que
afirma que este se debe al movimiento de recesión de las galaxias. El tema es tan importante que
más adelante ocuparemos una buena parte de estos diálogos cosmológicos en ahondar en su
significado. Y, para rematar, en el marco teórico de la relatividad general de Einstein las
observaciones de desplazamiento rojo reciben un tratamiento completamente diferente. En dicha
teoría el desplazamiento rojo se puede explicar, sin necesidad de apelar al efecto Doppler, como
un efecto de la expansión del espacio. Sin embargo, la interpretación del desplazamiento rojo
como manifestación del efecto Doppler no es incorrecta y tiene la ventaja de que muestra de
manera más fiel lo que pasaba por las mente de Hubble, Slipher, Shapley y por la de otros
astrónomos de la época. Todo ello nos conduce de nuevo a Hubble, a quien dejamos en el
laboratorio, empacando su material y planeando movidas con su colega Humason.
Impulsado por el conocido afán de evadir un posible encuentro con Shapley en el laboratorio, y
aprovechando que su chofer había llegado más temprano de lo esperado, Hubble agarró su
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maleta, se subió al auto y partió con rapidez. En pocos minutos el auto descendía la cuesta y
luego estacionaba frente a su casa de la calle Woodstock, en un exclusivo barrio de Pasadena.
Allí Grace, su esposa, lo esperaba con ansiedad.
Grace estaba acostumbrada a que la rutina de trabajo de Hubble lo mantuviera alejado de casa
por períodos de una semana y, sin embargo, esas ausencias se le hacían interminables. Para
compensar, Hubble la incluía en todos sus viajes — más bien frecuentes y siempre rodeados del
glamour que correspondía a la clase social a la cual aspiraba a pertenecer este hijo de la clase
media de un pequeño pueblo de Missouri. Los viajes de la pareja, de hasta tres meses, incluían
visitas a sus refinados amigos en Oxford y en Paris y eran una fuente constante de roces con los
administradores del observatorio que pagaban su salario. En Pasadena Hubble vivia en la burbuja
de los privilegiados dentro de la cual no había espacio para su familia que ya de tiempo atrás
había abandonado. Esa tarde Grace percibió a su marido un poco extraño — entre eufórico y
preocupado, pero cuando quiso saber las razones, Hubble se limitó a responderle que le contaría
todo durante la cena y que en ese momento necesitaba un baño caliente y algo de reposo. A
Grace le pareció por un instante que al estoico científico, habitualmente más seco que un
chamizo de pesebre, se le aguaban los ojos. Tal como había anunciado, se dio un baño caliente,
reposó y después la pareja se sentó a cenar. No sabremos nunca a ciencia cierta qué pudo pasarle
a Hubble por la cabeza el día que se dio cuenta de la magnitud de su monumental
descubrimiento, pero la documentación de su trabajo —que él mismo dejó—, sumada a las notas
de sus biógrafos, arroja material suficiente para hacer una reconstrucción hipotética del discurrir
de la conversación entre Hubble y Grace durante la cena del 17 de octubre de 1928. Grace no era
ajena a la jerga que salpicaba todas las conversaciones de su esposo con sus colegas. Además,
desde antes de conocerlo ya tenía familiaridad con los temas de los astrónomos porque solía ir de
paseo con un grupo de amigos entre los cuales se contaban William H. Wright, su ex cuñado,
respetado astrónomo del observatorio Lick. De hecho, Grace había conocido a Hubble en una de
esas excursiones cuando Wright los llevó a Monte Wilson y los presentó. En ese entonces Grace
estaba casada con un geólogo de Stanford. Empero, debido a que en una de sus campañas de
trabajo, estando en una mina de carbón, el geólogo cayó en un hueco profundo del cual no salió
con vida, la intersección entre las vidas de Grace y Hubble marcó el comienzo de una relación
que duraría el resto de sus días. Procederemos entonces con la conversación entre Grace y
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Hubble, no sin antes advertir que para facilitar el seguimiento se ha sacrificado la pureza
histórica del diálogo y se ha puesto en boca de Hubble la palabra “galaxia”, vocablo que él no
habría elegido. Hubble era un fenomenólogo comprometido con darle valor científico solo a lo
que se puede observar de manera directa y por tanto se refería a las galaxias con el nombre de
“nebulosas extra galácticas”.
GRACE: ¿Qué te pasa, Edwin? Te noto extraño… dijéramos como conmovido.
EDWIN: ¿Recuerdas el proyecto que emprendimos, hace más o menos un año, con Milt (así
llamaban a Milton Humason) de medir las velocidades de las galaxias más lejanas?
GRACE: Pues sí… y, ¿qué pasa?
EDWIN: Pasa que hoy hemos tocado el borde del universo.
GRACE: Explícame porque estoy un poco perdida.
EDWIN: Esta semana logramos medir el desplazamiento rojo de la galaxia más lejana que el ser
humano haya visto. Nos dio un valor de 0.0033, el cual, convertido en velocidad, sería
equivalente a 1 000 kilómetros por segundo. ¡Imagínate lo que significa haber observado la luz
de una galaxia que está a siete millones de años-luz de distancia! El tenue rayito de luz que
aterrizó en nuestra placa fotográfica comenzó a viajar hacia nosotros hace siete millones de años.
Lo increíble de todo esto es que cuando combinamos todos mis datos de distancias y de
desplazamientos rojos aparece una relación directa. Mientras más alejada una galaxia, mayor
será su desplazamiento rojo y un aumento de distancia resulta en un aumento en igual proporción
en el desplazamiento rojo. En otras palabras, he descubierto una ley fundamental de la naturaleza
que por primera vez posibilita el estudio científico del universo en su totalidad.
GRACE: Bueno, pero eso tú ya lo esperabas, ¿verdad? Llevas dos años haciendo mediciones de
distancias y desplazamientos rojos y ya habías detectado la tendencia de los desplazamientos
rojos a aumentar con la distancia.
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EDWIN: Sí, eso es correcto. Sin embargo, la mayoría de las mediciones incluían galaxias no
muy lejanas que participan de movimientos locales con lo cual se opaca el efecto del crecimiento
del desplazamiento rojo con la distancia. Lo que hemos logrado últimamente es extender esas
mediciones a escalas muchísimo mayores y que abarcan galaxias en la profundidad del espacio.
Los resultados de estas observaciones indican que la tendencia de los desplazamientos rojos es
confirmada.
GRACE: Te felicito, debes estar muy contento, pero ¿por qué te vi preocupado cuando llegaste a
la casa?
EDWIN: El engorroso dilema, Grace, es cuándo y cómo publicar los resultados de esta
investigación. Por un lado, sé que tengo que publicar lo más pronto posible porque si no, corro el
riesgo de que otros astrónomos que se ocupan de mediciones similares encuentren los mismos
resultados y seguramente los publicarán sin demora alguna. No puedo permitir que me roben la
gloria del descubrimiento. Este tema de investigación me pertenece y no voy a tolerar que un
idiota como Shapley usurpe el fruto de mis esfuerzos. Por otro lado, si me apresuro a publicar
resultados que conllevan profundas implicaciones sin estar absolutamente seguro de su
integridad y validez me arriesgo a tener que retractar la publicación si surgen problemas con los
datos. Para mí es claro que no estoy dispuesto a correr el riesgo: esa posibilidad marcaría el fin
de mi carrera. No siento que sea apropiado proceder con la publicación hasta que no haya
repetido las mediciones de esta semana y hasta que no haya confirmado los desplazamientos
rojos obtenidos.
GRACE: Edwin, ¡tienes que publicar ya! Que no te vaya a pasar lo que le pasó a Darwin quien,
por esperar a recopilar más y más datos que dieran soporte a su teoría de la selección natural,
dejó que Alfred Russel Wallace se le adelantara. Lo que tienes que hacer es escribir el artículo y
enviarlo cuanto antes a los editores para que el proceso comience y quede constancia de tus
resultados. En la carta les indicas a los editores que tú deseas que se atrase la publicación hasta
cuando tengas la oportunidad de confirmar las mediciones. Sin embargo, vas a tener que pensar
muy bien cómo presentar los resultados. Tú sabes que el tema de la cosmología es delicado
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porque se presta no solo para especulaciones que rebasan los límites de la ciencia sino también
porque provoca exaltaciones en el ánimo de los ideólogos.
EDWIN: ¡Excelente idea, Grace! Dejaré el manuscrito preparado antes de nuestro viaje. Ahora,
con respecto a la presentación del tema, no te preocupes. Yo soy astrónomo, no filósofo, y el
artículo se limitará a presentar de manera escueta las observaciones. No voy a entrar a
contaminar mis preciosas observaciones con las interpretaciones dudosas que los teóricos
debatirán durante todo el tiempo de existencia que le quede al planeta. Mi artículo siempre será
válido porque contiene el resultado de observaciones que cualquier astrónomo puede reproducir.
Si le mezclo al artículo interpretaciones teóricas, con seguridad encontrará su caducidad en los
pocos días que le tomaría a un teórico derrumbarlas. Además, ¿qué interpretación le puedo dar?
Yo no estoy observando velocidades de recesión directamente. Mis mediciones son de
desplazamientos rojos, eso es todo. ¿Qué tal que el desplazamiento rojo no sea producido por
velocidad sino por otros efectos que aún no entendemos?
GRACE: ¡Tú sabes muy bien que tus resultados implican que el universo está en expansión!
EDWIN: No estoy seguro. Si el desplazamiento rojo de las galaxias se interpreta como la
manifestación del movimiento de recesión de las galaxias, entonces sí podríamos hablar de la
expansión del universo. Las galaxias más lejanas estarían moviéndose a velocidades
extremadamente altas. ¡Imagínate una galaxia a una distancia de siete millones de años-luz que
se aleja de nosotros a una velocidad de 1 000 kilómetros por segundo! Nuestras observaciones
también indican que todas las galaxias, sin importar en qué parte de la esfera celeste estén
ubicadas, participan de este movimiento. Todas las galaxias se alejan de nosotros obedeciendo
rigurosamente a la ley que yo descubrí: mientras más alejadas, mayor su velocidad de recesión.
Surge un modelo del universo en expansión en el que todas las galaxias se alejan de nosotros.
¿Qué pasa si jugamos con ese modelo y nos preguntamos cómo era el universo en el pasado? La
conclusión ineludible es que hubo un tiempo en el pasado en el que todas las galaxias compartían
el mismo punto en el espacio y que por tanto hubo una especie de tiempo cero en el que todo se
originó. El problema es que la rapidez de expansión del universo que yo medí es demasiado
elevada e implicaría una edad del universo que es inconsistente con los estimados de la edad de
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la Tierra. Retrocediendo la expansión en el tiempo llegaríamos al punto cero en 2 000 millones
de años, lo cual es imposible porque sabemos que la Tierra es más vieja. Los geólogos ya han
podido determinar, con base en mediciones de la radiactividad remanente en ciertos minerales
que la Tierra se formó hace más de 3 000 millones de años ¿Ves por qué no es conveniente
entrar en interpretaciones?
GRACE: Sí, entiendo, pero Edwin ¡este es el descubrimiento del siglo! Si tú sales diciendo que
observaste unos inocentes desplazamientos rojos nadie se va a enterar, o si se enteran no les va a
importar que algo se haya corrido hacia el rojo por allá en una galaxia lejana. La gente no va a
entender ni qué se corrió ni cuál rojo. ¡Lo que tú acabas de descubrir es comparable a las
observaciones de Galileo que nos abrieron las puertas al universo por primera vez y partieron la
historia en dos! Edwin, tú descubriste que el universo está en expansión, mostraste que el
universo en su totalidad se puede estudiar científicamente, mediste la velocidad de expansión del
universo, mostraste que nuestra galaxia es apenas un puntito más entre miles de millones de
galaxias en el espacio. ¿No te das cuenta de que la humanidad nunca será la misma después de
haber descubierto su verdadero lugar en el cosmos? ¡Y fuiste tú quien abrió esa ventana al
universo!
EDWIN: Calma, calma. Se nota que has estado leyendo el periódico de Pasadena y veo que toda
la histeria colectiva en torno a la visita de Einstein te está afectando. Grace, la cosmología es
pura especulación filosófica, ficción matemática, y yo no quiero tener nada que ver con eso. Los
pocos que hablan de cosmología son unos matemáticos seguidores de Einstein que andan
completamente desconectados de la realidad y ninguno de ellos podría localizar las pléyades en
el cielo. Yo no entiendo la teoría de la relatividad de Einstein y ningún astrónomo que conozco la
entiende. Yo no me voy a poner a hablar de asuntos que no conozco. Lo único que recuerdo fue
algo que Willem de Sitter mencionó cuando lo visitamos en Leiden. ¿Te acuerdas del astrónomo
“chivito”, el del viaje que hicimos a Holanda el año pasado? Es el que era delgado como una
manguera y tenía una chivera bien puesta. Recuerdo que él nos habló de una teoría del universo
que desarrolló a partir de las ecuaciones de Einstein y como parte de la cual predijo la presencia
de desplazamientos rojos. No entendí sus cálculos tediosos y nunca les hice seguimiento a esas
especulaciones. Me bastó que dijera que sus ecuaciones suponían que el universo no tenía masa
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para no prestarle atención a esa locura. Mira Grace, mi idea sobre cómo ganamos conocimiento
sobre el universo es muy sencilla: pásame esa servilleta y te dibujo el concepto…
(En ese momento entró Alexander, el mesero y encargado de la limpieza de la casa, a recoger
los platos sobre la mesa lo cual desafortunadamente desvió la atención de la conversación hacia
otro tema dejándonos en la duda sobre las ideas epistemológicas de Hubble. Lo único que quedó
de la incipiente elucubración fue una servilleta con un trazo difícil de interpretar y que
reproducimos aquí para beneficio del lector curioso que quiera especular sobre su significado)
Figura 2-5. Conocimiento del universo
GRACE: Cuando piensas en tu falta de conocimientos teóricos, ¿no te arrepientes de haber
gastado tu beca Rhodes en Oxford estudiando jurisprudencia en vez de astronomía o física?
EDWIN: Ese es un capítulo de mi vida que preferiría dejar en el pasado. Desde que terminé la
secundaria yo sabía que quería ser astrónomo. La única razón por la cual me metí a estudiar para
ser abogado fue por la presión de mi padre pues él me habría considerado un fracaso si hubiera
estudiado una carrera —según él— tan esotérica e inútil como la astronomía. “¿Para qué te va a
servir la astronomía en la vida? —me decía— tienes que pensar en una ocupación que te dé los
medios económicos para casarte y sostener una familia”. A mi regreso a los Estados Unidos ya
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mi padre había muerto; ejercí como abogado durante un año. Con eso me pareció que ya había
cumplido el compromiso con mi padre y sentí que ya quedaba libre de las cadenas que me
ataban. Fue entonces cuando decidí hacer el doctorado en astronomía en la Universidad de
Chicago. El resto tú lo sabes bien. ¿Me arrepiento de no haber comenzado mis estudios de
astronomía en Europa? No. Como te dije, los pocos que entendían la teoría de la relatividad de
Einstein se ocupaban de ejercicios matemáticos abstractos y de poca importancia para la
astronomía.
GRACE: Edwin, te ves cansado, en dos días nos vamos de viaje y tienes que preparar el
manuscrito de tu artículo antes de irnos. Es hora de irte a la cama.
Los extraordinarios eventos de la semana, las implicaciones de su descubrimiento y la
conversación con Grace le daban vueltas en la cabeza como un remolino desenfrenado que le
impidió entrar en el sueño con la rapidez acostumbrada. Mientras que su mente racional
intentaba navegar por los vericuetos de un sueño improbable, Hubble alcanzó a dimensionar la
magnitud de su descubrimiento y por unos minutos se sintió como si hubiera abierto una puerta
prohibida. Se sintió solo y sintió que mientras flotaba en el espacio su cama estaba enterrada en
un planeta irrisorio y errante que giraba alrededor de una estrella y que la estrella a su vez
danzaba como un puntito inerme junto con otros 100 000 millones de estrellas en los brazos de
una galaxia. Y esa galaxia se perdía como una mota innecesaria en un mar de galaxias que
participaban todas ellas de un movimiento expansivo hacia un absurdo vacío.
El lunes 28 de septiembre de 1953, Grace y Hubble regresaban a casa a eso del mediodía, cuando
una trombosis cerebral fulminante interrumpió la vida de Hubble. Si existiera un epitafio para la
tumba de este astrónomo extraordinario, este diría: “Edwin Powell Hubble, navegante del
universo, quien, gracias al tesón con el que escudriñó la profundidad del espacio, nos sacó de la
ignorancia cósmica. Por él, la humanidad nunca será la misma”. Empero, semejante epitafio solo
existe de manera no hablada en la memoria de quienes hemos estudiado su legado. No se sabe
qué pasó con sus restos mortales pero es fácil y romántico imaginar a Grace, agobiada por el
peso de una penetrante soledad, escalando hacia el pico más alto de las montañas de San Gabriel
y después dispersando serenamente en la cumbre el fino polvo gris que la agencia crematoria le
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entregara horas antes y dejando que el viento se llevara las cenizas, con lentitud y a su amaño,
para devolver así ese polvo de estrellas al lugar al que pertenecía.
Hubble dejó muchos interrogantes. A los seres humanos en general nos dejó el interrogante más
fundamental: ¿de dónde viene todo esto que observamos? A sus hermanos de sangre les dejó otro
tipo de interrogante: ¿por qué abandonó a su familia y por qué no les brindó apoyo en momentos
de necesidad? Su matrimonio con la hija de un banquero bien posicionado y su meteórico
ascenso a las altas esferas de la ciencia y la fama propulsaron a Hubble a una cumbre desde la
cual las necesidades de su madre, sus tres hermanas y sus dos hermanos no se alcanzaban a
divisar. Estaba bastante más interesado en visitar las haciendas de sus conocidos millonarios que
en hacer visitas a la casa de su familia en Madison. Mientras que Bill, su hermano menor, se
encargaba de cuidar a su madre y a sus hermanas en la humilde casa de Madison, la casa de
Pasadena del matrimonio Hubble era frecuentada por personajes de renombre en el mundo de las
artes y la academia: Igor Stravinsky, Bertrand Russell, Charley Chaplin, Aldous Huxley y Albert
Einstein encabezan la lista de ilustres personajes que venían a visitarlo. Sus amigos eran una élite
muy refinada —por lo general de inclinaciones conservadoras— y con ellos compartía su
antipatía por el presidente Roosevelt y por su política —según Hubble— socialista. En sus
famosas tertulias se podía encontrar a estos notables, sentados en mullidas poltronas de cuero, un
fino vaso de scotch en la mano, criticando, por ejemplo, las novelas de John Steinbeck y
tachándolas de propaganda comunista. Podemos especular que el alejamiento de su familia fue
una manifestación del resentimiento que guardaba contra su padre por la manera como lo
presionó para que estudiara algo que él no quería. O quizá el afán de huir de su pasado se debió a
que no quería confrontar la imagen edulcorada que él mismo había vendido sobre esa época de
su vida. De sus biografías aprendemos que, contrario a lo que él mismo decía, Hubble nunca
ejerció la abogacía y que su campaña militar, lejos de haber sido una lucha heroica en los campos
de batalla, fue apenas un ejercicio de poca monta. La historia de Hubble deja claro que el Galileo
de nuestra época fue un ser humano presa de temores, acompañado de imperfecciones, celoso, y
no exento, como todos, de los habituales deseos pasajeros y las necesidades triviales.
¿Fue Hubble realmente el genio que pintan, el Galileo moderno, un Cristóbal Colón del
universo? De acuerdo con Shapley y otros cuantos enemigos fruto de su arrogancia, la respuesta
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es que no se necesitaba a un genio para completar el trabajo que él hizo. Ya existían las
mediciones de desplazamiento rojo realizadas por Slipher y las distancias de Shapley, cualquier
astrónomo que tuviera acceso al telescopio más potente en ese momento histórico hubiera
llegado al resultado al que llegó Hubble. En otras palabras mientras que Galileo era
irremplazable Hubble no lo era. Una ironía histórica de proporsiones míticas es que Shapley, el
enemigo número uno de Hubble, fue quien preparó el terreno para facilitar el trabajo de Hubble y
de haber permanecido en Monte Wilson muy probablemente ¡hubiera hecho el descubrimiento
del siglo años antes que su victorioso enemigo!
Dos años después del monumental artículo de 1929 en el que el hombre de leyes le entregaba al
mundo la ley del universo, Hubble publicó otro artículo donde extendió las mediciones a
velocidades de 20 000 kilómetros por segundo. La medición de la velocidad de la expansión del
universo derivada de las distancias y las velocidades ha ocupado a incontables astrónomos desde
los años de Hubble hasta nuestros días. Este parámetro fundamental del universo, que
apropiadamente se llama la constante de Hubble, ha sido medido 538 veces en el período de 80
años que comenzó con Hubble. El valor hallado por Hubble (para la constante de Hubble) de 153
kilómetros por segundo por cada millón de años-luz de distancia fue sobreestimado por un factor
de siete relativo al valor moderno. Este error se debe a que el método de estimación de distancias
usado por Hubble suponía que todas las estrellas de referencia que él usó poseían el mismo
brillo, lo cual no es correcto. Por tanto, las profundidades que alcanzó con las mediciones
incluidas en su artículo de 1929 en realidad eran de 45 millones de años-luz en vez de ocho
millones de años-luz. De manera semejante, las distancias alcanzadas en las mediciones incluidas
en su artículo de 1931 eran de 906 millones de años-luz (el límite de profundidad al que se podía
llegar con el telescopio de Monte Wilson).
En los 63 años que Hubble nos acompañó en este planeta la imagen del universo cambió de
modo radical. Al comienzo de su carrera de astrónomo, cuando ingresó al equipo de
investigadores de Monte Wilson en 1919, el modelo del universo consistía de la galaxia (nuestra
galaxia), poblada por tres tipos de objetos astronómicos: los planetas, las estrellas y las
nebulosas. Las nebulosas eran manchitas de luz que, a diferencia de las estrellas, el telescopio
mostraba como nubes difusas de forma no bien definida pero brillantes y casi puntuales. Si las
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nebulosas formaban parte de nuestra galaxia o si eran sistemas estelares que residían fuera de
nuestra galaxia era motivo de intensos debates. Al final de su vida y gracias en gran parte a su
trabajo, el universo que nos entregó Hubble era un universo inmensamente grande y lleno de
galaxias, una de las cuales —la Vía Láctea— poseía un pequeño sistema planetario en el cual, en
uno de sus planetas, surgió la vida. La visión que tenemos hoy del universo es en esencia la que
recibimos de Hubble aunque esta ha sido enriquecida de manera sustancial en detalles y
complejidad. Las nebulosas resultaron ser de dos tipos. Unas son galaxias enteras, como la
nuestra, que se mueven a grandes velocidades fuera de la Vía Láctea. Otras, las nebulosas
planetarias, son verdaderas nubes de gas que han sido expelidas en el espasmo final de cierto tipo
de estrellas —en nuestra galaxia— cuando agotan su combustible nuclear. Nuestra galaxia tiene
100 000 millones de estrellas y se estima que en el universo observable hay 125 000 millones de
galaxias comparables a la nuestra. Además de galaxias, estrellas y nebulosas se han descubierto
otro tipo de objetos astronómicos exóticos como los agujeros negros y los cuásares. Las
observaciones que dieron pie a la ley de Hubble se han extendido, gracias a las mediciones
realizadas por el telescopio espacial que lleva su nombre, hasta profundidades de 1 300 millones
de años-luz y velocidades de 30 000 kilómetros por segundo. Asimismo, se ha logrado
determinar que la velocidad de recesión de las galaxias aumenta en 22 kilómetros por segundo
cada vez que aumentamos la profundidad de observación por un millón de años-luz. Vale la pena
contrastar este vasto sistema de galaxias con el inocente universo que recibimos primero de los
griegos y luego de Copérnico. Concluimos que la más grande lección que nos dejó Hubble quizá
fue una lección de humildad. Cuando la humanidad empezó a registrar sus cavilaciones
cosmológicas, la Tierra ocupaba el centro del universo, donde la ubicaron los filósofos griegos.
Más adelante Copérnico nos desplazó del centro y le reservó ese lugar privilegiado al Sol y ya no
a la Tierra. En 1918, Harlow Shapley castigó todavía más severamente nuestra ambición de estar
en el centro y desplazó nuestro sistema solar hacia una vecindad anónima situada a 55 000 añosluz (28 000 años-luz según las revisiones modernas) del centro de una galaxia que, según
Shapley, era la única en el universo. Luego entró en escena Hubble quien conceptuó que nuestra
galaxia era apenas una más dentro de un mar de galaxias, todas ellas en movimiento, e hizo del
“centro del universo” un concepto carente de importancia. Por si todo lo anterior fuera poco,
consideremos los movimientos a los cuales estamos sujetos. Un trozo de tierra cercano al
ecuador terrestre se mueve en torno al eje de rotación de la Tierra (el eje que pasa por los polos)
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a una velocidad de 1 670 kilómetros por hora; a su vez la Tierra gira a 30 kilómetros por segundo
en torno al Sol en una órbita elíptica; el Sol se mueve en torno al centro de la Vía Láctea a una
velocidad de 250 kilómetros por segundo; nuestra galaxia forma parte de una agrupación de unas
20 galaxias, que se llama el grupo local, y que se mueve a 40 kilómetros por segundo hacia el
centro del grupo local; y este a su vez se mueve a una velocidad de 600 kilómetros por segundo
en la dirección de un súper cúmulo de galaxias que se encuentra en la vecindad del grupo local.
A gran escala el universo tiene una estructura caracterizada por una distribución uniforme de
agrupaciones de cúmulos de galaxias. Un modelo en tres dimensiones de estas estructuras se
parecería a una esponja de esas para lavar platos que tienen huecos, filamentos y nudos pero que
vista desde lejos parece un bloque uniforme en el que todas las regiones en promedio son
iguales. La esponja, además, está en expansión.
El ser humano siempre ha manifestado una tendencia instintiva a hacer del universo una cuestión
antropomórfica. Las constelaciones se prestaban para proyectar en el cielo animales y personajes
de la vida mítica que eran elementos integrales de la vida diaria. Los avances del conocimiento
sobre el universo y su origen han llevado al ser humano a cuestionar su lugar en el universo. La
sentencia de evicción proferida por Copérnico y agravada por Shapley y Hubble y con la cual
nos desalojaron del “centro” del universo es una interpretación pesimista que se basa en una
visión del mundo diseñada según parámetros humanos: ¡Como si el “centro” del universo,
independiente de nuestra perspectiva egocéntrica, gozara de privilegio alguno! En contraste con
ese peculiar sentido de que perdimos un lugar céntrico —y por lo tanto de algún modo
privilegiado— existe una interpretación positiva que resalta el carácter liberador de esa lección
de humildad. Antes de Galileo el universo era un lugar frio y ajeno donde los astros reinaban,
protegidos por el aura de lo perfecto. La esencia del mundo sublunar, reservado a lo corruptible,
era muy diferente a la del orbe estelar. Mientras que el orden de la naturaleza obligaba a la tierra,
el barro y la carne a caer al piso hacia el centro del planeta, el fuego se movía hacia el cielo
halado por la tendencia a buscar el lugar que le correspondía. De acuerdo con esta noción —que
sintetizó Aristóteles— el centro del universo donde se encontraba nuestro planeta no
representaba ningún privilegio. Al contrario, era el lugar no deseable. Galileo demostró que —al
igual que los otros planetas— el nuestro es un objeto astronómico, nos elevó al nivel de los otros
cuerpos celestes y amplió nuestro horizonte haciéndonos ciudadanos de un universo mucho más
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amplio que el mezquino trozo de barro donde Aristóteles nos quería poner. Hubble dio un salto
más ambicioso y mostró que el universo —mucho más democrático de lo que pensábamos— está
compuesto por una inimaginable cantidad de puntitos, cada uno de los cuales está conformado
por millones de estrellas, pero sin que ninguno de ellos sea más importante que otro.
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Capítulo 3
EL BIG BANG
Figura 3-1. Epocas del big bang
¿Cómo y cuándo se originó el universo? Los científicos que estudian el origen del universo
han llegado —con base en observaciones astronómicas y en sólidos conceptos teóricos— a un
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consenso sobre esta pregunta fundamental. La teoría científica sobre el universo estudiado como
un todo, incorrectamente llamada teoría de la “gran explosión” o big bang en inglés, no tiene
nada que ver con una explosión. Se trata simplemente de un modelo del universo en el cual se
propone que el espacio está en expansión y que el universo tuvo un pasado muy denso y con
altísimas temperaturas, lo que permitió que se fusionaran los átomos a partir de los cuales se
formaron las estrellas y galaxias que adornan el firmamento.
La teoría del big bang fue
impulsada por una docena de personajes, todos los cuales aportaron importantes elementos.
Ahora bien, si hay alguien que pudiéramos llamar “el padre del big-bang” es el físico nuclear
ruso George Gamow (1904 - 1968), o “Geo” para sus amigos. Fue él quien creó la verdadera
cosmología física pues unió la idea de la expansión del universo con la física nuclear y así dotó
la teoría de los pies que le permitieron echar a andar. Comenzamos la historia de Geo con el
relato de la irresponsable aventura que emprendió en el verano de 1932, cuando intenta escapar
del régimen soviético cruzando el Mar Negro a punta de remo en un frágil kayak 4.
Geo no era el tipo de persona que se dejaría doblegar por las limitaciones que imponía el
sistema soviético ni por su filosofía oficial (el materialismo dialéctico) que censuraba las teorías
científicas que no se alineaban con esa ideología. Ya en varias ocasiones se había metido en
problemas con el sistema por desafiar y hasta burlarse de las absurdas exigencias de ese
dogmatismo ideológico que rechazaba las nuevas teorías de la relatividad de Einstein y la física
cuántica — que estudia lo que ocurre en el mundo de los átomos. Durante una conferencia que
dictaba al público sobre los avances de las teorías atómicas, Gamow tuvo la osadía de mencionar
el principio de incertidumbre de Heisenberg, cuyo postulado central es que en el mundo de los
átomos no se puede predecir el futuro con absoluta certeza. Como ese concepto había sido
declarado anti materialista, uno de los guardias de la ideología que estaba plantado entre el
público interrumpió la charla, mandó a la gente para la casa y acusó a Gamow de sembrar ideas
peligrosas y desviadas de la ideología marxista. A los pocos días del desafortunado encuentro
con la verdad oficial, Gamow recibió una carta de la universidad que lo empleaba en la que le
daban instrucciones estrictas de abstenerse de hablar de esos temas. En otra ocasión recibió
serias amenazas cuando —en compañía de su amigo Lev Landau, uno de los gigantes de la física
rusa— se burló de la posición oficial del materialismo dialéctico, que se empeñaba en ratificar la
existencia del “éter luminífero”, una sustancia improbable y más cercana a la magia que a la
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ciencia. Esta sustancia de hadas no es el químico que se utiliza como disolvente orgánico; es un
elemento de propiedades antagónicas que se invocó a finales del Siglo XIX como el medio para
explicar la transmisión de las ondas de luz. Para los teóricos el vacío era inconcebible, a tal punto
que prefirieron llenar el espacio de una sustancia mágica antes que aceptar el vacío. El éter
luminífero es un ejemplo embarazoso de lo que ocurre cuando a los físicos teóricos se les deja
solos sin el riguroso chequeo de los laboratorios. Esta es una sustancia de atributos
contradictorios pues por un lado tiene que llenar todos los intersticios y ser densa como un metal
para poder transmitir la “vibraciones” de la luz, pero por el otro es tan sutil como el aire para
permitir que los planetas pasen como plumas al vuelo en una atmósfera ligera. No era necesario
esperar al experimento de los estadounidenses Albert A. Michelson y Edward W. Morley, que en
1887 mostraron que el éter era una quimera, para darse cuenta de que esa sustancia era una
imposibilidad. Bastaba apenas con reconocer la contradicción inscrita en el concepto mismo. A
pesar de su imposibilidad física, la noción mecánica del éter como medio por donde se propagan
las ondas electromagnéticas fue acogida por Frederick Engels — hecho suficiente para que el
concepto quedara firmemente empotrado en los altares de la ideología comunista. Quien se
atreviera a retar su validez, o a cuestionar la existencia del éter, se convertía automáticamente en
enemigo del sistema. Por haberse burlado del éter y para impedir que sus alumnos se infectaran
con ideas envenenadas, a Landau se le retiró su cátedra.
El evento que acabó con la ínfima tolerancia de Gamow por el sistema fue que se le negara
el permiso de salida para asistir al Simposio de Física Nuclear en Roma, en octubre de 1931, al
cual había sido invitado por Guillermo Marconi, el famoso físico y premio Nóbel de 1909 e
inventor de la telegrafía inalámbrica. Cuando el gobierno soviético se negó a expedirle los
documentos que necesitaba para salir del país, Gamow y su nueva esposa de pocos meses,
Lyubov Vokhminzeva —apodada Rho— decidieron escapar. A partir de un análisis tan veloz
como superficial del mapa de la Unión Soviética y de sus fronteras, Gamow y Rho trazaron un
plan que contemplaba cruzar el Mar Negro en una línea recta de 273 kilómetros entre el punto
más meridional de la península de Crimea con la costa norte de Turquía. El pueril plan quedaba
supuestamente completado con un bote inflable, huevos duros, brandy, barras de chocolate y una
brújula. Para dar inicio a la fuga, Geo organizó una visita al observatorio de Simeis, 16
kilómetros al suroeste de Yalta, lugar famoso por la Conferencia de Yalta de 1945, en la que
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Stalin, Churchill y Roosevelt decidieron bajarle la temperatura a la guerra dando inicio así a la
guerra fría.
El día designado para la partida, Rho y Geo se desplazaron a las playas de Alupka, 12
kilómetros al suroeste de Yalta. Muy temprano en la mañana comenzaron la rutina que ya habían
practicado días antes y que consistía en remar, una persona a la vez, en turnos de 30 minutos
cada uno. Impulsados por el deseo de salir de la URSS, y con la ayuda de un buen desayuno,
vieron en las aguas del Mar Negro un pequeño y amistoso lago al cual se echaron sin reparo
alguno. El primer día, gracias a la cooperación de la calma marina, todo salió de acuerdo con lo
planeado. Sin embargo, las cosas se complicaron con la llegada de la noche; sucumbieron al
cansancio y se quedaron dormidos en el momento en que las olas y el viento comenzaban a
cobrar vigor. La pareja se despertó antes del amanecer, apenas a tiempo para enfrentar un mar
bravío que empezaba a castigarlos. Durante todo el día y hasta el atardecer Geo apenas lograba
pelear contra las olas para mantener a flote la embarcación. Cualquier desplazamiento logrado
sería sólo explicable por el empuje del viento contra su espalda. La tormenta empezó a amainar
apenas hacia el final de la tarde. Extenuados y con el poco aliento que les quedaba siguieron
remando hasta que observaron una orilla, donde encallaron. Allí se quedaron dormidos hasta que,
al amanecer siguiente unos pescadores de la localidad de Balaklava, 42 kilómetros al oeste del
punto de partida, los encontraron y los trasladaron a un hospital. Los extremos de conducta
irracional que alcanzaron Geo y Rho solo pueden explicarse por el desesperado rechazo que
sentían contra el dogmatismo del sistema soviético. La división artificial entre una ciencia
proletaria y otra capitalista, y la subsiguiente prohibición de hacer contacto con la ciencia
capitalista de Occidente y con sus practicantes era más de lo que Geo jamás podría aceptar.
La insólita historia de cómo Gamow escapó de las garras de la URSS tiene un desenlace
surrealista y gira en torno a algo que aterrizó en la puerta de su casa, un año después de su fallido
intento de fuga: Recibió, por esos días, una carta oficial del estado informándole que su
pasaporte, así como un tiquete de tren a Bruselas, estaban listos en la oficina de pasaportes de
Moscú. La carta indicaba que él había sido elegido para representar a la URSS en el XIII
Congreso de Solvay que se celebraría en octubre de 1933. ¿Cómo era posible que un personaje
que cargaba con el estigma de la sospecha y que estaba amenazado por el sistema recibiera un
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tratamiento favorable? La verdad es que en esa ocasión no fueron ni vientos fortuitos, ni mucho
menos la generosidad y entendimiento del sistema soviético, los que lograron el milagro. Detrás
de todo estaba su gran amigo, el danés Niels Bohr. Si Landau fue el gigante de la física soviética,
Bohr lo fue para la física occidental. Einstein y Bohr fueron los físicos más famosos del siglo
XX, pero fue Bohr quien desempeñó un papel fundamental en el desarrollo de la teoría atómica y
de la física cuántica, por lo cual recibió el Nóbel en 1922. Niels Bohr estableció en Copenhague
un instituto de investigación que durante los primeros decenios del siglo XX se convirtió en el
centro de gravedad de la física. Fue él quien desarrolló el hoy muy conocido modelo del átomo,
aquel que suele representarse como una caricatura en la que aparece un núcleo central orbitado
por pequeñas esferitas (los electrones) — una especie de sistema solar en miniatura. La pieza
teatral “Copenhague” de Michael Frayn catapultó recientemente a un lugar de prominencia en el
mundo del teatro y la historia la dimensión histórica de este personaje. En ella se reconstruye la
misteriosa visita que le hizo Werner Heisenberg a Bohr en septiembre de 1941. Heisenberg, el
del principio de incertidumbre, se quedó en Alemania trabajando para los Nazis y durante su
viaje de 1941 a Copenhague, entonces bajo ocupación Nazi, se reunió con su mentor y amigo
Niels Bohr, con quien trabajó por largos años desde su primer encuentro en 1922. Esta reunión
quedó encubierta por el misterio debido a la forma abrupta como terminó y al giro que le dio a la
relación entre Heisenberg y Bohr, hasta entonces amistosa. Los pocos documentos que perduran
dan a entender que en esa conversación afloró el tema del programa Nazi para desarrollar la
bomba atómica. Qué pasó en esa reunión y por qué el desenlace fue tan inesperado y turbulento
son de tiempo atrás controvertidas incógnitas que han servido para atizar el fuego de la
especulación histórica. La irremediable confluencia de la física atómica con la historia de la II
Guerra Mundial fue otro escenario en el que Bohr desempeñó un papel decisivo. En enero de
1939, Gamow esperaba a Bohr en su casa en Washington, después de regresar de un largo viaje
trasatlántico Bohr le comunicó a Gamow la noticia que partió la historia de la guerra en dos: Los
alemanes habían logrado la fisión nuclear. Esa visita de Bohr a los Estados Unidos y su
portentoso mensaje dieron comienzo al proyecto Manhattan; el resto se encuentra en los libros de
historia.
Dejaremos el paréntesis histórico en las turbias aguas de la física atómica y de la guerra
para retomar el hilo del escape de Gamow. Como Gamow no apareciera en el congreso de Roma
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sus amigos se sintieron aún más asaltados por la sospecha de que el científico se encontraba en
alguna circunstancia difícil. Bohr aprovechó la ocasión del Congreso de Solvay para hacer que a
Gamow le fuera extendida una invitación formal. Empero, de nada serviría una invitación
dirigida a Gamow a título personal. Para lograr el objetivo, la invitación tendría que ser dirigida
de estado a estado. Bohr convenció entonces al famoso físico francés Paul Langevin —miembro
del comité organizador del Congreso de Solvay y gerente del Comité de Cooperación Científica
Franco-Rusa— de la conveniencia de extender una invitación oficial. Podría decirse que el
Congreso de Solvay tiene sus parecidos con un gran festival de rock que reune los expositores
más famosos. Al sistema soviético le interesaba mandar emisarios a estos eventos pues le
convenía que aprendieran los secretos de la ciencia capitalista sin tener que revelar los secretos
de la ciencia del proletariado. Gamow asistió al congreso y no regresó a la Unión Soviética.
Después del simposio que le abrió las puertas de Occidente, Gamow aceptó una invitación
para asistir a un curso de verano en la Universidad de Michigan; durante su estadía en Ann Arbor
recibió una oferta de trabajo de la Universidad de George Washington, en la capital de Estados
Unidos. En las fotos que circulan de Gamow cuando trabajaba en Washington aparece la cara de
un personaje amigable que esconde mal un destello de picardía. De hecho, entre sus colegas
Gamow tenía fama de no desaprovechar muchas oportunidades para dejar salir su espíritu
bromista. Una de las ocasiones más conocidas ocurrió cuando le preguntó al físico nuclear Hans
Bethe si podía incluir su nombre en la lista de autores de un artículo que había escrito con su
estudiante, Ralph Alpher, y que en ese momento preparaba para la publicación. Con Bethe
incluido, la lista de autores formaba la frase Alpher, Bethe, Gamow, en rima con “alfa, beta,
gama”, las tres primeras letras del alfabeto griego que formarían una alusión que venía como
anillo al dedo para el tema del artículo — el origen de los elementos químicos en el universo.
Gamow fue una figura de grandes proporciones, no solo por su talla inusual sino también
por sus contribuciones significativas a tres de las más importantes áreas científicas del Siglo XX:
la física nuclear, la cosmología y la genética. Gamow comenzó sus estudios en física en la
universidad de su ciudad natal de Odessa, en Ucrania, pero al ver el precario estado de la
universidad, en 1925 decidió trasladarse a San Petersburgo (Petrograd en aquella época) donde la
física gozaba de mayor atención. Allá estudió con el profesor Alexandre Friedmann y luego
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terminó sus estudios de doctorado en física nuclear en Göttingen. Niels Bohr, impresionado por
su trabajo en Göttingen, lo invitó en 1928 a que hiciera una pasantía en su instituto en
Copenhague. Fue allí donde aplicó los conceptos de la naciente física cuántica para desarrollar
una teoría del núcleo atómico y para explicar por primera vez cómo es que ocurre un tipo de
radiactividad natural llamada radiactividad alfa. El fenómeno de la radiactividad sorprendió a los
físicos mecanicistas del siglo XIX, quienes vivían bajo la ilusión de que toda explicación posible
giraba en torno a palancas, fuerzas, acciones y reacciones. Esta concepción determinista del
mundo se desmoronó cuando el físico francés Henri Becquerel anunció en 1896 que de los
sólidos átomos de los mecanicistas se desprenden emanaciones capaces de dejar impresiones en
placas fotográficas. Madame Curie descubrió el elemento químico radio y observó que este
produce mucha más radiación que las sales de uranio de Becquerel, hecho que motivó a los
esposos Curie para dar el nombre de radioactividad a este inesperado fenómeno.
Gracias a los textos escolares un buen número de personas tiene grabada en su mente la
imagen de un Newton, sentado debajo de un manzano, cuyas ideas son sacudidas a la acción
cuando una manzana cae del árbol y lo golpea en la cabeza. La fábula en la cual la fruta
interviene de manera tan oportuna es la imagen favorita para mostrar que la gravedad es la fuerza
que lo atrae a uno al centro de la Tierra. Sin embargo esta fuerza no solo afecta a las criaturas
que deambulan por la superficie del planeta, los objetos astronómicos también están bajo el
influjo de la atracción gravitacional. De hecho, fue Newton quien se dio cuenta de que la
gravedad actúa igual sobre la luna y sobre la manzana. El científico y filósofo inglés también fue
quien ideó las leyes de la mecánica que hoy se enseñan en el bachillerato y en las universidades.
Estas leyes, publicadas en su notable tomo, los Principia, aún sirven de guía a los ingenieros
para construir edificios, lanzar cohetes y calcular trayectorias. La posibilidad teórica de un
universo en expansión ya existía desde los tiempos de Sir Isaac Newton en 1687 y de su teoría de
la gravedad universal. Las galaxias dispersas a lo largo del espacio se atraen entre ellas por la
acción de la gravedad, lo cual quiere decir que si esperamos suficiente tiempo, todas las galaxias
terminarían juntas en el mismo punto. Otra posibilidad que cabe en la teoría de Newton es que un
impulso inicial puso a las galaxias en movimiento expansivo, como en el , que se va frenando
por la atracción gravitacional. En todo caso lo que resulta de la teoría de la gravedad de Newton
es un universo dinámico, pero esa noción no es aceptada ni por el mismo Newton ni por los
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filosofos de la época. Sin embargo, el tema de la dinámica del universo como un todo se abordó
cuando Einstein formuló la teoría general de la relatividad y la aplicó al universo.
El jugador que mete el gol decisivo para ganar el mundial de futbol queda inmortalizado
por la fama y es colocado en el altar de los dioses del fútbol por los aficionados. Si quisiéramos
seguir con esta analogía, en física Einstein no metió sólo el gol de la victoria, Einstein superó
toda marca y metió cinco de esos goles ganadores. Cabría explicar que su primer gol ocurrió en
el momento en que atribuyó el movimiento desordenado de partículas muy finas en suspensión
en un líquido al choque de estas con las moléculas en el líquido. Estos estudios proveen una
prueba convincente de la existencia de átomos y moléculas. El segundo gol de Einstein se dio
cuando desarrolló la teoría de la relatividad especial y transformó así de tajo la noción clásica de
espacio y tiempo. Consecuencia extraordinaria de la relatividad es que la duración de un evento
depende del estado de movimiento del observador y que la masa de un objeto se puede convertir
en energía. El tercer gol consistió en el desarrollo de la teoría de la relatividad general según la
cual la gravedad es generada por los cambios en el espacio que produce la presencia de objetos
masivos, como cuando el invitado más gordo de la fiesta se sienta a nuestro lado en el mullido
sofá. En el cuarto encontró las formulas que explican cómo la luz se puede organizar para
producir rayos láser. Y, finalmente metió el quinto gol cuando afirmó que la luz se comporta
como corpúsculos sólidos que al chocar con una lámina de metal pueden arrancar electrones. El
fenómeno estudiado en este último gol se llama efecto fotoeléctrico y fue este descubrimiento el
que en 1921 lo hizo acreedor al premio Nóbel de física. Einstein murió en Princeton en 1955. De
haber sobrevivido unos años con toda seguridad habría sido premiado con otros dos o tres Nóbel.
El anterior es un resumen muy corto de los cinco goles de Einstein, pero él también es famoso
por el gol que no metió (¡algo que no ocurre con mucha frecuencia en el futbol!): me refiero a la
predicción más atrevida e impresionante en la historia de la ciencia, una predicción que Einstein
tenía en sus manos desde 1917 pero que no había notado — o, si la notó, la suprimió por
prejuicios teóricos. Einstein habría podido anticipar la expansión del universo porque así lo
reclamaban sus mismas ecuaciones de la relatividad general. Fue Friedmann, el profesor de
Gamow en San Petersburgo quien sí supo rematar la jugada y meter ese gol. Friedmann usó la
teoría de la gravedad de Einstein para estudiar al universo en su totalidad y en 1922 encontró
soluciones a las ecuaciones de la relatividad general en las cuales el espacio en su totalidad sufre
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una expansión en el tiempo. El pobre Friedmann murió tres años después de que sus cálculos
fueran publicados, y no pudo saber que su predicción de la expansión del espacio fue
comprobada cuatro años más tarde cuando Hubble y Humason observaron el movimiento de
recesión de las galaxias. Friedmann, olvidado por todos murió enfermo de neumonía sin saborear
la gloria de su monumental contribución al avance de la cosmología. Al comienzo, Einstein
rechazó la conclusión de la expansión del universo y mostró poco interés por esos cálculos.
Luego, en el invierno de 1930-1931, viajó a Pasadena para ver los resultados de Hubble y se
volvió a interesar por la cosmología.
La teoría de la gravedad de Einstein no dice exactamente cómo es el universo. Es más bien
un formalismo que dice: si usted sabe cómo es la forma del espacio-tiempo, yo le puedo decir
qué fuerzas resultan y cómo se mueven los cuerpos, sean estos galaxias, planetas o trompos. El
espacio-tiempo son las coordenadas donde los eventos ocurren y Einstein encontró que la
naturaleza es tal que a la coordenada tiempo se le puede dar el mismo tratamiento matemático
que a las tres coordenadas de espacio (longitud, ancho y altura). De forma muy compacta, todo
lo que dijo Einstein con respecto a la gravedad se puede expresar en una ecuación tan sencilla
que cabe incluso en un libro de divulgación científica como este. He aquí la ecuación: G = T. Eso
es todo. G representa la forma o geometría del espacio-tiempo, T representa la distribución de
masa y las fuerzas resultantes. Como vemos, pueden existir tantas soluciones como queramos,
según cómo modelemos G. La ecuación “G = T” es la materia prima de la cual los teóricos
pueden tallar sistemas solares, agujeros negros o universos completos. Si estamos hablando de
un agujero negro, G toma una forma distinta a la que tomaría si se tratara de estudiar el sistema
solar.
Jugar con G y estudiar las formas que toma para diversos sistemas es en gran parte el
trabajo de los relativistas. Se pueden realizar carreras profesionales completas alrededor de G y
algunos han conquistado la fama hallando formas pertinentes de G a sistemas de interés. Una vez
que se tiene G, es posible plantear y estudiar las ecuaciones. Una de las primeras soluciones de
las ecuaciones de Einstein fue elaborada, en 1916, por el físico alemán Karl Schwarzschild,
quién exploró la forma que debe tomar G para los agujeros negros. Schwarzschild encontró que
si una estrella que contiene 1.4 veces la masa del sol se concentra en una bola de solo 2
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kilómetros de radio, la deformación del espacio-tiempo es tan intensa que toda la luz que
produce la estrella queda atrapada para siempre dentro de este horizonte de 2 kilómetros. En
cosmología el trabajo de Friedmann fue explorar la forma que debe tomar el término G para un
sistema gravitacional que contiene al universo en su totalidad. Así fue como encontró que el
universo admite un comportamiento dinámico, que el espacio se puede expandir o compactar y
que tiene una historia y que por lo tanto podemos hablar de un tiempo cósmico. Con la teoría de
la relatividad, Friedmann se encontró con la expansión del universo. Mediante el uso de la
matemática, un simple cuaderno y un lápiz, Friedmann extrajo de la materia prima “G = T” un
universo en expansión, así como Michelangelo extrajo del mármol un Moisés. Un concepto
similar al de Friedmann fue desarrollado independientemente por un alumno de Arthur
Eddington, el sacerdote jesuita belga Georges Lemaitre5, quien reconoció de inmediato en el
universo dinámico la atractiva posibilidad de reconciliar la narrativa bíblica del origen del
mundo con los avances más recientes de la física teórica. Lemaitre concluye que si el universo
cambia en el tiempo y está en expansión, en el pasado el universo estaba necesariamente
concentrado en un punto, o “átomo primigenio”, como él lo llamó. Para Lemaitre el origen del
universo sugerido en las ecuaciones es consistente con la idea de la creación. Empero, él negó
siempre que sus creencias religiosas influyeran su trabajo científico. Lemaitre decidió estudiar
física después de ser combatiente en la Primera Guerra Mundial. Terminó con máximos honores
su doctorado en física en la Universidad Católica de Lovaina en 1920, el mismo año en que
ingresó al seminario. Más adelante estudió relatividad general en Cambridge, con Eddington, y
viajó a los Estados Unidos para trabajar con Harlow Shapley en el estudio de las nebulosas
espirales.
Un racionalismo exuberante impregnaba las primeras décadas del Siglo XX y, como era de
esperarse, los teóricos recibieron con frialdad el modelo del universo de Friedmann y Lemaitre,
modelo que, además de sus matices bíblicos, era rechazado por Einstein, el científico más
influyente en ese entonces. Eddington, cuya opinión también pesaba entre los astrofísicos,
entendió y aceptó el trabajo de Friedmann pero no estuvo de acuerdo con la implicación de que
el universo tiene un comienzo en el tiempo. Para él, existía una parte no explorada de las
ecuaciones que algún día explicaría la expansión sin necesidad de un punto de origen. Fue en
Inglaterra donde se sintió la reacción más fuerte en contra de la indecorosa propuesta del cura
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Lemaitre, y fue Fred Hoyle6 en quien el rechazo visceral a un universo en expansión se encarnó
con máximo vigor.
No podría probarlo pero aun así me atrevería a decir que la estereotipada imagen del nerdo
fabricada por Hollywood tomó su inspiración en la figura de Hoyle. Es difícil no llegar a esa
conclusión después de ver las fotos de Hoyle tomadas en los años 50 y en las que aparece con el
cabello cortado a ras, un gran copete, anteojos de marco ancho y vidrio grueso, pantalones
holgados y sostenidos por el cinturón a mitad de camino entre el tórax y la pelvis, e innumerables
estilógrafos y reglas que asoman por encima del bolsillo de la camisa. Hoyle nació en 1915 en
Yorkshire y fue un brillante estudiante de matemáticas en la Universidad de Cambridge, donde
se graduó en 1936. Para su doctorado trabajó con el profesor Paul Dirac, uno de los padres de la
teoría cuántica, y de ese trabajo salió su primera contribución significativa a la astrofísica:
desarrolló un modelo estelar físico a partir del cual se puede calcular el brillo de una estrella
como función de su masa. Hoyle se convirtió en el astrónomo más famoso en Inglaterra.
Escribió libros de divulgación científica, aparecía en la radio y la televisión, y hasta una de sus
novelas de ciencia ficción sirvió de base para un programa de televisión. El editor de la revista
científica Nature dice que Hoyle tenía una imaginación descomunal y lo califica como “el
„Leonardo‟ de Inglaterra”7, aunque no sobra advertir que el editor de Nature también es inglés.
Cuando el ahora muy conocido astrofísico Stephen Hawking comenzó su doctorado en 1962,
eligió a Hoyle como director de tesis. Sin embargo, Hoyle era muy popular, ya tenía muchos
estudiantes y no pudo recibir a Hawking en su grupo, lo cual es una lástima por muchas razones,
entre las cuales, un poco frívola está que ¡habría sido interesante ver cómo serían las peleas entre
Hoyle y Hawking!
Hoyle y sus colegas, igual que muchos otros físicos teóricos, admiraron en la teoría de
Einstein las simetrías que introdujo al pintar el espacio y el tiempo con el mismo pincel, al
otorgarle al tiempo el mismo lugar que a las coordenadas del espacio, y al formar una teoría que
era un placer estético contemplar y admirar. Estudiar la teoría de Einstein puede producir el
mismo sentido de deleite ante la belleza que produce escuchar una sinfonía de Beethoven o
contemplar una escultura de Michelangelo. Sabemos que una sinfonía de Beethoven es perfecta y
que es una obra de arte acabada porque cuando vemos la obra podemos apreciar de inmediato
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que no podría ser de otra forma.
La teoría de la relatividad general de Einstein inspira
sentimientos similares. Se impone, coherente y completa, como un hermoso templo donde no
queda ni el más mínimo detalle por pulir. Para Hoyle, la propuesta de Lemaitre irrumpía
groseramente en ese templo y daba al traste con la simetría en el tiempo al imponer un tiempo
cero donde ocurre la aparición del universo. Es más o menos como si partiéramos por la mitad la
5ª sinfonía de Beethoven para introducir una ranchera justo en mitad del segundo movimiento.
Ahora el tiempo queda partido en dos, en un antes y un después, algo que no sucedía con el
espacio, es decir con el resto de las dimensiones de ese continuo espacio-tiempo de Einstein. Las
nociones irreverentes de Lemaitre no solo destruyen la simetría de la teoría sino que también
insertan la detestable idea de un tiempo cero donde la teoría se rompe. Si uno escribe las
ecuaciones que describen la dinámica del universo y pone que la variable de tiempo es igual a
cero, cualquier cálculo que intentemos hacer da un resultado igual a infinito. Los matemáticos no
se molestan con esta situación y la despachan con tranquilidad insertando el rótulo de
“singularidad” a lo que ocurre a tiempo igual a cero. Para los físicos, por el contrario, producir
un resultado igual a infinito es la peor pesadilla porque ese resultado pierde contacto con el
mundo físico. Hoyle no estaba dispuesto a permitir semejante insolencia y se negó a aceptar un
modelo del cosmos que incorpora un comienzo en el tiempo y que no se puede estudiar porque la
teoría se rompe en ese momento. Para él, el hecho de que el origen mismo del universo estuviera
fuera del alcance de la ciencia era una razón poderosa para descartar el modelo. No obstante el
problema de la singularidad, para hacer aceptable el modelo del big bang bastaba con reconocer
los límites de la teoría y considerar que la relatividad no se puede aplicar a tiempo igual —o
cercano— a cero porque el tamaño del universo se reduce tanto que hay que tener en cuenta los
efectos de la física cuántica. El matrimonio de la física cuántica con la teoría de la gravedad aun
no se ha podido consumar, pero a escalas macroscópicas la relatividad general se puede usar
separadamente de la física cuántica sin ningún problema.
Si se tienen en cuenta los prejuicios del momento, era de esperarse que el universo fuera
estático. Y estático fue el universo que Einstein encontró cuando aplicó su teoría al universo
como un todo. Luego Friedmann descubrió que en ese ejercicio Einstein cometió un error
algebraico al derivar la solución que resultaba en un universo estático. Cuando Einstein corrigió
el error y se dio cuenta de que su propia teoría producía universos dinámicos, los eliminó por
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decreto y cambió la teoría. Einstein plantó en sus ecuaciones un término adicional que se encarga
de prohibirle al universo que vaya por ahí inflándose sin permiso. Modificó su ecuación así: G Λ = T. El nuevo término Λ, representado con la letra griega lambda, le pone al universo una
chaperona para vigilar que se quede bien quietecito. Friedmann mostró que introducir un punto
cero en el tiempo y por lo tanto una historia dinámica del universo a partir de ese instante no
contradecía la teoría de la gravedad de Einstein; por el contrario, es consecuencia de la teoría. Al
final el mismo Einstein terminó aceptando el trabajo de Friedmann, aunque de manera algo
reticente, pero Hoyle, sus colegas y sus estudiantes se sostuvieron en la posición dura en contra
del concepto de un universo dinámico con un origen en el tiempo. La respuesta de Hoyle a los
modelos de Friedmann y Lemaitre fue el desarrollo de una cosmología alternativa —el modelo
de creación continua o “estado estacionario”— en la cual puede ocurrir la expansión pero sin que
se requiera un comienzo en el tiempo. En un programa radial de la BBC de Londres en 1952,
cuando hablaba sobre el modelo del universo en expansión a partir de un “átomo primordial”,
Hoyle se refería a aquella propuesta y en tono despectivo la bautizó como la teoría del “big
bang” o gran explosión. Irónicamente, la expresión big bang echó raíz y hasta hoy es el nombre
oficial de la teoría del origen y evolución del cosmos que en la actualidad acepta la mayoría de la
comunidad científica pero que fue rechazada hasta el final por Hoyle y su séquito.
La idea original de la alternativa al big bang se le ocurrió al científico austriaco Thomas
Gold8. Gold nació en Viena en 1920 pero su familia huyó del nazismo y se refugió en Londres.
Declarado sospechoso por su origen austriaco, los ingleses le dieron “el tratamiento
Guantánamo” y lo mandaron a un campo de detención de enemigos. Lo único bueno que resultó
de esa detención fue que durante ella conoció al compatriota Herman Bondi, quien sería otro
importante colaborador en sus futuras tareas de cosmólogo. Irónicamente, más tarde el gobierno
de Inglaterra lo empleó para trabajar en el desarrollo del radar. En ello trabajó con Hoyle y
Bondi. Durante esos años, Hoyle logró despertar en Gold y en Bondi un gran interés en la
astrofísica y después de la guerra los tres regresaron a Cambridge a trabajar juntos en los
problemas más salientes de la astrofísica. Uno de esos problemas “apremiantes” era el que
manifestaba el big bang con la edad del universo. De acuerdo con el big bang, los datos
disponibles antes de 1950 llevaban a concluir que la edad del universo era menor a la edad de la
Tierra, una inconsistencia que en un instante dejaba fuera de concurso al big bang. Para poder
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tener un universo en expansión que a la vez fuera uniforme, Gold propuso el mecanismo de
creación continua de la materia; así eliminaba la abominable singularidad y se resolvía el
problema de la edad de la Tierra y del origen del tiempo. Un universo dinámico y al mismo
tiempo estacionario es como el río cuyo fluir mantiene las aguas en un movimiento perpetuo
pero cuya superficie aparece tranquila y estable: el río sigue siendo el mismo río de siempre.
Esta idea fue desarrollada vigorosamente por el trío Hoyle, Bondi y Gold, quienes en 1948
publicaron los dos artículos9 donde se lanzó oficialmente al escrutinio de la comunidad científica
el modelo de “estado estacionario”.
Para entender cómo trabaja el modelo estacionario del universo y cuál es la diferencia con
el big bang, vamos a imaginar que el universo es un pan de pasas en el horno. Las pasas
representan las galaxias, la masa de pan es el espacio donde viven las galaxias. A medida que el
pan se hornea, este crece y las pasitas se van alejando una de la otra de forma análoga a la
expansión del espacio observada por Hubble. Pues bien, aquí está la diferencia: en el modelo de
big bang la masa de pan es constante, el pan crece en el horno de manera que la densidad
disminuye a medida que el pan crece. En el modelo de estado estacionario tenemos a un
panadero neurótico a quien no le gusta ver que el pan baje de densidad. Este panadero se cuadra
frente al horno y se dedica a inyectarle masa y pasas continuamente al pan para que este se
mantenga con una densidad constante. Como vemos, el panadero del big bang puede decir que
su pan tiene una historia en el tiempo: al comienzo era denso y las pasitas estaban muy cerca las
unas de las otras, pero al pasar del tiempo las pasas se alejan y la densidad disminuye. Por otra
parte, el panadero del estado estacionario dice que no importa a qué hora se mire su pan en el
horno, este tiene la misma densidad y las pasas mantienen la misma distancia promedio entre
ellas. Según Hoyle, la producción espontánea de materia que requiere el modelo estacionario es
“aproximadamente un átomo por siglo en un volumen equivalente al ocupado por el edificio del
Empire State”. Hoyle y compañía argumentaban que avanzar una teoría que reposa sobre el
supuesto de una generación espontánea de materia y que requiere una rapidez de generación más
bien baja no es tan absurdo como el big bang con su imposible exigencia de que toda la masa del
universo aparezca simultáneamente en un instante en el tiempo.
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Tenemos dos modelos del mundo: el de Gamow, dinámico y con un comienzo en el
tiempo; y el de Hoyle, invariable, estacionario y eterno. Desde el punto de vista científico, los
dos son buenos modelos, o por lo menos así lo considera el filósofo austriaco Karl Popper (19021994). Para Popper, profesor en la Escuela de Economía de Londres, una teoría es científica
cuando puede ser falsificada, es decir cuando la teoría hace predicciones atrevidas de fenómenos
nuevos; si las observaciones no son compatibles con la predicción, la teoría queda descartada. La
ciencia, en forma análoga a la evolución biológica, avanza gracias a un proceso de eliminación
de las teorías que no sobreviven. La noción de “falsificabilidad” fue una contribución de mucha
influencia en la filosofía de la ciencia ya que provee un criterio de demarcación entre la ciencia y
la seudociencia. El modelo de Hoyle afirma que el universo en el pasado se debe ver igual que en
el presente; la densidad de pasas en el pan es la misma independientemente de cuándo se observe
el pan. Esta es una predicción clara que se ajusta a la receta de Popper según la cual el modelo de
Hoyle queda falsificado y por lo tanto rechazado si al observar las pasas en el pan vemos que la
densidad era mayor en el pasado y que disminuye con el tiempo. Ahora bien, si efectivamente se
observa que la densidad de pasas en el pasado es mayor, según lo predice el modelo de Gamow,
es de suma importancia aclarar que ello no implicaría que el modelo de Gamow quede
confirmado. La máxima afirmación que podemos lanzar con respecto al modelo de Gamow es
que la observación de una mayor densidad de pasas en el pasado no ha falsificado ese modelo —
por el momento. Queda claro que no podemos decir que el modelo de Gamow queda confirmado
porque más adelante ese modelo puede quedar rechazado cuando otra de sus predicciones —a su
tiempo— no pase la prueba de la “falsificabilidad”.
La producción científica de Hoyle se canaliza en tres líneas de trabajo: la constitución
química de las estrellas, la producción de energía en las estrellas y la cosmología. Hoyle creó el
Instituto de Astronomía Teórica en Cambridge, pero no sin antes provocar una que otra pelea con
la universidad y el Concejo Nacional para la Ciencia del Reino Unido. La biografía de Hoyle es
rica en extravagancias que incluyen un sinnúmero de insensateces, como la idea de que la
evolución no existe y que los humanos fuimos creados por otros habitantes del universo más
inteligentes que los humanos. También propone que los virus que causan epidemias de gripa
vienen del espacio. Estas excursiones de la razón, sumadas a la propensión de Hoyle por discutir
con todo el mundo, llevaron a otros científicos a querer alejarse de él. Una ironía descomunal,
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que muestra dramáticamente cómo la ciencia no progresa sobre una línea ni sigue un método
aséptico, es que el trabajo más importante de Hoyle fue solucionar el problema más grave del big
bang. Hoyle descubrió una propiedad importante del elemento carbono que le permitió explicar
la producción de los elementos químicos más allá del hidrógeno en reacciones que ocurren en las
estrellas. En su trabajo en física nuclear, uno de los retos que Gamow decidió resolver fue hallar
el mecanismo que explicara la abundancia relativa de los elementos químicos en el universo. Fue
de hecho esa investigación la que llevó a Gamow a interesarse por la cosmología. El concepto
clave de Gamow es que el big bang es como un colosal horno donde se forman todos los
elementos químicos. El problema es que esta idea trabaja bien para producir solo hidrógeno y
helio que son los más livianos, pero de ahí en adelante ningún elemento pesado puede salir
directamente del big bang. La razón de la incapacidad del modelo de big bang para dar cuenta de
los elementos pesados es que el universo se expande muy rápidamente y en el proceso ocasiona
el enfriamiento del horno cósmico. Este hecho fue anunciado como una falla del modelo, ¡hasta
que vino Hoyle y lo salvó!, claro está. La idea de Hoyle de la producción de elementos pesados
en las estrellas fue luego ampliada en asocio con sus colegas William Fowler, Margaret Burbidge
y Geoffrey Burbidge con quienes en 1957 publicó el artículo definitivo sobre el tema. En 1983,
ese trabajo hizo merecedor a William Fowler del premio Nóbel, mas no a Hoyle.
Al igual que Gamow, como científico Hoyle tenía una imaginación desbordante, pero a
diferencia de aquél Hoyle exhibía un fuerte apego a sus teorías, lo cual representó un lastre para
el avance de su carrera. Edward Teller, el colega de Gamow en Washington, cuenta en su
autobiografía10 cómo la rutina de un día de trabajo comenzaba a las nueve de la mañana cuando
en una llamada telefónica Gamow le exponía una teoría nueva que se le había ocurrido la noche
anterior. Su trabajo era tratar de desbaratarla. La mayoría quedaba rechazada ipso facto, otras
florecían y se convertían en grandes avances en los campos de la astrofísica, la cosmología, la
física nuclear y la genética. La consistencia lógica es una condición de las buenas teorías, pero al
final las teorías vienen a ser juzgadas por la evidencia experimental. A ese respecto es interesante
contrastar la actitud de Gamow y Hoyle ante sus propias teorías. Un buen científico debe estar
listo para rechazar su propia teoría cuando la evidencia experimental muestra clara y
repetidamente que esta ha sido falsificada (en el sentido popperiano) ya que sus predicciones no
son consistentes con los resultados experimentales. De no ser así, hoy se estaría enseñando en la
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universidad la teoría del flogisto, una sustancia encantada y famosa entre los alquimistas que se
inventó para explicar el mecanismo de la combustión. Históricamente se ha registrado en
múltiples ocasiones que —en su afán por ser los primeros— los experimentadores lanzan
evidencia experimental incipiente a favor o en contra de un modelo y se ven más tarde obligados
a retirar la supuesta “evidencia” cuando descubren un defecto en los datos originales. Por
ejemplo, el big bang no habría salido de la cuna si se hubiera rechazado con los primeros datos
de la expansión que implicaban una edad del universo menor que la edad de la Tierra. En
realidad, antes de descartar su teoría, el teórico busca la manera de ajustarla para ver si es posible
acomodarla a los nuevos datos del laboratorio. Sin embargo, al final son los datos los que
mandan. Gamow descartaba sus teorías con facilidad y ello jugó a favor del avance de su trabajo
científico. Por el contrario, Hoyle en su tesonera lucha por defender sus teorías, incluso ante la
evidencia experimental en su contra, se convirtió en un luchador que generaba controversia en
todos los temas que tocaba, pasaba a veces por pesado y era detestado por un sector de la
comunidad científica. Entre Martin Ryle —un radio astrónomo inglés que reportó observaciones
que contradecían su teoría del universo— y Hoyle se fraguó una batalla de más de 20 años que
causó mucho desprestigio en el campo de la cosmología, no solo entre los físicos sino también en
el público en general, ya que la pelea despertó el interés de los medios de comunicación. Las
observaciones de Ryle consistían en mirar al universo en el pasado a ver si las pasas en el pan, es
decir las galaxias, se distribuían con la densidad esperada del modelo de Hoyle. Los primeros
datos de Ryle indicaban que la distribución de pasas en el pan contradecía las predicciones del
modelo de Hoyle, lo cual fue suficiente para que muchos le dieran a dicho modelo el requiescat
in pace. Resultó que esas primeras observaciones de Ryle estaban plagadas de problemas y que
por tanto la conclusión no se podía mantener. Luego vino otro intento, también con problemas, y
luego otro. Por fin, al cuarto intento, los conteos de galaxias de Ryle, combinados con las
observaciones independientes de John Bolton, en California, arrojaron resultados concluyentes
en contra de la teoría de Hoyle. Sin embargo, Hoyle nunca aceptó los resultados y, antes bien,
veía en Ryle la encarnación de un complot diseñado para aniquilar su teoría. En cosmología
Hoyle se aferró a una posición ideológica más caracterizada por el deseo de derrumbar el big
bang que por afianzar su propia teoría. Hoyle decía que el big bang era un proceso irracional
que no podía ser descrito en términos científicos ni desafiado mediante observaciones. La
posición ideológica fuerte en contra del big bang, sumada a una personalidad tan dominante,
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hizo que el debate cosmológico entre los años 1930 - 1960 sufriera una extrema polarización
entre los seguidores de los dos modelos cosmológicos. Gamow, por el contrario, era muy
pragmático y no se aferró con pasión a ninguna ideología ni permitió que sus teorías cayeran
presa de las ideologías. Tampoco se casaba con los temas; ni siquiera se casaba con determinadas
áreas de investigación. Pasaba con facilidad de la cosmología a la genética. Sabemos que desde
el punto de vista ideológico, Gamow rechazaba el dogmatismo del materialismo dialéctico del
sistema soviético, pero no hizo de ese rechazo un principio orientador para el desarrollo de sus
teorías. Con Gamow el problema estribaba en que era un tomador de pelo desenfrenado y por
tanto, aun en medio del debate candente entre el big bang y el estado estacionario, cedía al
impulso de hacer unas bromas que en nada contribuían a generarle respeto al big bang. Para
burlarse de Hoyle y de su teoría del estado estacionario, Gamow escribió una nota ridícula
titulada “El nuevo Génesis” donde exponía el big bang con un texto de corte bíblico que emulaba
el libro del Génesis11. “Al comienzo Dios creó la radiación y el golem. Y el golem no tenía
forma ni número, y los núcleos atómicos deambulaban aleatoriamente ante la profundidad del
vacío. Y Dios dijo: hagamos el elemento número dos. Y se hizo el elemento número dos. Y Dios
vio el deuterio, y le pareció bueno.…”. Y la nota continúa en ese tono y Dios sigue creando los
elementos químicos hasta que llega al elemento número 5. Gamow escribió: “Y Dios dijo:
hagamos a Hoyle. Y Hoyle se hizo. Y Dios miró a Hoyle… y le pidió que hiciera elementos más
pesados de cualquier manera que se le ocurriera…”. En medio de la polarización ideológica que
se vivía en aquellos años en torno a la cosmología, para los ingleses este tipo de burlas eran un
golpe bajo. El congreso de Solvay de 1958, dedicado al tema de la estructura y evolución del
universo, fue organizado por los ingleses, pero Gamow, una de las figuras más importantes en el
tema del congreso, no fue invitado.
Hemos visto que en la actividad científica a menudo el desarrollo de una teoría no ocurre
de manera higiénica y lineal ni sigue los pasos del proverbial “método científico”. La cosmología
nos ofrece un ejemplo vivo de las complicaciones y la confluencia de factores sociales que
terminan dándole forma a una teoría científica. Unas personalidades fuertes, las inclinaciones
ideológicas, los egos inflados, las rivalidades, la seducción de la fama, la intolerancia y el
manejo de los medios de comunicación, todo forma parte del entorno social que acompaña la
actividad científica. La lección que se deriva es que la ciencia es apenas otra de tantas
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actividades humanas y por lo tanto no es inmune a empantanarse, como ocurre en las otras
empresas humanas. La cosmología nos servirá de medio para explorar el importante asunto de si,
en comparación con otras aproximaciones al universo, la ciencia goza de ventajas epistémicas.
EL GRAN MATRIMONIO
Conocida la repulsión visceral de Gamow por la ideología del materialismo dialéctico reinante
en la Unión Soviética, cabría imaginarse que Gamow desarrolló la idea del big bang —un
concepto rechazado por el régimen soviético— por puro y legítimo desquite ideológico. Empero,
no fue así como ocurrieron las cosas. Gamow no andaba por ahí, como quien caza mariposas,
para ver si atrapaba una teoría del universo. En ese momento estaba interesado en solucionar un
problema de la física nuclear que ocupaba las mentes de físicos destacados. Gamow se encontró
el big bang en un matrimonio, mientras trabajaba en ese problema. Y, ¿cuál era ese importante
problema? Para 1930, las observaciones de los astrónomos ya habían revelado la composición
química del universo —y habían mostrado la preponderancia de los elementos hidrógeno y
helio— y los físicos se interesaron por explicar el origen de esos ingredientes del universo y la
razón por la cual se encuentran en la proporción observada.
Con los nuevos poderes adquiridos por los astrónomos gracias al espectroscopio, se hizo muy
real la posibilidad de hurgar lugares remotos del cosmos para buscar la receta fundamental del
universo. Para 1925, la astrónoma inglesa Cecilia Payne, la primera mujer en obtener un
doctorado en astronomía de la Universidad de Harvard, ya había comenzado a reconocer en los
espectros estelares una intimidad del universo totalmente inesperada. Todo parecía indicar que,
no importa hacia dónde miremos, el universo está hecho de los mismos elementos básicos.
Aunque al comienzo la comunidad de astrónomos no tomó muy en serio los hallazgos de Payne,
para 1930 ya el consenso era claro y confirmaba la tesis de Payne. En resumen, la receta del
cosmos es bastante sencilla: en un recipiente adecuado verter 75 cucharadas de hidrógeno y 25
de helio, espolvorear una pizquita de litio y una de deuterio al gusto, revolver los ingredientes
vigorosamente y servir caliente12. Para que la receta quede bien preparada, es importante que
usted se familiarice con los ingredientes. Comenzamos con el hidrógeno, el elemento químico
más abundante en el universo y conocido por ser el elemento más sencillo — tiene sólo un
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protón en su núcleo. El 62% de los átomos que forman el cuerpo humano son átomos de
hidrógeno. Seguimos con el helio, el gas con el que se inflan los globos de colores en las fiestas
infantiles. También es conocido porque cuando inhalamos un poco de este gas empezamos a
hablar como el ratón Mickey. El helio es un elemento que no se le pega a nada y se esfuma
rápidamente de cualquier recipiente donde lo coloquemos. Por eso fue difícil descubrirlo. De
hecho, el helio se observó por primera vez no en la Tierra sino en el Sol y de ahí su nombre,
derivado de helios, que es como se dice sol en griego. El astrónomo ingles Norman Lockyer
observó en 1868, durante un eclipse solar, las líneas características de este elemento en el
espectro de luz del Sol. La reveladora observación que nos informó sobre los constituyentes
básicos del universo es muy interesante. Sin embargo, sabemos que en el universo debe existir
una variedad más completa de elementos porque de lo contrario no estaríamos acá leyendo
tranquilamente. ¿De dónde vienen el nitrógeno en el aire, el oxigeno y el carbono que son la base
de la vida, y el hierro que encontramos en los edificios y en la sangre? La respuesta a esta
intrigante pregunta está entrelazada con la respuesta que le da Gamow a la pregunta sobre cómo
se originaron los elementos primordiales del universo. ¿De dónde vienen los elementos químicos
en el universo y qué explica las abundancias relativas? Como ya advertimos, Gamow se encontró
la respuesta en un matrimonio. Empero, antes de pasar a los detalles del anunciado matrimonio,
es preciso ambientar la escena con algunos acontecimientos importantes que precedieron el
evento.
La polaca Marie Sklodowska13 no solamente fue la primera mujer en obtener un doctorado en
Francia, sino que se estima que su trabajo de investigación ha sido la tesis doctoral de mayor
influencia en la historia de la ciencia. Como si eso fuera poco, seis meses después de defender su
tesis, ella, su esposo Pierre Curie y el francés Henri Becquerel recibieron el premio Nóbel de
física en 1903 y en 1911 Marie recibió un segundo premio Nóbel, esta vez en química, en
reconocimiento por haber descubierto los elementos radio y polonio. A pesar de la abrumadora
aclamación internacional que se le ofreció a Madame Curie, la Academia de Ciencias de Francia
rechazó su nominación y se negó a postularla como miembro pues cedió a las presiones de una
prensa que la pintaba como extranjera, no lo suficientemente francesa para ese honor y
posiblemente de origen judío.
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Madame Curie se interesó por un extraño fenómeno de la naturaleza que se manifestó
accidentalmente cuando Becquerel se dio cuenta de que, en contacto con el mineral uranio, una
placa fotográfica exhibía marcas como si hubiese sido expuesta a la luz, y ello a pesar de que la
placa había sido cuidadosamente envuelta para aislarla de la luz. En el proceso de estudiar este
fenómeno descubrió una forma no conocida de energía que emana de los átomos. En un artículo
publicado en 1898 empleó por primera vez el término radiactividad para referirse a estos rayos.
Más tarde se pudo determinar que esos rayos penetrantes son de tres tipos distintos de radiación
y se les da el nombre de radiación alfa, beta y gama. Durante años los científicos hablaron de los
rayos alfa, beta y gama sin saber realmente qué eran. Inclusive se identificaron aplicaciones
médicas para la radiactividad y surgieron plantas para la producción industrial del mineral radio.
Situaciones como la anterior se presentan con frecuencia en el ámbito científico: se observa un
fenómeno nuevo, se introducen términos para referirnos al fenómeno y se incorpora en la
práctica científica mucho antes de desvelar en forma convincente la naturaleza de tal fenómeno.
Lo importante es no aceptar la ilusión de que poner rótulos a lo desconocido equivale a ganar
entendimiento sobre el fenómeno. En los años que siguieron al descubrimiento de la radiación se
estudiaron sus efectos y sus interacciones, pero aún no se conocía su naturaleza. Se sabía que la
radiación alfa eran partículas de carga positiva, cuatro veces más pesadas que un átomo de
hidrógeno y capaces de penetrar una lámina delgada de aluminio. Se entendía que la radiación
beta, por el contrario, son partículas muy ligeras que exhiben carga negativa y pueden penetrar
fácilmente una lámina de aluminio de cinco centímetros de grueso. La radiación gama se
comportaba como los rayos X —también recientemente descubiertos por Wilhem Conrad
Roentgen— es decir como luz (sin masa) pero con mucho mayor poder de penetración: un rayo
gama puede atravesar un bloque de concreto de un metro de ancho. ¡Increíble que toda esa
radiación salga de un átomo! En resumen, Madame Curie partió el átomo —hasta entonces
considerado una partícula sólida e indivisible— y con ello asestó el golpe que inició la
demolición del majestuoso templo de la mecánica clásica; las esperanzas del racionalismo
comenzaron a resquebrajarse. La crisis de la mecánica clásica le abrió paso a la teoría cuántica
que hizo su entrada en escena como una modelo exótica y deslumbrante y desfiló con pasos
firmes por la pasarela de comienzo de siglo, rodeada por unos viejos enclenques que no
entendieron su mensaje seductor. Para explicar la radioactividad observada por Becquerel y por
Madame Curie hubo que esperar a que la teoría cuántica madurara. Sin embargo, ya para 1913
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teníamos un modelo del átomo que funcionaba bien y durante los años 1920 al 1933 se trabajó
intensamente en la teoría del núcleo atómico. En asocio con su amigo Niels Bohr en
Copenhague, Gamow desarrolló una teoría del núcleo. Durante su paso por Gottingen y como
parte de sus estudios doctorales, Gamow aplicó la teoría cuántica al núcleo y explicó la radiación
alfa. La aplicación de la naciente física nuclear para resolver los problemas de los astrónomos,
—como el origen de los elementos y la fuente de energía en las estrellas— comenzó a dar
resultados prometedores con la investigación de Bethe, otro amigo de Gamow. Y como Bethe era
un invitado especial a la anunciada boda, vale la pena presentarlo en mayor detalle. El físico
alemán Hans Bethe, de madre judía, obtuvo su doctorado en física teórica en la Universidad de
Munich en 1928. Enseñó en la universidad de Tubingen, pero pronto perdió el cargo como
consecuencia de los edictos antisemitas de Hitler. En 1933 salió de Alemania y durante un año
dictó clases en la universidad de Manchester, seguido por otro año en la universidad de Bristol.
En 1935 aceptó un cargo en la Universidad de Cornell, en la ciudad de Ithaca (Nueva York).
Después de asistir a un simposio de física teórica en 1938 Bethe enfocó su atención en el
problema de la generación de energía en el Sol y otras estrellas, problema que resolvió en seis
semanas cuando propuso que la fuente de energía de las estrellas son reacciones nucleares en las
cuales se forma helio a partir de hidrógeno. Por esta contribución a la astrofísica recibió el
premio Nóbel en 1967. La idea de Bethe de aplicar la física nuclear a las estrellas ha dado
generosos dividendos a los teóricos que investigan el origen de los elementos y el
comportamiento de las estrellas. Los avances teóricos nos indican que las estrellas son
potentísimos reactores nucleares en los que la presión de la gravedad hacia el centro eleva la
temperatura al punto de permitir reacciones nucleares en las que se forman nuevos elementos
químicos. Y ahí está la explicación del origen de los elementos más pesados como el carbono y
el hierro en nuestro cuerpo. En resumen, los átomos que conforman nuestro planeta y nuestro
cuerpo fueron producidos en esos reactores nucleares que aparecen en la noche como mansos
puntitos en el cielo profundo. Todos los libros de divulgación científica que tratan el tema del
origen de los elementos incluyen una cita famosa del astrónomo Carl Sagan. Queriendo
favorecer la originalidad, el autor de este libro no quería repetir la cita de Sagan, pero esta es
muy apropiada y está además revestida de un toque poético que la hace irresistible. Entonces,
hela acá: “Somos polvo de estrellas que mira hacia las estrellas…”. Empero, ¿Cómo llegaron a
nuestra sangre esos átomos de hierro formados en las estrellas? De nada sirve tener un reactor
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nuclear que produce hierro por allá en el firmamento si no podemos transportar el material a
nuestra vecindad. Por suerte, las estrellas explotan y dispersan todos los átomos al espacio en
nubes en las que luego se forman planetas donde surge la vida y surgen lectores con hierro en la
sangre. En otras palabras, no padecemos de anemia crónica gracias a que las estrellas explotan.
Sin embargo, nos llega de esa fuente no solo el hierro, sino también el carbono, el oxígeno y
todos los elementos de la vida. Durante la explosión misma también se producen nuevos
elementos. El oro de la consabida argolla de matrimonio se formó durante la explosión de una
estrella. Cuando una estrella explota, en el cielo aparece súbitamente una estrella muy brillante
que los astrónomos llaman supernova.
Bethe explicó con éxito cómo se genera la energía termonuclear en las estrellas y con ello de una
vez demostró que aplicar la física nuclear a la solución de problemas astrofísicos se constituye en
un poderoso instrumento. Motivado por este precedente y en busca de solucionar el problema de
la abundancia de los elementos, Gamow dirigió la mirada a la física nuclear del universo
primigenio. El hecho de que todas las galaxias tengan en promedio la misma composición
química le sugirió a Gamow que los elementos químicos comparten un origen pre-estelar común.
Y Gamow encontró ese origen común en el big bang. Por un lado, Gamow conocía el trabajo de
Bethe y sabía que en condiciones de alta temperatura se puede producir helio a partir de
hidrógeno. Por otro lado, Gamow se dio cuenta de que como el universo se expande, entonces su
pasado ha debido soportar altísimas temperaturas que brindaban la posibilidad de que se
produjeran reacciones nucleares. La genialidad de Gamow se manifestó en haber aplicado la
física nuclear al modelo del universo en expansión — teoría que hasta el momento era un
ejercicio de los matemáticos. El matrimonio propiciado por Gamow entre la física nuclear y la
relatividad general (ver invitación) resolvió el problema de la abundancia de helio e hidrógeno en
el universo y de paso dio comienzo a la cosmología física moderna.
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Figura 3-2. La invitación al matrimonio propiciado por Gamow
ANALOGÍA DEL COSMOBUS
En esta sección me propongo describir la historia térmica del universo haciendo uso de la
analogía en la cual las partículas elementales son personas y el universo es un autobús repleto de
ellas. Todo lo que puede ocurrir en el universo ocurre en este bus imaginario, que más se parece
a un circo exótico que se expande y que está lleno de pasajeros alborotados. Usar el género
literario para explicar la cosmología, ¿por qué no? El tema de la cosmología científica ya ha sido
considerado en la literatura y la poesía. En Cosmicomice14, Italo Calvino coloca a sus personajes
justamente en el centro de la juerga cósmica como testigos del origen del universo; en Canto
cósmico15 Ernesto Cardenal ofrece una versión poetica del big bang, que a propósito resulta ser
muy precisa; en Eureka Poe ofrece una teoría (pre big bang) cuasi mística sobre el origen del
universo. Sabato también personifica las partículas elementales16 y yo diría (mi interpretación)
que en “El Aleph”17 Borges está representando el big bang. Estas manifestaciones literarias de la
cosmología están alineadas con la noción antropológica de la cosmología como la codificación
de la cosmovisión dentro de una cultura.
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El uso de términos especializados pueden dificultar la lectura, lo importante es reconocer que
detrás de los vocablos técnicos hay conceptos entendibles; es decir, no dejemos que las palabras
nos espanten ni nos hagan salir corriendo del tema, pues este no es tan duro de entender ni
requiere de estudios tan sesudos. Ciertos asuntos que nos parecen cotidianos, como la economía,
van acompañados de su propio vocabulario: inflación, producto interno bruto, tasa de cambio,
déficit y otros son términos de significado preciso que no solo están accesibles a los economistas
sino que ya están en boca del público general. Las palabras que el lector se encontrará en este
libro —como electrón, fotón, o neutrón— forman parte del léxico de la vida moderna (¡y, como
beneficio agregado, manejarlas como corresponde en conversaciones de coctel sirve para
impresionar a la concurrencia!). Imaginemos frases como “estoy contento con mi nueva
televisión de pantalla plana porque emite más fotones por unidad de área que esas televisiones
antiguas”. Como autor, podría tratar de limitar el uso de ciertos vocablos que parecen complejos
y aun así garantizar que los conceptos —que es lo que importa— fueran debidamente
transmitidos y quedaran bien entendidos. Sin embargo, he optado por utilizar algunos términos
especializados no solo para darle al lector el gusto de poder impresionar a sus rivales con el buen
uso de lenguaje pedante, sino también para que el lector pueda entender escritos más
“avanzados” sobre el tema.
Después del anterior desvío aclaratorio, ahora sí, señores y señoras, prepárense para el
esplendido festín del cosmobús. Habrá relajo, vallenatos, mucho baile, y una fantástica agitación.
Lo que están a punto de presenciar ocurrió solo una vez en el universo y son pocos los que aún
tienen memoria del evento. Antes de comenzar el espectáculo permítanme presentar a los
personajes de esta noche (ver la foto familiar), porque nunca podrían imaginar que apenas cinco
personajes, cuyos nombres riman con “tron” pudieran causar tanta conmoción. En primer lugar
tenemos al fotón, también llamado “luz” entre sus amigos. De todas las partículas es la más
inquieta, ligera y veloz. Si bien sus cualidades como atleta son superlativas, el pobre fotón sufre
de un grave problema de esquizofrenia: cuando está agitado es peleón y saltón en extremo y se la
pasa chocando y rebotando contra otras partículas; pero cuando su energía baja, se comporta
como onda y se propaga, fresco como una nube de humo, y rodea a los objetos que encuentra a
su paso sin perturbarlos en lo más mínimo. Una propiedad del fotón que despierta la envidia de
sus pares es su colorida vestimenta y la manera como la coordina según su energía: los fotones
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de baja energía se visten de rojo, los fotones de alta energía se visten de azul — y entre esos dos
colores también se atavían de otra serie de colores, según la energía del fotón, en una secuencia
que los físicos llaman el espectro. Pasemos ahora al electrón, un diminuto corpúsculo de muy
poca masa, tan ágil como el fotón pero con una propiedad muy importante que no tiene el fotón:
la carga eléctrica. Poseer carga eléctrica lo convierte en una partícula muy deseable porque todos
nuestros cacharros eléctricos, desde la linterna hasta el iPod, la necesitan para poder funcionar.
Es muy útil cuando se comporta bien porque solo con que su movimiento ordenado fluya entre
cables tiene el poder de generar electricidad. Enseguida tenemos al protón, mil veces más pesado
que el electrón y también poseedor de carga eléctrica pero de signo contrario — la carga del
protón es positiva mientras que la del electrón es negativa. Luego encontramos al neutrón, de
masa un poquito mayor que su hermano el protón pero totalmente carente de carga eléctrica y
por último vemos al misterioso neutrino, de masa muchísimo menor que el electrón, veloz como
la luz y completamente antisocial pues casi nunca se le ve interactuando con otras partículas.
Figura 3-3. Foto de familia
Estos son los cinco personajes más importantes del universo a partir de un segundo después del
origen. Sin embargo, no son los únicos ya que, como veremos, de las reacciones que se producen
cuando estas interaccionan pueden surgir nuevas partículas. Y ni hablar de lo que ocurre antes
del primer segundo, cuando aparecen otros exóticos personajes que rompen todas las reglas y
acaparan por completo la atención. Hasta ahora hemos presentado a nuestros personajes como
entidades individuales, pero es hora de preguntarnos qué tipo de amistades y relaciones pueden
surgir entre ellos. La sicología de las partículas elementales ha consumido a muchos físicos que
se han dedicado a tratar de formular una teoría que explique sus interacciones. El método de
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investigación que usan los sicólogos de partículas es algo rudimentario. Como no es posible
entrevistar a las partículas, lo que hacen los físicos es acelerarlas y ponerlas a chocar
violentamente para examinar lo que resulta de estos encuentros de alta energía. Los productos de
la colisión revelan asuntos importantes sobre la naturaleza de las partículas. Obviamente, esta
práctica no es recomendada entre sicólogos de personas. Imaginemos un proyecto de
investigación en sicología humana consistente en lanzar dos personas hacia una violenta colisión
entre ellas, ¿cuál sería el desenlace? Lo que hemos aprendido es que en el mundo de las
partículas existen unas reglas muy claras que rigen el tipo de interacciones y asociaciones entre
ellas. La regla más importante es que las partículas solo tienen a su disposición cuatro tipos de
interacciones, las cuales vamos a nombrar como lo hacen los físicos, pero con la tranquilidad de
que unos ejemplos aclararán su significado: gravitacional, electromagnética, nuclear fuerte y
nuclear débil. Nada más. Solo existen esas cuatro interacciones en el universo. Ya que sabemos
qué tipo de fuerzas se presentan entre las partículas, veamos ahora las peripecias que pueden
hacer. La gravedad es la más fácil de entender porque la experimentamos todos los días a toda
hora. Basta con que nos paremos encima de una balanza para ver cómo la aguja marca una cierta
cantidad de kilogramos, ¡muy seguramente más alta de lo que desearíamos! Entre las partículas
elementales la gravedad es una fuerza que atrae dos partículas siempre y cuando estas tengan
masa. Por otra parte, la interacción electromagnética es la fuerza que sienten las partículas que
tienen carga eléctrica: si dos partículas poseen cargas de signo opuesto, estas se atraen, y si sus
cargas tienen el mismo signo se repelen. Las interacciones gravitacional y electromagnética se
sienten a largas distancias, lo cual permite observar manifestaciones macroscópicas directas de
estas interacciones. En contraste, las fuerzas nucleares no se sienten por fuera del núcleo
atómico. Al momento de dar nombre a fenómenos nuevos, los físicos pueden ser bastante cortos
de imaginación y presentan propuestas que entorpecen la tarea del divulgador de la ciencia. Por
ejemplo, la fuerza nuclear fuerte es una fuerza de atracción entre partículas que poseen un tipo de
carga especial. ¿Cómo se llama esa carga especial? Lo advertí, los físicos no tienen imaginación
para poner nombres inteligentes a las cosas: se llama “carga de color”. Para empeorar las cosas,
esa carga de color no tiene nada que ver con el concepto de color que se aplica en la vida diaria.
La fuerza nuclear fuerte se hace increíblemente intensa a medida que se separan las partículas
que tienen esa carga especial y, por el contrario, se reduce casi a cero cuando las partículas se
encuentran muy cerca. Ahora bien, en cuanto a la otra fuerza nuclear, la fuerza nuclear débil,
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para ilustrar cómo actúa vamos a necesitar, no a un sicólogo de partículas, sino a un siquiatra de
partículas. Resulta que a veces las partículas elementales exhiben un comportamiento
esquizofrénico. Por ejemplo, miren ustedes lo que le ocurre a un neutrón libre: anda por ahí
tranquilo y, como no tiene carga, no le molestan los protones que se encuentra a su paso, pero ¡a
los pocos minutos el neutrón desaparece y se convierte en un protón! En el proceso el neutrón
también bota un electrón y un neutrino. Nótese que la carga eléctrica se conserva en la reacción
en la que el neutrón decae en un protón y en un electrón porque la carga sumada de los productos
del decaimiento es cero, igual a la carga original del neutrón. La interacción nuclear débil es la
responsable de convertir a un neutrón en un protón.
Antes de entrar de lleno a la parranda en el cosmobús vamos a hacer un pequeño ejercicio de
calentamiento para familiarizarnos con los cosmopersonajes y sus admirables habilidades.
Vamos a dejar que ellos mismos nos muestren las peripecias que ocurren cuando hacen uso de
sus cargas y de las cuatro fuerzas disponibles. Señoras y señores: ¡la formación del núcleo
atómico! Aquí vemos al protón muy quietecito y juicioso, esperando a su compañero, otro
protón. Toman impulso y se acercan pero no logran sentarse juntos porque la fuerza
electromagnética de repulsión se los impide. La gravedad, que es atractiva, para nada les ayuda
porque es demasiado débil comparada con la repulsión entre cargas eléctricas de igual signo.
Intentan de nuevo, esta vez con mayor impulso, sabiendo que si logran vencer la repulsión
eléctrica podrían acercarse lo suficiente como para comenzar a sentir la atracción que la fuerza
nuclear fuerte les permite. Por fin, después de muchos intentos, los dos protones logran sentarse
uno al lado del otro pero al instante siguiente el proton se convierte en un neutrón y así queda
formado un nucleo atómico de deuterio (hidrógeno pesado) liberando energía en el proceso. De
forma similar se pueden formar nucleos más pesados, el siguiente sería el de helio formado por
dos neutrones y dos protones. En 1909 Ernest Rutherford demostró que las partículas alfa que
estudió la señora Curie son núcleos de helio.
Animados por el éxito de haber formado su primer átomo, los cosmopersonajes continuaron
formando átomos cada vez más complejos. Cada vez que al núcleo se le agrega un protón se
forma un elemento químico nuevo: esa es la razón por la cual una de las maneras de identificar
los elementos químicos es considerar el número de protones que tiene el núcleo. Por ejemplo, el
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elemento uno es hidrógeno; el dos, helio; el tres, litio; y así sucesivamente hasta 11818. Los
acróbatas atómicos, habiendo refinado bastante sus habilidades, también se dieron cuenta de que,
para que el núcleo permaneciera estable, era necesario agregar una cantidad de neutrones
aproximadamente igual al número de protones en el núcleo. Armaron el átomo de litio con tres
protones en el núcleo; luego el de berilio, con cuatro; boro, con cinco; carbono, con seis y así
muchos más hasta que el desorden desbordó en caos y fue necesario llamar a Dimitri, el domador
de cosmopersonajes. Dimitri, un ruso muy estricto y malgeniado, conocido por haber
perfeccionado la receta del vodka19, era la única persona a quien estos caprichosos elementos
químicos le hacían caso. Dimitri no tardó en darse cuenta de que los átomos exhibían un
interesante patrón — ¡y vaya acto de acrobacia sincronizada!: cuando se agrupan en 18 filas y en
ocho hileras en orden correspondiente al número de protones en el núcleo, ¡repiten sus
propiedades químicas!
Nuestro “domador”, Dimitri Ivanovich Mendeleyev, estableció la tabla periódica de los
elementos químicos en 1869, tabla que hasta el sol de hoy es afiche obligado en casi todas las
aulas de bachillerato. En ese entonces los químicos conocían 60 elementos, un número
demasiado alto que iba en contravía de la ambición de explicar la materia y sus interacciones con
un conjunto reducido de leyes y principios fundamentales. Con el orden subyacente en la tabla
periódica, Mendeleyev dio un paso decisivo hacia esa alta meta de la física. Mendeleyev halló
patrones sencillos en el ordenamiento de los elementos químicos y con ello nos entregó un
instrumento dotado de una propiedad codiciada por todas y cada una de las teorías científicas: el
poder predictivo. Efectivamente, cuando Mendeleyev puso todos los elementos químicos
conocidos hasta el momento en su tabla periódica, aparecieron celdas vacías que apuntaban a la
posibilidad de que todavía hubiera elementos químicos por descubrir. No solo fue posible
predecir la existencia de elementos químicos nuevos, sino que también fue posible anticipar sus
propiedades químicas. Por ejemplo el galio, el escandio y el germanio son tres elementos cuya
existencia Mendeleyev predijo y que más tarde fueron descubiertos en los países que inspiraron
sus respectivos nombres (del latín para Francia, Escandinavia y Alemania, respectivamente).
Siguiendo la analogía del cosmobús, la historia del universo procedió de la siguiente manera:
Comenzamos cuando el universo tenía apenas un segundo de edad; en ese momento el bus era
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muy pequeño y los pasajeros se quejaban todo el tiempo de la incomodidad. La temperatura era
altísima y no quedaba espacio para moverse; al mismo tiempo, los pasajeros estaban muy
alterados se chocaban violentamente entre ellos. Debido al comportamiento esquizofrénico
explicado más arriba— algunos neutrones se convirtieron en protones. En esta sopa que los
físicos llaman plasma primordial, la temperatura era demasiado alta para permitir la formación
de átomos neutros.
Figura 3-4. El cosmobus
La temperatura dentro del bus es la energía de movimiento de las personas. Cuando la
temperatura es alta, las personas están muy inquietas y se mueven alocadas, saltan, brincan de
acá para allá y, como además el espacio es sumamente reducido, las personas se topan
continuamente unas con otras. En este medio el topeteo ocurre con mucha frecuencia, lo cual a
su vez contribuye a mantener las altas temperaturas y también hace que el medio sea opaco a la
luz. La luz no se propaga en este ambiente debido a la dificultad que tendría un fotón en pasar de
una parte a otra del bus. El fotón es un pasajero más, pero es muy ligero y veloz; con tanto
choque entre las personas su trayectoria dentro del bus sufre interrupciones constantes y cuando
choca rebota cambiando de rumbo constantemente. El fotón se siente en este medio como metido
en una melaza que le impide avanzar a buena velocidad y en dirección rectilínea. Al final, entre
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choque y choque, nuestro pobre fotón no logra avanzar gran cosa. Además, su trayectoria
errática en vez de llevarlo a la parte trasera del bus lo deja a pocos pasos del punto de partida;
pareciera un borracho que trata de llegar a casa pero que más bien se la pasa parando sin ton ni
son en un bar y en el siguiente. Lo mismo ocurre en el interior del Sol, donde la densidad y la
temperatura son extremadamente altas. Un fotón que comienza su viaje en el centro del Sol, se
demora cerca de un millón de años para llegar a la superficie.
Con el pasar del tiempo, más y más neutrones se convierten en protones. Debido a las altas
temperaturas, estos protones entran en choques violentos con los neutrones y con otros protones,
que es justamente lo que los protones necesitan para saltar la barrera de repulsión entre cargas
iguales y formar núcleos de helio. Transcurrido un minuto después del origen encontramos que
el medio contiene cierta cantidad de núcleos de helio, helio ligero (con un solo neutrón en vez de
dos), y en menor cantidad también comienzan a formarse núcleos de litio y deuterio. Todavía no
pueden existir átomos neutros porque la temperatura es demasiado alta y los choques entre los
pasajeros no permitirían que un electrón entrara en su nube alrededor del núcleo. Es fácil
imaginar que en estas condiciones, si se llegase a formar un átomo neutro, este no se mantendría
más que una pequeña fracción de segundo debido a los choques continuos que empujarían a los
electrones fuera del átomo. Los electrones, entonces andan libres chocando con los fotones en
todo momento.
Recordemos que el cosmobús se expande con el tiempo. ¿Cómo cambia la situación de los
pasajeros a medida que el bus se vuelve más amplio? Con el espacio adicional disponible a los
pasajeros queda claro que los choques entre ellos tienden a disminuir y que poco a poco se
pueden mover con más holgura y se van tranquilizando. Lo anterior corresponde a un descenso
en la temperatura (siendo esta la energía de movimiento de las personas). La temperatura decrece
en la misma proporción en que crece el radio del universo. Los núcleos atómicos que se han
formado hasta ese momento también participan del alboroto y rebotan por todos lados. En
promedio, la temperatura es la misma para todos los grupos de partículas y en todas las regiones
del cosmobús. Como no he olvidado que les prometí uno que otro término que pudieran lucir en
una conversación de coctel, aquí va otro: a esta situación los físicos le dan el pomposo rótulo de
“equilibrio termodinámico”. La reducción de la temperatura que ocurre en el bus a medida que
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este se expande no produce cambios estructurales en el medio por un largo tiempo. Al fin y al
cabo se trata apenas de un montón de pasajeros que se mueven como locos, solo que ahora hay
menos choques entre ellos. Cuando el universo tiene apenas entre tres y 15 minutos de edad la
temperatura baja al punto en que ya no se pueden formar más núcleos atómicos; es decir, los
choques entre protones no son lo suficientemente energéticos como para formar más núcleos. Si
las cosas pararan en ese momento, el resultado sería un universo que contiene solo elementos
ligeros (hidrógeno, helio, helio ligero, litio, y deuterio). Empero ¿dónde está el resto de los
elementos? Hoy sabemos que los elementos más pesados que el helio se formaron en las
estrellas, sin embargo esa información no la sabía Gamow, quien pensaba que la cadena de
formación de elementos en el big bang continuaba con los elementos pesados. Gamow y Ralph
Alpher, su estudiante de doctorado, realizaron los cálculos y en 1948 Alpher presentó los
resultados como parte de su tesis doctoral en la Universidad de George Washington20.
Empezaron a circular rumores de un importante descubrimiento en astrofísica que llegaron a
oídos de la prensa y esta tuvo el olfato para sospechar que si un científico anunciaba que quería
hacer una revelación sobre el origen del universo valía la pena tener las antenas bien puestas
porque seguramente había una noticia en ciernes. Sin embargo el día de la sustentación de la
tesis de Alpher (las sustentaciones de tesis doctorales son eventos abiertos al público) se hicieron
presentes varios periodistas del Washington Post pero lo que se perfilaba al comienzo como una
oportunidad invaluable para divulgar la ciencia, apareció en el periódico en una nota del tamaño
de una estampilla; para colmo, la brevísima reseña iba acompañada de una caricatura que se
burlaba de la idea misma de que el origen del universo se pudiera explicar. La noción de que el
universo comenzó en el big bang y que los elementos químicos se cocinaron en los primeros
cinco minutos del universo fue tachada de ridícula. Igualmente, el público reaccionó con un gran
rechazo a la posibilidad de que existiera una versión científica del origen del universo. Alpher
cuenta que recibió numerosas cartas en las que sus corresponsales le informaban que se iba a
condenar, pero que igual estarían orando por la suerte de su alma.
Entramos aquí a uno de los episodios más interesantes de la historia del big bang. En resumen,
podríamos decir que la teoría del big bang nació muerta. Ya habíamos mencionado el rechazo de
los teóricos, liderados por Hoyle, ante el indecoroso concepto de un tiempo especial en el pasado
en el que se originó todo el universo. Ahora presenciaremos la estrepitosa caída de la naciente
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cosmología física, caída propiciada por dos eventos en particular: uno, el trabajo subsiguiente de
los físicos nucleares demostró que el mecanismo de Gamow para la generación de los elementos
químicos más allá del helio no funciona; y dos, la rapidez de la expansión del universo derivada
originalmente por Hubble implicaba que la edad del universo era mucho menor que la edad de la
Tierra, una violenta contradicción que hacía imposible sustentar la teoría del big bang. De
haberle hecho caso a Popper, los cosmólogos habrían tenido que descartar el big bang en ese
momento. Por otro lado, el problema con el esquema de Gamow para la producción de los
elementos químicos surgió cuando los físicos nucleares se dieron cuenta de que la progresión de
formación de núcleos atómicos se interrumpe al llegar al boro, el elemento número cinco.
Resulta que el boro en proceso de formación decae con gran rapidez de modo que frena la
secuencia de aparición de elementos cada vez más pesados; y como el universo está en
expansión, la densidad baja en pocos minutos con lo cual queda negada la posibilidad de que se
formen elementos pesados por el resto de la historia del universo. Con esto, la idea del big bang
quedó archivada más o menos 15 años. Empero, el rescate de la idea apareció de la forma más
inesperada e insólita: por un lado, el descubrimiento fortuito de la radiación de fondo, y por otro,
la solución al problema de la formación de elementos fue provista por el más acérrimo
perseguidor del big bang, ¡el mismo Hoyle! Ya mencionamos el trabajo de Hoyle con sus
colegas Fowler y los dos Burbidge. En ese trabajo se proponía que los elementos más pesados se
construyen en las estrellas. Unir el mecanismo de Gamow con el de Hoyle permite dar cuenta de
la abundancia de los elementos en el universo: los más ligeros (hidrógeno, deuterio, helio, litio y
berilio) se formaron en los primeros minutos después del origen del universo y el resto se formó
en las estrellas. Cuando las estrellas consumen su combustible nuclear ya no pueden generar la
presión que las mantiene en equilibrio contra la gravedad y terminan colapsando y botando gran
parte de su masa —donde están incluidos elementos pesados— al medio interestelar donde se
forman nuevas estrellas y sistemas planetarios como el nuestro. La crisis de la edad del
universo21 fue resuelta cuando el astrónomo alemán Walter Baade descubrió que las estrellas
variables usadas por Hubble para derivar la velocidad de expansión del universo exhibían
comportamientos diferentes que justificaban separarlas en dos grandes grupos. Cuando se trabaja
con el grupo apropiado de estrellas variables, la edad del universo ya no entra en contradicción
con la edad conocida de la Tierra. El segundo empujón que resucitó la teoría de Gamow fue la
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detección de la radiación de fondo, cuyo significado explicaremos regresando a nuestro bus
cósmico.
En el cosmobús ocurren todo tipo de fenómenos extraños entre los cuales el más célebre es que
los pasajeros no se pueden ver entre ellos porque —como ya lo vimos— debido a los numerosos
choques que sufren los fotones, la luz no se puede propagar libremente de un lugar a otro del bus.
En consecuencia, los pasajeros se comunican mediante sonidos, los cuales sí se pueden propagar.
Qué extraño: en el universo primigenio la luz no se puede propagar pero el sonido sí. Una onda
acústica se propaga transmitiendo un cambio de presión de una región a otra. Pensemos en la
imagen clásica de lo que es una onda: se lanza una piedra a la superficie quieta de un lago. El
impacto de la piedra en el agua inicia en la superficie la formación de unos anillos que crecen y
se mueven hacia los bordes del lago. No hay un movimiento neto de partículas de agua desde el
punto de impacto de la piedra hacia fuera; lo que se propaga es una onda de presión. La
perturbación generada por el impacto de la piedra se le transmite a la región vecina en el agua, y
a su vez esta se la comunica a vecinos terceros y así sucesivamente hasta llegar al borde del lago.
Los pasajeros no tardaron en aprender que un buen grito era la mejor forma de enviarse
mensajes. Naturalmente, los pasajeros, ya de por sí alborotados por el desorden reinante, se dan
cuenta de los efectos sonoros y proceden a sumarle estrépito al ya animado jolgorio con
vallenatos cantados a todo pulmón. El medio está impregnado de ondas sonoras que, por ser
ondas de presión, efectivamente se convierten en fluctuaciones en la densidad del medio: al
propagarse el sonido, una región sufre momentáneamente un aumento de densidad mientras que
la región vecina muestra una disminución. Debido a los choques incesantes entre los pasajeros,
estas fluctuaciones afectan por igual a todos los grupos de pasajeros. Y como les dije que iba a
llamar las cosas por su nombre, me permito presentarles un término que, pronunciado
correctamente, le permitirá al hablante dar la impresión de que es doctor en física. Me refiero a
las “fluctuaciones adiabáticas”, que es como los físicos se refieren al hecho de que las
fluctuaciones que se daban entre los pasajeros se compartían por igual entre todos los grupos de
pasajeros. Estas fluctuaciones van y vienen como las olas del mar y se observan por todos los
lugares del universo. Los protones, los neutrones y los núcleos atómicos recién formados
tienden, por causa de la gravedad, a atraerse mutuamente, pero en ese momento cualquier
agrupación de pasajeros es débil y efímera. No se puede formar ningún tipo de estructura en el
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espacio, la materia en promedio tiene la misma densidad y participa de las vibraciones acústicas
en todos los rincones del bus. Con la expansión del bus, los sonidos adquieren un tono más
grave, como ocurre con la membrana de un tambor: mientras más grande el área del tambor, más
bajas las frecuencias que puede producir. El bus continúa en expansión, el ambiente se va
enfriando poco a poco y los pasajeros, ahora con más espacio disponible, tienden a calmarse.
Sin embargo, no pasa mucho tiempo antes de que se produzca un cambio estructural serio. Ese
cambio se presenta cuando la temperatura baja a tal punto que los electrones pueden permanecer
enjaulados en sus correspondientes átomos. De ese momento en adelante se forman átomos
neutros. Una de las consecuencias inmediatas de ese cambio sustancial en el medio es que con
los electrones confinados a brincar muy cerca de sus sillas, ya los fotones no tienen tantos
obstáculos y se pueden mover con libertad. Un señor fotón que decide desplazarse de un extremo
a otro del bus puede hacerlo sin tropiezo alguno. En otras palabras, el universo es ahora
transparente, es posible ver de un extremo al otro del bus. A este evento, que ocurrió cuando el
universo tenía una edad de 380 000 años, se le denomina “el desacople” porque los fotones se
desacoplan de la materia. Empero, quizás debería más bien llamarse “el divorcio”, porque en ese
momento realmente los fotones y la materia decidieron separarse para siempre. Al momento de
la separación, lo único que los fotones llevaron consigo fue la marca dejada por las vibraciones
de sonido que compartían armoniosamente con la materia cuando vivían juntos. La parranda se
acabó y de recuerdo los fotones se llevaron la foto de los ecos del vallenato. Y aquí van los
nombres científicos para que el lector tome nota y use cuidadosamente: a los fotones que
participaron de la parranda inicial y que andan libres por ahí por todos los lados se les llama
“radiación cósmica de fondo” o “radiación de fondo” en su versión reducida. Para referirse a las
marcas que dejaron las vibraciones acústicas en el fondo de radiación, los científicos usan la
complicadísima expresión “anisotropías de la radiación cósmica de fondo”, yo prefiero llamarlas
“ecos del vallenato”22. Usado en este contexto, el vocablo “radiación” no tiene nada que ver con
radioactividad; es una manera simplificada de decir radiación electromagnética. Naturalmente, el
ambiente en el bus cambió radicalmente después del divorcio: mientras que antes los pasajeros
participaban por igual de un continuo topeteo y así formaban un medio homogéneo, después
surgieron diferencias entre el comportamiento de los pasajeros. Por un lado los fotones (luz), que
ahora empezaron a preferir que se les llamara radiación, se creían de una clase más alta y ya no
querían contacto con la materia. Como no tienen masa, se dedicaron a viajar veloces, a gozar su
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nueva libertad y formaron así el fondo de radiación en el universo. Los otros pasajeros existían
en forma de átomos neutros pero, como sí tienen masa y ya la temperatura había bajado, dejaron
de moverse alocadamente como lo hacían antes y empezaron a verse respondiendo a la atracción
gravitacional mutua y a formar grupos surgidos de forma natural en las regiones donde las ondas
de sonido habían dejado regiones de mayor densidad. Con el tiempo, la atracción gravitacional
hizo que estas agrupaciones de materia crecieran, se diferenciaran de otras y formaran así las
grandes estructuras de materia en el universo — esas que hoy vemos en forma de cúmulos y
súper-cúmulos de galaxias. Lo interesante es que la estructura del universo nació alrededor de las
fluctuaciones de densidad que dejaron las ondas acústicas; es decir, los vallenatos de la gran
parranda también dejaron su marca en los patrones de agrupaciones de la materia. Queda pues
establecida la importancia de los vallenatos en el universo: las ondas acústicas en el universo
primigenio dejaron simultáneamente su marca en el fondo de radiación y en las nubes de materia.
Los ecos del vallenato impresos en la radiación de fondo y los patrones en la distribución de las
galaxias son pruebas que dejó el universo primigenio y que dan testimonio de un pasado caliente,
denso y turbulento.
Ya antes señalamos la necesidad que tienen las buenas teorías científicas de hacer predicciones
atrevidas. La teoría del big bang brilla en ese aspecto. Del análisis de lo ocurrido en la gran
parranda, durante los primeros 380 000 años del universo, se desprenden las siguientes
predicciones concretas: (1) debe existir un fondo de radiación que impregna todo el espacio; los
fotones que dominaban el ambiente cuando el universo era joven deben estar por ahí entre
nosotros en todo lugar y momento, entre este libro y el lector, entre las casas y los edificios de la
ciudad, entre la Tierra y el Sol, entre las estrellas y las galaxias; (2) los colores de la luz que
constituye el fondo cósmico de radiación no son arbitrarios, deben ajustarse a una distribución
característica que viene determinada por las condiciones de equilibrio existentes en el momento
del divorcio (o desacople) y por la expansión del espacio; (3) el fondo de radiación debe exhibir
las huellas impresas por las ondas acústicas al momento del divorcio, es decir los ecos del
vallenato; (4) las galaxias que vemos en el firmamento no están dispersas de forma regular; se
agrupan en grandes estructuras de tamaños característicos que también reflejan las ondas
acústicas antes del divorcio; (5) si hacemos un inventario de los ingredientes en el cosmos
encontraremos que el elemento de mayor abundancia es el hidrógeno (75%), seguido por el helio
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(24%) y unas pequeñísimas trazas de otros elementos ligeros como el deuterio, el litio y el helio
ligero; las proporciones de los elementos primordiales vienen fijadas por el proceso de núcleo
síntesis ocurrido durante los primeros tres minutos del universo; (6) las reacciones nucleares que
se dieron durante los tres primeros minutos también generaron un fondo de neutrinos que
impregna el espacio igual que el fondo de radiación; (7) la distancia entre las galaxias aumenta
con el tiempo debido a la expansión universal; y (8) el universo era más caliente y denso en el
pasado. Más adelante veremos en detalle cómo cada una de estas predicciones (excepto por el
fondo de neutrinos) han sido corroboradas con precisión exquisita por diversas observaciones
astronómicas. La razón por la cual la teoría del big bang del origen del universo es hoy en día
aceptada por la abrumadora mayoría de la comunidad científica se basa en que todas sus
predicciones son corroboradas cada vez con mayor precisión. Además, la teoría incorpora
observaciones en un inmenso rango de escalas de espacio-tiempo —desde las partículas
fundamentales hasta la expansión del universo— lo cual le da coherencia interna y amplitud de
dominio. La teoría del big bang está construida sobre los sólidos pilares de la relatividad general
y la física nuclear, los cuales han sobrevivido a su vez cerca de cien años de pruebas
experimentales.
Los cálculos de núcleo síntesis en el big bang realizados por Alpher y Gamow fueron publicados
en el famoso artículo23 de 1948 donde por broma incluyeron el nombre de Bethe como segundo
autor para que la lista de autores (Alpher, Bethe y Gamow) rimara con alfa, beta y gama. Ya
desde 1942 Gamow venía contemplando la idea de cocinar los elementos de la tabla periódica
usando los primeros minutos del big bang como un gran horno cósmico. Sin embargo, se
considera que fue el artículo “alfa-beta-gama” donde la idea cuajó. Cabe recordar que el
concepto presentado en la publicación tenía errores pero que, con errores y todo, este artículo
encaminó a la cosmología física por la ruta correcta24. No era desde luego la primera vez25 que
un artículo con ideas erróneas acaba convertido en el pilar de un nuevo paradigma cosmológico.
En Diálogo Galileo presentó argumentos a favor del modelo heliocéntrico, pero erróneamente
proponía a las mareas como prueba del movimiento de la Tierra en torno al Sol. Sabemos que las
mareas no están relacionadas con el movimiento de translación de la Tierra, pero también
sabemos que Diálogo fue un factor primordial en la revolución científica del Siglo XVII. Traigo
a colación estos ejemplos para ilustrar, una vez más, el hecho de que la ciencia no es una
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actividad que se desarrolle linealmente según una receta de resultados predecibles. Lo que el
desarrollo de la cosmología nos indica es que la ciencia avanza de una manera complicada y que
está afectada por factores sociales, pero que a pesar de estos últimos, al final las ideas correctas
brotan y sobreviven.
Alpher, el estudiante de tesis de Gamow, y su colega Robert Herman, hicieron en 1948 el trabajo
relacionado con la radiación de fondo, pero nadie le prestó atención y el trabajo quedó en el
olvido. Al mismo tiempo que escribía su tesis doctoral, Alpher estaba trabajando para el
laboratorio de la Universidad Johns Hopkins. El par de investigadores se dieron cuenta de que la
radiación existente en el universo durante el período en el que ocurrió la núcleo síntesis de los
elementos ligeros debe estar presente hoy en el universo26. Ellos también reconocieron que
debido a la expansión universal, la temperatura de la radiación de fondo debe ser mucho más
baja de lo que era en el universo joven. Se pusieron a la tarea de calcular la temperatura que la
radiación de fondo debería tener hoy y llegaron al resultado de -268 grados Celsius. El universo
hoy, como puede apreciar el lector, es muy frío: apenas 5 grados Celsius por encima de la
temperatura más baja que se puede dar en la naturaleza, que es de -273.15 grados Celsius. Los
físicos prefieren usar una escala donde la temperatura más baja posible sea cero y la denominan
la escala de temperatura absoluta. La unidad correspondiente de medida toma el nombre del río
Kelvin que pasa por la Universidad de Glasgow, porque allí estudió el físico inglés William
Thomson, que fue quien identificó el concepto de temperatura absoluta cero. Luego Thomson
recibió un título nobiliario y hoy es conocido como Lord Kelvin. Un grado Kelvin es igual a un
grado Celsius, pero en la escala Kelvin no existen temperaturas negativas. Thomson fue uno de
los gigantes de la termodinámica y a él se le debe la formulación matemática del concepto de
calor como manifestación de la energía de movimiento de las partículas en el medio. Estudió la
transformación de la energía mecánica en calor y reconoció que en todos los procesos mecánicos
hay pérdidas de energía que generan calor, Thomson predijo la muerte térmica del universo. Es
decir, que la energía en las estrellas y el movimiento de los planetas terminarán agotándose y
disipándose en un gas amorfo. En la escala de temperaturas absolutas, los cálculos de Alpher y
Herman indicaban que la radiación de fondo debería tener hoy 5 grados Kelvin. Inicialmente,
aduciendo la dificultad para detectar un
nivel tan bajo de radiación, Gamow no le dio
importancia a la predicción de Alpher y Herman. Empero, en un artículo publicado en 1953,
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Gamow presentó resultados de un cálculo independiente donde predijo la radiación de fondo a
una temperatura de 7 grados Kelvin; tres años después dio a conocer aun otro método para
calcular la temperatura de la radiación de fondo, cuyo resultado, en esta ocasión, era de 6 grados
Kelvin27.
Uno de los premios Nóbel más célebres en el área de astrofísica resultó de un trabajo publicado
en un escueto artículo de dos páginas. En él, un par de radio astrónomos reportaban que habían
detectado ruido en una antena de radio. ¿Por qué un experimento aparentemente inocuo se hizo
merecedor del premio Nóbel? Ganarse el Nóbel de física representa, no solo recibir la suma de
10 millones de coronas suecas, viajar en primera clase a Estocolmo y asistir a un banquete con su
majestad el rey de Suecia. Sencillamente, el premio Nóbel es el máximo reconocimiento que un
científico puede recibir y el galardón conlleva un prestigio de altísimo nivel; por eso se otorga a
trabajos extraordinarios. En este caso se trató nada menos que del descubrimiento que hicieran
en 1965 Arno A. Penzias y Robert W. Wilson del fondo de radiación que dejó el big bang. Ese
trabajo fue decisivo para avanzar la cosmología científica —muchos autores consideran que le
dio sepultura definitiva al modelo alternativo de Hoyle de estado estacionario— y por él los dos
científicos recibieron el premio Nóbel en 1978.
El experimento de Penzias y Wilson es el ejemplo arquetípico de los descubrimientos que
ocurren por azar. Las observaciones no fueron de ninguna manera planeadas para descubrir los
rastros del big bang.28. Estos dos astrónomos trabajaban en los laboratorios de la empresa de
teléfonos Bell, en New Jersey. Su trabajo consistía en medir, con una antena de radio sintonizada
a microondas, las interferencias en las telecomunicaciones con satélites. Estando en ello apareció
un fondo de ruido en su aparato receptor. Después de tratar en vano de hallar la fuente del ruido
en factores locales, incluido un sospechoso depósito de excremento de paloma que se encontraba
en la superficie interna de la antena, este fue atribuido a la temperatura de la radiación de fondo
del universo. Las observaciones fueron reportadas en un artículo insustancial titulado “Medición
del exceso de temperatura de antena a 4080 Megahertzios”, ejemplar por su brevedad, precisión
y carencia de ostentación y alarde29.
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Más de 100 premios Nóbel de física se han concedido desde 1901, cuando Alfred Nóbel
instituyó el reconocimiento, empero solo siete se han concedido a investigaciones y
descubrimientos en el área de la astrofísica. El hecho de que los Nóbel en astrofísica hayan sido
otorgados todos en los últimos 40 años es reflejo del avance en la materia: Hans Bethe (1967),
por el descubrimiento del mecanismo de generación de energía en las estrellas; Martin Ryle y
Anthony Hewish (1974), por su trabajo en radioastronomía y el descubrimiento de los pulsares;
Penzias y Wilson (1978), por el descubrimiento de la radiación cósmica de fondo; Subramanyan
Chandrasekhar y William A. Fowler (1983), por los avances en la teoría de la estructura y la
evolución estelar (Chandrasekar), y por los estudios de las reacciones nucleares que formaron los
elementos primordiales en el universo (Fowler); Russell A. Hulse y Joseph H. Taylor (1993), por
el descubrimiento de un nuevo tipo de pulsares; Riccardo Giacconi (2002), por sus
contribuciones al avance de la astrofísica de rayos X; y George Smoot y John Mather (2006), por
liderar el proyecto COBE (del inglés para “Explorador del Fondo Cósmico”) de la NASA con el
cual se observaron por primera vez los ecos del vallenato y se midió el espectro de la radiación
de fondo con alta precisión.
En palabras muy resumidas podríamos decir que lo que hicieron Penzias y Wilson y luego Smoot
y Mather fue tomarle la temperatura al universo. ¿Cómo es posible medir la temperatura del
universo con una antena de radio? La explicación se basa en entender el comportamiento de uno
de los personajes presentes en la fiesta del cosmobús. ¿Recuerdan el fotón? El espectro de
energías de la radiación de fondo depende de la temperatura del universo, por lo tanto una
medición de la distribución espectral de la radiación de fondo es equivalente a medir la
temperatura del universo. En condiciones de equilibrio termodinámico, cuando la temperatura es
estable, la distribución espectral adquiere una forma muy bien definida, tema que para los físicos
de finales del Siglo XIX fue motivo de una intensa actividad y al cual contribuyeron notables
científicos como Gustav Kirchhoff, Wilhelm Wien y Ludwig Boltzmann y que culminó con el
trabajo de Max Plank. La noción de “quantum” desarrollada por Plank (premio Nóbel 1918) —
que dio nacimiento a la teoría cuántica— fue introducida para explicar las características de los
fotones en equilibrio termodinámico. Con el universo en expansión la temperatura baja y como
consecuencia los fotones son menos energéticos. Los fotones de baja energía tienden a exhibir su
comportamiento de onda, de hecho son ondas electromagnéticas, las mismas que James Clerk
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Maxwell predijo, las mismas que el físico alemán Heinrich Rudolf Hertz produjo en su
laboratorio y las mismas que usó Guglielmo Marconi para enviar el primer mensaje telegráfico a
través del Atlántico. La luz es radiación electromagnética que tiene energías dentro del rango al
cual nuestro sentido de la vista es sensible. Por debajo del rango visible vienen las ondas
electromagnéticas infrarrojas, de microondas y de radio —las de microondas como las usadas en
los hornos de microondas y las de radio como las ondas transmitidas por las emisoras de radio y
televisión. Por encima del rango visible están las ondas ultravioleta, los rayos X y la radiación
gama. Al momento del divorcio, la temperatura del fondo de radiación en el universo era de 3
000 grados kelvin, un factor de mil más alta que la temperatura del fondo de radiación hoy. El
factor de mil es debido a que el tamaño del universo aumentó en un factor de mil desde la época
del divorcio hasta hoy. El valor de la temperatura de la radiación de fondo hoy —2,7 grados
Kelvin— corresponde a fotones que se comportan como ondas electromagnéticas en el rango de
las microondas, las cuales se detectan con una antena: las ondas electromagnéticas le imparten
movimiento a los electrones en la antena y generan de este modo una corriente eléctrica que se
puede amplificar y grabar. Y en esto yace la explicación de por qué se usa una antena para medir
la temperatura del fondo de radiación. Con base en la relación señalada por Plank entre la
temperatura del medio y la energía de los fotones, se puede decir que una antena de radio es un
termómetro. Nótese, sin embargo, que la antena debe estar “sintonizada” a la frecuencia
adecuada para que la temperatura pueda ser medida. Cualquiera podría señalarnos la poca
utilidad que tendría un termómetro si para usarlo se requiriera saber de antemano el valor de la
temperatura. Esta aparente deficiencia no es en absoluto limitante cuando lo que se desea es
medir un efecto predicho por la teoría, como en el caso de la radiación térmica predicha por la
teoría del big bang. La suerte de Penzias y Wilson está en que, sin saberlo sintonizaron su antena
justamente al rango de frecuencias (microondas) que permiten medir la temperatura del universo.
Estamos en 1964 y Penzias y Wilson no saben qué sucede con su antena, que continúa
recibiendo ruido a todas las horas del día y en todas las direcciones. Ellos ignoraban que Alpher
y Herman habían predicho 16 años atrás la existencia del susodicho ruido. La temperatura del
fondo de radiación medida por Penzias y Wilson fue de 3,5 grados Kelvin; luego en 1992 el
COBE reportó un resultado de 2,725 grados Kelvin (-270.425 grados centígrados) con una
increíble precisión de una milésima de grado Kelvin.
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Es difícil hacerle justicia en palabras a la importancia de estos resultados porque cualquier
colección de superlativos a la que apelemos, por una parte se quedaría corta y por otra podría
verse como una exageración. Miremos una vez más el contexto en el que ocurrieron los hechos:
dos físicos teóricos examinan las consecuencias de un modelo del origen del universo y predicen
la existencia de una radiación de fondo que hoy debe tener una temperatura cercana a los 5
grados kelvin; la predicción cae en el olvido, pero 16 años más tarde es detectada
inadvertidamente y se verifica que el cálculo teórico original de su temperatura difiere por tan
solo 2 grados Kelvin. Por si fuera poco, el COBE mide el espectro de la radiación, ¡y este
coincide perfectamente con la forma del espectro predicha!30 Vale la pena mostrar la gráfica
(abajo) que se usó para presentarle esa medición a la comunidad científica, porque lo que sucedió
cuando John Mather la mostró por primera vez es algo que rara vez ocurre en el ambiente de los
simposios científicos, tan poco dados a las expresiones de emoción humana: ¡la sala repleta de
astrofísicos saltó en aplauso emocionado! La curva muestra que los datos de la medición están de
acuerdo casi perfectamente con la predicción teórica, con pequeñas desviaciones no superiores a
un 0.03% (en la gráfica las barras de error son más pequeñas que el grueso del trazo de la curva)
Figura 3-5. Curva del espectro de la radiación de fondo
En cosmología, los resultados obtenidos a partir de observaciones que gozan de esta precisión
eran inconcebibles pocos años atrás cuando los cosmólogos se halaban de las mechas y cada uno
defendía su propio modelo que, aunque plausible, carecía de contacto con observaciones
astronómicas. Haber observado la radiación que reinaba durante los primeros minutos del
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universo, en los que se cocinaron los elementos químicos ligeros, indica hasta qué punto fue
exitosa la idea de Gamow de traerle a la cosmología los aportes de la física nuclear. Por esa
misma razón, Gamow debe ser considerado el originador de la cosmología física. El cura
Lemaitre nunca se interesó por el trabajo de Gamow, y con su “átomo primigenio” no propuso
un mecanismo físico en operación al comienzo del big bang. Su idea era más bien una metáfora.
El descubrimiento de la radiación de fondo catapultó el modelo del big bang a grandes alturas
dentro de las esferas académicas, aunque no todos los científicos aceptaron la interpretación de
que la radiación de fondo observada por Penzias y Wilson provenía realmente del big bang. Un
reducido grupo de seguidores de Hoyle, entre ellos Jayant Narlikar y Geoffrey Burbidge,
propusieron un mecanismo alterno para explicar la señal detectada por Penzias y Wilson. Para
Narlikar y sus amigos esta señal puede ser producida por la radiación combinada de todas las
estrellas que es absorbida y re-emitida, con un espectro de tipo Plank, por nubes de gas intergaláctico compuestas de pelitos diminutos de carbono. Aunque la idea no es del todo
descabellada, pronto quedó desclasificada como una contendora viable debido principalmente a
la existencia de una propiedad de la radiación de fondo que predice el big bang. Dicha propiedad
ha sido observada, pero no se puede explicar a base de pelitos de carbono que flotan en el
espacio. ¿Recuerdan el eco del vallenato? Veremos más adelante cómo esas pequeñitas
irregularidades en la radiación de fondo —cuyo espectro de potencias debe reflejar las
vibraciones acústicas de la gran parranda— ya han sido observadas y sus características son
compatibles con las predicciones del big bang, pero no con el modelo de Hoyle y compañía. Otra
observación que está de acuerdo con el big bang pero no con el modelo estacionario, es que en el
big bang con el crecimiento del radio del universo debe observarse una disminución
proporcional en la temperatura de fondo mientras que en el modelo estacionario la temperatura
es constante. El aumento de temperatura en la proporción esperada es justamente lo que los
astrónomos han reportado. Para medir la temperatura de la radiación de fondo en el pasado los
astrónomos usan como termómetro las moléculas de monóxido de carbono presente en galaxias
lejanas. La luz que nos llega de galaxias lejanas fue emitida en el pasado, cuando la temperatura
del universo era más alta, y por lo tanto nos trae información sobre las condiciones existentes en
el pasado. Las moléculas de monóxido de carbono hacen las veces de termómetros porque
reaccionan a la temperatura haciendo que los electrones salten a capas más alejadas del núcleo y
en el proceso absorben luz de determinada frecuencia. El resultado final es que el espectro de luz
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de estas galaxias exhibe marcas específicas que dependen de la temperatura en el ambiente al
momento en el que la luz fue emitida. Algunas mediciones recientes (2008) realizadas desde
Chile con el telescopio VLT (del inglés para very large telescope o telescopio muy grande)
recogieron la luz emitida hace 11 000 millones de años por una galaxia lejana31. El análisis del
espectro indica que en esa época la temperatura del universo era de 9,15 grados kelvin, lo cual
cuadra perfectamente con la temperatura esperada en el big bang hace 11 000 millones de años.
Algunos físicos teóricos no claudican con facilidad y antes que abandonar el magnífico palacio
teórico en que han invertido parte de sus vidas prefieren deformarlo con tal de acomodar los
datos. La práctica de ajustar una teoría a los datos no es tan exótica entre los investigadores pero
les ha servido de munición a los sociólogos que están interesados en poner en evidencia el que,
según ellos, es el carácter relativo de las teorías científicas. De este tema nos ocuparemos en el
Capítulo 5. Por ahora sólo mencionaré la reacción del grupo de Hoyle a las observaciones
astronómicas que invalidaron su modelo. En una serie de artículos publicados a partir del 2001,
Narlikar, Hoyle y Burbidge reciclaron el modelo cosmológico estacionario mediante la
introducción de un mecanismo algo peregrino que produce oscilaciones en el espacio, de modo
que en el pasado el universo se vea más denso y por lo tanto se pueda ajustar a las
observaciones32. Un análisis realizado por el profesor Edward Wright de la Universidad de
California en Los Ángeles, demostró que ese ejercicio teórico, rotulado por sus autores como el
“modelo cosmológico cuasi-estacionario”, no reproduce la estructura de las ondas acústicas
observadas en el fondo de radiación33.
ECOS DEL VALLENATO OBSERVADOS POR LA NASA
Posterior al descubrimiento del fondo de radiación se generó toda una industria académica en
torno al tema. En particular, el grupo experimental de George Smoot se convirtió en líder porque
realizó mediciones —tanto del espectro como de la homogeneidad de la radiación de fondo— en
globos, aviones, picos de montañas, desiertos y hasta en la Antártica. Pronto los intentos por
precisar las propiedades de la radiación de fondo se vieron limitados por el ruido de microondas
emitido por las moléculas de agua en la atmósfera terrestre, el cual se interpone como un velo de
radio-interferencia entre el fondo cosmológico y el instrumento de medida. Esa limitación resaltó
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la necesidad de hacer observaciones afuera de la atmósfera, tal como en 1974 le propusieron a la
NASA Smoot, Mather y otros34 que se hiciera con el COBE. La idea era usar una plataforma
satelital en la cual se montan las antenas sintonizadas en el rango de microondas, que es donde
mejor se puede medir la temperatura del cosmos. El 18 de noviembre de 1989 fue lanzado el
cohete Delta que llevó el COBE a su órbita polar a 900 kilómetros de la Tierra. La plataforma
incluye tres instrumentos: el radiómetro propuesto por Smoot (DMR o radiómetro diferencial de
microondas) para observar las diferencias de temperatura en diferentes direcciones del espacio;
el espectrómetro de infrarojo (FIRAS), de Mather, para medir el espectro; y el explorador del
fondo difuso infrarojo (DIRBE) para estudiar el fondo de radiación en frecuencias pertenecientes
al infrarrojo.
La analogía del cosmobús nos enseñó que cuando el universo era joven y muy caliente la materia
y la radiación compartían el mismo ambiente y juntas participaban de los movimientos que
impartían las ondas acústicas. Vimos que los efectos de las vibraciones acústicas y las huellas
dejadas por la gravedad se deben manifestar en la radiación de fondo como pequeñas variaciones
en la temperatura que se dan de manera desordenada entre regiones vecinas. Los cálculos
teóricos indican que, al momento del divorcio entre la materia y la radiación, el universo sustenta
tres mecanismos de generación de irregularidades en la radiación de fondo: (1) los cambios
debidos a la velocidad de los emisores impartida por las ondas acústicas en el plasma; (2) las
anisotropías intrínsecas producidas por las fluctuaciones mismas en la densidad de la materia; y
(3) los efectos de la gravedad misma en los fotones que aparecen a escalas angulares de diez
grados y mayores y por lo tanto el COBE las puede observar. Las anisotropías intrínsecas y el
efecto de las ondas acústicas se manifiestan a escalas angulares cercanas a un grado o menos y
son visibles con los instrumentos de otro experimento posterior al COBE, el WMAP (Wilkinson
Microwave Anisotropy Probe o sonda Wilkinson de anisotropías en microondas). Cualquiera que
sea el mecanismo, la respuesta es clara: la aparición de estructura en el universo debe haber
dejado una huella en la radiación de fondo que se manifiesta en pequeñas irregularidades en la
radiación de fondo. Si para medir la temperatura de la radiación de fondo apuntamos una antena
hacia el cielo y luego construimos un mapa donde la temperatura esté representada por colores,
por ejemplo azul para las temperaturas frías y rojo para las calientes, encontraremos que nuestro
mapa exhibe unas manchas de color rojo y azul que tienen formas y tamaños irregulares (ver
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figura). Las observaciones de la radiación de fondo no solo demostraron que estas manchas sí
están presentes sino también que sus características coinciden con las predicciones de la teoría
del big bang. Estas manchas se hicieron presentes en los mapas de la radiación de fondo
obtenidos desde el espacio por el COBE y por WMAP, igual que por una docena de
observatorios terrestres y de equipos instalados en góndolas suspendidas de globos atmosféricos.
El experimento WMAP de la NASA fue diseñado para observar manchas en la radiación de
fondo más pequeñas que las observadas por COBE. El apellido Wilkinson en el nombre del
proyecto se introdujo en memoria del físico de la Universidad de Princeton, David Wilkinson,
(quién murió pocos días antes de que los primeros resultados de este proyecto fueran presentados
al público) por ser uno de los diseñadores de las antenas a bordo de la sonda. Wilkinson también
fue miembro del notable grupo en Princeton liderado por Robert Dicke cuyos integrantes son
reconocidos como los pioneros en el desarrollo de las tecnologías que permitieron detectar la
radiación de fondo y medir sus propiedades. La sonda WMAP fue lanzada al espacio el 30 de
junio del 2001 y ahora se encuentra en un punto de equilibrio a una distancia de un millón y
medio de kilómetros. Allí puede mirar hacia el espacio con sus antenas sintonizadas
estratégicamente a varias frecuencias para observar la radiación de fondo con mayor intensidad.
También permite monitorear (y luego eliminar) la radiación que proviene de nuestra galaxia. Los
sensores a bordo de COBE y WMAP, que se usan para medir las pequeñas desviaciones en la
temperatura del fondo de radiación, no miden la temperatura en términos absolutos. Más bien
registran las diferencias de temperatura entre dos puntos del cielo. Las variaciones que, según la
teoría del big bang se esperan en la temperatura de la radiación de fondo, son demasiado
pequeñas — del orden de pocas millonésimas de grado kelvin. Detectarlas sería equivalente a
poder detectar detalles de un centímetro en el relieve de una casa vista desde una distancia de un
kilómetro. Para medir las diferencias en temperatura se usan dos antenas, cada una de las cuales
apunta una dirección distinta, por ejemplo por 60 grados, y luego se toma la diferencia de la
señal proveniente de las antenas. El par de antenas se coloca en una plataforma giratoria en
movimiento para cubrir al cabo de un tiempo suficientemente largo de observación, la totalidad
de la esfera celeste. El COBE estuvo recogiendo datos durante cuatro años y el WMAP durante
siete.
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¿Qué apariencia tiene el fondo de radiación? Como nuestros ojos no son sensibles a las
microondas, para visualizar las mediciones de las variaciones en temperatura de la radiación de
fondo los analistas dibujan un mapa que se vale de los colores para representar la temperatura. Si
pudiéramos ver las microondas con nuestra propia vista, el mundo que nos rodea sería bastante
diferente. Los hornos microondas aparecerían como intensos focos incandescentes y la atmósfera
emitiría un brillo constante que ocultaría la radiación de fondo. Tendríamos que salir de la
influencia de la atmósfera en globos que ascienden a grandes alturas o en sondas espaciales.
Desde allá el cielo se ve como una pintura abstracta hecha de manchas irregulares, más o menos
como se aprecia en la foto que aparece a continuación.
Figura 3-6. Mapa de manchas del fondo cósmico
Esta foto del universo cuando era bebé apareció a bombo y platillo un día de abril de 1992 en la
primera página de diarios a lo largo y ancho del planeta. Se trata de los resultados del COBE
cuando fueron presentados en sociedad. Las declaraciones extravagantes de algunos cosmólogos
y la resonancia exagerada que tuvo la noticia en los medios de comunicación, lograron que por
unos instantes efímeros el universo despertara más interés que una foto de modelo exótica
exhibiendo sus atributos en pasarela. Los titulares de los periódicos hablaban de “conocimientos
profundos sobre el origen del tiempo”, “el descubrimiento del siglo” y “posiblemente el mayor
descubrimiento en la historia de la humanidad”. Una de las afirmaciones más estrambóticas fue
pronunciada por George Smoot quien aseveró sin el más mínimo rubor que “era como ver la cara
de Dios”. Este chirrido estridente fue pronto amplificado por la prensa, la radio y la televisión y
generó gran conmoción entre la gente y animados debates entre académicos sobre si esa
manifestación peregrina le hacía más daño que bien a la ciencia35. Recuerdo las montañas de
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cartas que llegaban a la oficina de Smoot (en esa época me encontraba en Berkeley cuando
alistábamos un radiotelescopio para hacer observaciones de la Vía Láctea). En las cartas, miles
de personas de todos los rincones le amonestaban por meterse con ese tema, le hacían severas
advertencias sobre la salvación de su alma, le explicaban que el universo no tiene forma de
huevo, o le proponían teorías alternas del universo basadas en experiencias místicas o en recetas
caseras. Como advertí desde el comienzo, el tema de la cosmología no es un dominio técnico
exclusivo de profesores untados de tiza que se dedican a manipular ecuaciones, cifras y datos.
Antes bien, el hecho de que la cosmología toca a todos los seres humanos se manifestó
nítidamente en la forma como el público reaccionó al anuncio de los hallazgos del COBE. Dicho
episodio generó una verdadera mina de datos que los sociólogos de la ciencia seguramente
utilizarán para llevar a cabo estudios muy interesantes sobre la percepción de la ciencia y su
persevida transgresión en asuntos que no debería tocar. Una de las revelaciones curiosas que
surgió de esta experiencia es que en cada uno de nosotros hay un cosmólogo. Sí, cada uno de
nosotros tiene una cosmovisión que está enraizada con firmeza en la lógica interna que se forma
a partir del cúmulo de experiencias que ganamos a lo largo del tiempo en todas las interacciones
con el mundo externo. Esa escueta foto de manchas de colores es todo lo que queda después de
70 millones de mediciones individuales de la temperatura en puntitos del cielo, después de 25
años de preparación del experimento y después de que un equipo de 1 000 personas tomara datos
y los analizara durante más de cuatro años. La misma pequeña foto en forma de huevo es todo lo
que tienen los cosmólogos para juzgar sus grandiosas teorías. Y ¿cómo hacen los cosmólogos
para conectar una mancha en una foto con los detallados eventos que, según sus teorías,
ocurrieron en el universo hace 14 000 millones de años? Y, ¿por qué el universo tiene forma de
huevo? Comencemos con el huevo. El universo no tiene forma de huevo. Lo que estamos viendo
en la foto es la proyección en un plano de formas pintadas en la superficie de una esfera. Los
datos representados en la foto son mediciones de la temperatura de la radiación de fondo
correspondientes a muchos puntitos separados en la esfera celeste, que al proyectarlas en la hoja
de papel se deforman en un mapa de apariencia oval. Pasemos a la primera pregunta. Es cierto:
de manera figurativa esa escueta foto constituye el material con el que trabaja el cosmólogo para
confrontar su teoría con las observaciones. Para ser más precisos, el análisis se realiza, no con la
imagen de la foto como aparece publicada, sino con los datos numéricos de la temperatura para
cada dirección en la esfera celeste. En el caso del COBE, por ejemplo, la esfera celeste se partió
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en 6 144 partes iguales y a cada una le corresponde un valor de temperatura. En el caso del
WMAP, que tiene mayor resolución, la esfera celeste se dividió en más de tres millones de
pedacitos, cada uno de ellos con su temperatura conocida. La tarea ahora es tomar cada una de
las manchitas en el mapa y catalogarlas por su tamaño y su temperatura. Nos podemos imaginar
una cajita que recibe las manchas más pequeñas, una para las manchas de tamaño más grande y
así en orden, hasta llegar a las manchas más grandes. Luego se cuenta el número de manchas en
cada cajita. Con la ayuda de métodos estadísticos y de programas en el computador, este
ejercicio se puede hacer de manera muy fácil y eficientemente36. Lo importante es que este
conteo de manchitas para cada escala angular (llamado “espectro angular de potencias”, al cual
aludimos antes) es el punto de contacto con la teoría. Los cosmólogos —muy austeros—
armados apenas de lápiz, papel y neuronas (bueno, lo de “austeros” podría revisarse según el tipo
de Bordeaux que necesiten para mantener las neuronas en funcionamiento) desarrollan teorías
del universo cocinando ecuaciones con cierta cantidad de ingredientes, de energía, de fuerzas y
de condiciones iniciales. Con las ecuaciones el cosmólogo calcula el espectro angular de
potencias en la radiación de fondo y las compara con la forma del espectro que se obtiene cuando
se cuentan manchitas en los mapas. Para mostrar con cuanta precisión la teoría del big bang
encaja con las observaciones, abajo se muestra la gráfica del espectro angular esperado en la
teoría y acompañada de los datos. Este tipo de gráficas por lo general son complicadas y están
destinadas para las revistas especializadas que consultan a las dos de la mañana los estudiantes
de doctorado que no tienen nada mejor que hacer, pero yo afirmé al comienzo del libro que todos
los conceptos que se manejan en la cosmología están al alcance del gran público. Por eso hemos
incluido (ver figura) la gráfica que publicó el equipo de WMAP en el flamante Astrophysical
Journal cuando presentó los resultados después de observar el cielo durante siete años
consecutivos37. La gráfica muestra una curva (línea continua) que representa el espectro angular
que predice el modelo del big bang. Los datos que provienen del conteo de manchitas son los
puntos negros. Nótese que los datos traen incluido el margen de error, representado por unas
barritas verticales proporcionales a la incertidumbre de la medición. Por favor, admiren la
fidelidad con la que los datos siguen a la teoría. Cabe anotar también que la forma de la curva —
con esas gibas de camello que se repiten— refleja justamente las oscilaciones acústicas de la
gran parranda que armaron los fotones y la materia los primeros 380 000 años del universo. Ese
camello de tres gibas codifica una cantidad impresionante de información sobre lo que pasó en la
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parranda. La posición de la primera giba indica la curvatura del universo, su altura indica la
densidad de materia, y la altura de la giba del medio en relación con sus vecinas indica la
densidad de átomos en el universo.
Figura 3-7. Curva de camello (espectro angular)
Me he guardado a propósito un aspecto del conteo de manchitas porque no quería desviar la
atención cuando exponía el significado de las mediciones del COBE y el WMAP. Se trata del
análisis de datos que se requiere para extraer los parámetros de la teoría. El modelo del big bang
se puede expresar con tan solo seis parámetros38 que se deben determinar con las observaciones.
Ejemplo de estos parámetros son la constante cosmológica y la densidad de materia. Los
científicos hallan en valor numérico de los parámetros del modelo comparando la predicción
teórica (la curva de camello) con los datos y haciendo variar los parámetros del modelo de tal
forma que la curva teórica se aproxime lo mejor posible a los datos. Quienes no entienden este
método de análisis de datos suelen afirmar, de manera errónea, que la teoría del big bang se ha
modificado a la fuerza con el solo propósito de acomodar los datos empíricos. Este método de
análisis estadístico es bastante sólido y confiable y se ha utilizado con gran éxito durante más de
200 años39 para producir la mayoría de los resultados que hacen parte del corpus científico.
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Resumemos lo que hemos aprendido sobre la historia del universo. En la teoría del big bang el
universo ha tenido una historia muy llena de acontecimientos. Si el universo fuera un señor que
vivió por 100 años, ¿Cuáles fueron los eventos más significativos en su vida? Si comprimimos la
historia entera del universo a tan solo 100 años así transcurriría la vida del señor universo: la
nucleosintesis de los elementos ligeros ocurrió una millonécima de segundo despúes de haber
nacido; la radiación cósmica de fondo se desprendió del plasma primordial a las 24 horas de
vida; a los cuatro años y cinco meses de vida aparecieron las primeras galaxias; el cumpleaños
número 66 fue muy celebrado porque a esta edad se formó el sistema solar; la Tierra se formo a
los 71 años de edad; la vida unicelular apareció cuando el señor cumplió los 75 años; a los 99
años y medio ocurrió la última extinción masiva de los dinosaurios; Lucy (Australopitecus
afarensis) apareció en escena 8 dias antes de la muerte del señor universo; Homo sapiens
apareció tan solo 16 horas antes de su muerte; las pirámides de Egipto se construyeron 10
minutos antes y el descubrimiento de America ocurrió 2 minutos antes de su muerte.
EL LADO OSCURO DEL BIG BANG
El big bang ganó amplia aceptación dentro de la comunidad científica a partir de la segunda
mitad de la década de 1960 cuando explicó de manera satisfactoria las observaciones de la
radiación de fondo, la expansión del espacio y la abundancia de los elementos ligeros en el
universo. A partir de ese momento, en general los cosmólogos enfocaron sus esfuerzos en
resolver el problema de la estructura del universo a gran escala. Surgieron grandes campañas de
observación y mapeo de la distribución de las galaxias que revelaron inmensas aglomeraciones
de galaxias. El reto era verificar si las meta-estructuras observadas en los mapeos de galaxias
eran compatibles con la teoría y fue allí donde surgieron los problemas. Por un lado, las
estructuras son demasiado grandes y prominentes como para haberse formado con el mero
mecanismo de colapso gravitacional. Para ensombrecer más el panorama, las observaciones
también revelaron la escandalosa situación de un universo al que —hace 5 000 millones de
años— le entró el antojo de acelerar la expansión. La solución más económica al problema de las
grandes aglomeraciones de galaxias fue la de postular la existencia de una materia oscura
presente en el universo primigenio que con su masa le dio un empujoncito a la formación de
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estructura. Para lidiar con la inesperada expansión tardía del espacio los teóricos apelaron al
recurso, ya probado por Einstein, de echarle la culpa a un agente aún desconocido que apretó el
acelerador (la constante cosmológica “lambda”) en las ecuaciones de la gravedad. Este agente
acelerador se conoce con el desdichado nombre de energía oscura.
En el contexto de la cosmología el término “energía oscura” constituye un uso desafortunado del
lenguaje porque evoca conjuros asociadas con “energía oculta” y otros posibles hechizos de
naturaleza esotérica y mística. Esos términos resultan bastante alejados de la ambición de la
cosmología científica, que es explicar el universo con mecanismos naturales. Lástima que los
cosmólogos no le hubieran consultado a Murray Gell-Mann —eminente físico teórico que dio
aportes monumentales al modelo estándar de partículas subatómicas— quien les habría ayudado
a hacer un buen uso de las posibilidades del lenguaje y a esculpir un término más apropiado para
describir el fenómeno de la expansión acelerada del universo. Los físicos que estudian la materia
y sus constituyentes sub-atómicos se dieron cuenta de que los protones y los neutrones en vez de
ser partículas elementales son como una bolsita que alberga en su interior tres partículas
verdaderamente elementales. Murray Gell-Mann bautizó a los inquilinos dentro del protón con el
vocablo “quark”, extraído de la literatura de habla inglesa40 y ajeno a connotaciones
preestablecidas. El nombre “quark” es llamativo, despierta interés en el público y se presta para
encapsular el significado de un fenómeno nuevo. Quisiera referirme a la energía oscura de los
cosmólogos como la “darkía”, la “dargía” o algo que rime con energía, pero para no generar
interferencia lingüística indeseada, dejémoslo así. La energía oscura, es una forma de presión —
como la gravedad, pero repulsiva— que existe en el espacio y que hace que la expansión del
universo se acelere. Es una fuerza de expansión que impregna el espacio mismo y que se les
apareció en la oscuridad de la noche, sin que nadie la llamara, a dos grupos de astrónomos a
quienes se les ocurrió penetrar con sus telescopios en profundidades del espacio nunca antes
exploradas de manera sistemática. Todos los datos acumulados hasta finales de la década de
1980 indicaban que la expansión del universo se frenaría lentamente. Los cosmólogos ya se
habían habituado a ese modelo de la expansión cuando en 1987 dos equipos de astrónomos
estremecieron el mundo de los cosmólogos cuando anunciaron intempestivamente que ciertas
observaciones indicaban que el universo comenzó a acelerar la expansión hace 5 000 millones de
años. El equipo “Alto Desplazamiento al Rojo41” liderado por Brian Schmidt anunció que con
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base en observaciones de explosiones de supernovas lejanas tenían evidencia convincente sobre
la expansión acelerada del espacio.
Pocos meses después el “Proyecto Cosmología
Supernova42”, liderado por Saul Perlmutter del Lawrence Berkeley Laboratory, mostró
resultados muy similares que corroboraron los hallazgos de Schmidt. Los investigadores de estos
dos grupos se ocupaban de extender la medición de la velocidad de expansión a grandes
profundidades. Era algo así como el experimento de Hubble pero hasta distancias más lejanas. Si
esta observación se compara con la irresistible actividad de espiar a los vecinos, Hubble alcanzó
a ver sólo a los vecinos que vivían a dos cuadras, mientras que Perlmutter y Schmidt lograron
espiar a vecinos que se encontraban a 10 000 kilómetros de distancia. La distancia hasta un
cuerpo astronómico se determina usando el principio de que el brillo aparente de un bombillo
disminuye a medida que nos vamos alejando de este. De igual manera, los astrónomos utilizan
estrellas de brillo intrínseco conocido y que a la distancia aparecen con brillo disminuido. Claro,
para poder hacer observaciones de objetos muy lejanos, es necesario que estos tengan un brillo
intrínseco muy alto. En sus experimentos, Perlmutter y Schmidt lograron observar en distancias
más lejanas gracias a que pudieron identificar un tipo de estrellas con brillo intrínseco conocido
y muy intenso43.
Estas fabulosas fuentes de luz son las estrellas supernova que tienen la
propiedad de explotar siempre con la misma potencia. El comportamiento predecible de estas
estrellas las hace bastante útiles, ya que como la energía de la explosión es siempre la misma,
entonces su brillo aparente es una indicación de qué tan lejos están. El análisis de las distancias y
las velocidades de las supernovas indica que la expansión del universo se está acelerando.
¿Cómo sabemos que hay materia oscura? Sabemos que debe existir materia oscura por su
influencia en el movimiento de las estrellas en las galaxias espirales. Veamos un ejemplo
sencillo que nos guía para entender cómo se mueven las estrellas en una galaxia espiral.
Pensemos en el económico jugete hecho de una cuerda y una piedra amarrada en un extremo de
la cuerda. Ahora ponemos a la piedra a dar vueltas como simulando la hélice de un helicóptero.
Si cortamos la cuerda, la piedra sale volando, pero si queremos que la piedra siga dando vueltas,
será necesario mantener la tensión de la cuerda. Para que se de un movimiento circular como el
de la piedra es necesario la fuerza centrípeta proporcionada por la cuerda. Las vueltas serán más
veloces si se incrementa la fuerza centrípeta. Los estudiantes de física de bachillerato pueden
calcular la fuerza necesaria para producir un movimiento de rotación de determinadas
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características. Un ejemplo del movimiento de rotación en astronomía lo ofrece la Tierra en su
órbita anual alrededor del Sol. Y, ¿cuál es la fuerza centrípeta responsable del movimiento de la
Tierra? La respuesta de Newton dice que la fuerza de atracción gravitacional entre el planeta y el
Sol es la causa del movimiento de la Tierra en su órbita. De manera similar, la fuerza de
gravedad entre la Tierra y la Luna es responsable del movimiento de la Luna en su órbita
alrededor de la Tierra y el movimiento de rotación de las estrellas en una galaxia depende de la
fuerza de gravedad con la que la galaxia hala a las estrellas hacia su centro. La materia oscura se
le apareció inadvertidamente a la astrónoma Vera Rubin cuando observó que las estrellas en las
galaxias se estaban moviendo muy rápido y por lo tanto era necesaria la presencia de masa
oscura que proporcionara la fuerza centrípeta adicional que se requeriría para explicar las altas
velocidades de rotación de las estrellas.
Vera Rubin44 es una destacada astrónoma de Washington que ha pasado el 75% de su vida
estudiando el movimiento de las estrellas en las galaxias. Cuando terminó su bachillerato en
Washington y fue aceptada en la universidad, su profesor de física de bachillerato la amonestó
con que le iría bien siempre y cuando no se metiera a estudiar algo relacionado con las ciencias.
Rubin optó por prestar oídos sordos a tan cáustica advertencia de su profesor, ingresó a la carrera
de astronomía y se graduó del Vassar College en 1948. Su condición de mujer le generó por
doquier obstáculos a sus ambiciones profesionales. Cuando solicitó un catálogo informativo a la
Universidad de Princeton con la idea de adelantar una maestría, recibió como respuesta una
comunicación en donde se le informaba que el catálogo no le sería enviado porque no admitían
mujeres. Su empeño en superar los crueles ataques a su amor propio y en sobrepasar todos los
obstáculos que se le interponían a una mujer con ambiciones de ser científica nos muestra con
claridad cuán intenso era su interés en la astronomía. Ese interés se hizo evidente desde cuando
estaba pequeña. Pasaba noches enteras mirando las estrellas desde su cuarto y al día siguiente
hacía dibujos y mapas de las estrellas fugaces que observaba. En la historia de la astronomía las
mujeres han dejado una profunda marca y han hecho importantes contribuciones que incluyen el
descubrimiento de los pulsares por Jocelyn Bell; las propiedades de las estrellas variables y el
desarrollo de un patrón para medir distancias en el universo por Henrietta Leavitt; los estudios de
la composición química de las galaxias por Cecilia Payne; la observación de macro-estructuras
en el universo por Margaret Geller; la determinación de la edad del universo por Wendy
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Freedman y muchas otras45. Considerar las dificultades innecesarias que tuvieron que enfrentar
esas mujeres le hace a uno pensar también en las tantas carreras potenciales en astronomía que
innumerables mujeres no pudieron adelantar debido a la montaña de prejuicios y al ambiente de
exclusión que encontraban en todo lugar. Rubin no fue a Princeton, pero sí fue admitida en la
Universidad de Cornell, donde sus profesores fueron, nada menos que, Hans Bethe, Richard
Feynman y Philip Morrison. A los 21 años escribió un artículo titulado “Rotación del universo”
que presentó en un simposio de la Sociedad Americana de Astronomía. Más adelante regresó a
Washington con su esposo y sus hijos. Su esposo, que era físico de Cornell, compartía una
oficina con Ralph Alpher, quien se encargó de conectar a Rubin con George Gamow. Por esa
época existía mucho interés en investigar problemas relacionados con la formación de las
galaxias y su distribución espacial, es decir si están dispersas por el espacio de manera uniforme
o si forman grupos. Gamow tenía interés por saber si las galaxias se agrupan en estructuras
superiores y en tal caso quería saber cuál era el tamaño de los cúmulos. Gamow se interesó tanto
por el trabajo de Rubin que ella ingresó al programa de doctorado de la Universidad de
Georgetown bajo su dirección. Gamow le propuso como tema de tesis doctoral investigar el
problema de la distribución espacial de las galaxias. Para empezar a desentrañar la clave del
problema, Rubin investigó las técnicas estadísticas apropiadas para analizar los catálogos de
galaxias. Como trabajaba durante el día y sus dos hijos la mantenían ocupada, realizó los
cálculos por la noche, con una calculadora de mesa.
Rubin hizo contribuciones importantes al estudio de las galaxias tanto en su trabajo de maestría
como en el de doctorado, pero quizá su mayor contribución fue la del descubrimiento de la
materia oscura. Este fue posible gracias a la confluencia de dos factores: la experiencia de Rubin
en astronomía galáctica y la suerte de trabajar con Kent Ford, quien acababa de hacerles mejoras
sustanciales a los aparatos usados por los astrónomos para obtener los espectros de las estrellas.
A comienzos de 1970, Rubin y Ford se encontraban trabajando para el Instituto Carnegie de
Washington y se les ocurrió investigar el movimiento de rotación de las galaxias. Las galaxias de
tipo espiral son inmensos discos de estrellas que rotan a gran velocidad. La Vía Láctea, por
ejemplo, es un disco con 100 000 millones de estrellas, en el cual el Sol —una de las estrellas—
está montado en una órbita a 27 000 años-luz de distancia del centro de la galaxia y rota a una
velocidad de 250 kilómetros por segundo46. Para el estudio acordado sobre la rotación de las
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galaxias, Rubin y Ford escogieron la galaxia de Andrómeda a 2,5 millones de años luz de
distancia de nosotros. Utilizaron el instrumento desarrollado por Ford para recoger mediante los
lentes de un potente telescopio la luz de Andrómeda. Estos lentes separan la luz en sus
componentes, cada uno de diferente energía, para formar un espectro. En el espectro aparecen las
marcas características de la luz emitida por átomos de hidrógeno. Los astrónomos pueden inferir
la velocidad de la fuente de luz comparando la posición de las marcas en el espectro con un
espectro patrón de referencia. Rubin fue la primera mujer a quien se le permitió usar el
observatorio de Palomar. En este trabajo, como en sus investigaciones anteriores, Rubin no
estaba tratando de probar o refutar una teoría, ni estaba recibiendo órdenes o guía de un
programa teórico. Era un trabajo que ella quería hacer motivada por pura curiosidad. El simple
proceso de hallar respuesta a estos problemas fundamentales despertaba en ella una fascinación
especial alimentada por el hecho de plantearse un problema sobre el universo, viajar a los
observatorios, preparar las placas fotográficas, pasar largas noches en el observatorio guiando el
telescopio, revelar las fotografías y examinar los mensajes plasmados en ellas por luz de fuentes
remotas. En 1966, Rubin y Ford emprendieron la tarea de medir la velocidad de rotación de la
galaxia de Andrómeda. La idea era determinar la masa de la galaxia midiendo la velocidad de las
estrellas más lejanas del centro. Recordemos que las estrellas dan vuelta en torno al centro de la
galaxia gracias a la fuerza de gravedad producida por la materia en la galaxia y que la velocidad
de las estrellas alejadas del centro debería ser menor que la de aquellas que merodean en
cercanías del centro simplemente debido a que la gravedad es más débil a distancias alejadas del
centro de la galaxia. El primer espectro se pudo extraer en el frío de diciembre de 1967 y
manejando los controles del telescopio de Lowell en plena oscuridad para no exponer las placas
fotográficas. Después de un tiempo de exposición de 70 minutos, las características del espectro
emergían lentamente a medida que la foto era procesada. La imagen del espectro era clara y
demostró que el método funcionaba. Las mediciones siguieron, también desde el observatorio de
Kitt Peak, y en un período de dos años lograron medir la velocidad de 67 regiones a diferentes
distancias del centro de Andrómeda, incluyendo algunas que superan los 8 900 años luz. Fue
durante ese programa de observaciones cuando Rubin se encontró con el sorprendente hecho de
que las estrellas en lejanía del centro de la galaxia se están moviendo a velocidades superiores a
lo que uno esperaría si solo tiene en cuenta la materia visible de la galaxia. Los resultados de
estas mediciones, presentados en el simposio de la Sociedad Americana de Astronomía en 1968,
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mostraron persuasivamente que Andrómeda tenía mucha más materia de lo que se pensaba, es
decir que la galaxia alberga materia que no es visible directamente (de ahí el nombre “materia
oscura”) y que manifiesta su presencia aumentando la fuerza de gravedad que sienten las
estrellas y el gas que da vueltas en la periferia de la galaxia.
La conclusión de que debe existir materia oscura es la explicación más económica al exceso de
velocidades de rotación de las galaxias. Sin embargo, los astrónomos al principio se mostraron
reticentes a una idea tan foránea y peligrosamente especulativa. Una vez más, vemos cómo en el
caso de la cosmología moderna lo que presenta la evidencia experimental va en contravía de las
expectativas teóricas. Los teóricos contemplaron la alternativa de modificar la teoría de la
gravedad para acomodar estas observaciones, de hecho la teoría de gravedad modificada, o
MOND, propuesta en 1983 por Mordehai Milgrom explica la rotación de las galaxias con
sorprendente precisión47. Sin embargo, ese ejercicio era un tanto problemático ya que la teoría de
la gravedad es tan coherente que no es posible perturbarla en una esquina sin crear problemas en
la otra, además surgieron observaciones astronómicas de choques de cúmulos que invalidaron la
hipótesis (más adelante hablaremos de las observaciones del “cúmulo de la bala” que muestran la
presencia de materia oscura). Las mediciones de velocidades de rotación de las galaxias fueron
complementadas con observaciones de radio emisiones y continuaron por una década en la cual
se comprobó una y otra vez que las galaxias albergan más materia de la que es visible. La
evidencia a favor de la materia oscura era innegable. Debido a que las mediciones de velocidad
son directas y se obtienen con métodos bien establecidos, maduros y entendidos por los
astrónomos, la comunidad científica terminó aceptando la materia oscura. Esta situación fue
reforzada por estudios en otra parte de la cosmología donde una vez más encontramos las huellas
de Vera Rubin y donde también surgió la necesidad de invocar la presencia de la materia oscura.
Estamos hablando de cómo se formaron las macro-estructuras del universo estudiadas por Rubin
en su tesis doctoral. Las tecnologías telescópicas automatizadas han hecho posible construir
mapas del universo donde se muestran las distancias y las posiciones relativas de millones de
galaxias, para así poder revelar las características de las macro-estructuras. Las galaxias en el
universo no están distribuidas de manera uniforme. Por el contrario, tienden a agruparse de modo
que forman una jerarquía maravillosa de estructuras. Las estrellas se agrupan en galaxias, las
galaxias en cúmulos y estos en supercúmulos. Las agrupaciones comenzaron a formarse en la
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gran parranda cuando el universo era joven y cuando la materia primordial se conglomeraba en
centros de atracción guiados por las vibraciones acústicas en el medio. La gravedad luego se
encargó de amplificar el proceso. Visto desde la distancia, el proceso sería parecido a lo que
percibimos desde un edificio alto al mirar hacia abajo, donde hay una plaza repleta de gente que
se mueve en desorden y que tiende a amontonarse alrededor de los centros de atracción donde
está el músico que toca el violín o el malabarista que presenta su espectáculo al público. La
necesidad de la materia oscura en este proceso surgió cuando se hicieron los cálculos para
predecir la estructura del universo a gran escala a partir de las fluctuaciones de la materia y de la
radiación en la gran parranda. Ocurrió que los resultados indicaron que la amplitud de las
fluctuaciones medidas en los mapas de la radiación de fondo no era suficiente para explicar las
estructuras a escalas intermedias. Por lo tanto se requería una cantidad adicional de masa que
amplificara el efecto de la gravedad, pero sin amplificar las manchas en los mapas de radiación.
Esta última condición se lograría con un tipo de materia que no tuviera interacción con los
átomos, es decir un tipo de materia oscura. De estos cálculos no solo se desprende que en el
universo debe existir más masa de la que se observa. También queda claro que la masa adicional
que se requiere no puede estar constituida por átomos de hidrógeno, helio o cualquier otro
elemento de la tabla periódica. La masa oscura no puede estar conformada por simples átomos
porque la adición de protones y neutrones al recetario cósmico alteraría el balance de los
elementos químicos ligeros (que ya habíamos visto es de 75% hidrógeno, 25% helio y unas
trazas menores de litio y deuterio) y dejaría una marca más intensa en las manchas de los mapas
de radiación, marca que no se observa.
En realidad no era la primera vez que los astrónomos postulaban la presencia de una materia que
no es visible pero cuya presencia se manifiesta por los efectos gravitacionales que provoca. El 18
de septiembre de 1846 un individuo con el pomposo nombre de Urbain Jean Joseph Leverrier,
hijo de un oficial del gobierno de Normandía, expuso la no menos pomposa predicción de que
existía un octavo planeta — un planeta que nadie había observado, un cuerpo astronómico
invisible cuya presencia se manifestó por las anomalías que éste causa en la órbita del planeta
Urano. Por esos años y desde su descubrimiento en 1781, Urano era la sensación y despertaba el
mayor interés en los círculos de los astrónomos por ser el primer planeta que se descubrió
después y por separado de los seis que conocíamos desde la antigua Grecia. Como nota de
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interés histórico quisiera agregar que Urano no fue descubierto por un astrónomo profesional. El
primero en reconocer a Urano fue William Herschel, un músico alemán convertido en aficionado
a la astronomía. Volviendo a Leverrier, los estudios del movimiento de Urano indicaban que el
planeta se desviaba de la órbita que los astrónomos versados en la elaborada matemática de los
movimientos planetarios habían calculado con tanta precisión. Leverrier culpó de esas
desviaciones a la presencia de un planeta invisible que perturbaba la órbita de Urano; le envió al
astrónomo Johann Galle, del observatorio de Berlín, una nota en la que le pedía que hiciera
observaciones en coordenadas específicas del cielo en busca de un planeta nuevo. Justamente el
23 de septiembre de 1846 Galle encontró un cuerpo errante en el sitio anunciado. Esa es la
historia de Neptuno. Aunque la predicción del planeta Neptuno se originó en tratar de inferir —
por sus efectos gravitacionales— la presencia de un cuerpo de materia normal, el asunto de
predecir la materia oscura guarda ciertas semejanzas. En el caso de Neptuno estamos hablando
de aplicar la teoría de la gravedad para explicar el movimiento de otro planeta; en el caso de la
materia oscura nos referimos a la masa que debe ser en gran medida la responsable de la rotación
de las galaxias espirales y de la formación de meta-estructuras de galaxias. En ese sentido la
materia oscura no tiene nada de raro ni de extra-científico.
Los argumentos que motivaron a los astrónomos a introducir materia oscura suenan razonables,
sin embargo cabe preguntarse ¿es la materia oscura una substancia real o un fantasma que solo
existe en la cabeza del astrónomo? La evidencia —contundente para muchos científicos— que
ha mostrado la existencia de materia oscura en el universo es una secuencia de imágenes
astronómicas del choque entre dos cúmulos de galaxias que muestran a la materia oscura en
acción. Para entender porqué los astrónomos están convencidos de que estas observaciones
revelan la presencia de materia oscura, hagamos un pequeño experimento mental. Vamos a
pensar en dos nubes flotando en el espacio vacío. Las nubes están compuestas de materia normal,
como los átomos en el aire, y de otro tipo de materia que no interactua con nada. El siguiente
paso del experimento es disparar las dos nubes una hacia la otra de tal forma que choquen. ¿Cuál
será el resultado de este experimento? Dado que los átomos de la materia normal sufren intensas
interacciones electromagnéticas mientras que las partículas de masa oscura son insensibles a las
fuerzas electromagnéticas esperaríamos que durante el choque las dos componentes de materia
en las nubes se comporten de manera muy diferente. Esto es lo que sucede en nuestro choque
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imaginario de nubes: durante la colisión la componente de materia normal de las dos nubes se
mezcla violentamente en una amalgama caliente de materia que queda suspendida en el punto
central de la colisión. En marcado contraste, las partículas de materia oscura se cruzan fácilmente
sin darse cuenta de lo que está pasando durante la colisión y al final vemos que la componente de
materia oscura en las nubes se cruzan y siguen moviéndose como si nada. En resumen el
resultado del experimento es que la materia oscura se separa de la materia normal ya que la
materia oscura sigue su camino en dos bolas separadas mientras que la materia normal queda
frenada en el medio en una nube caliente que mezcla la materia normal de las dos nubes. Pues
bien, este experimento es más que un ejercicio mental. La naturaleza les regaló a los astrónomos
este experimento en la vida real del universo. El 21 de agosto del 2006 salió un comunicado de
prensa puesto por un equipo de científicos de la NASA y del Centro de Astrofísica de HarvardSmithsonian donde presentaron los resultados de la observación del choque de dos cúmulos de
galaxias48. Los investigadores observaron el “cúmulo de la bala” a una distancia de 3 400
millónes de años-luz en colisión con otro cúmulo vecino.
Un cúmulo de galaxias está
conformado por un grupo de galaxias y gas intergaláctico de materia normal y de masa oscura.
Cuando dos cúmulos de galaxias chocan se espera observar que, igual que en nuestro
experimento mental, el gas de materia oscura se separe del gas normal y que éste quede en el
medio en forma de una nube caliente de gas. Los investigadores usaron el observatorio Chandra
de rayos X de la NASA para visualizar y medir la temperatura de la nube de materia normal. La
materia oscura amontonada en dos nubes separadas fue revelada por el efecto que estas nubes
producen en la luz de galaxias lejanas. Al pasar por las nubes de materia oscura la luz desvía su
trayectoria como la luz que pasa por una lente. De hecho la imagen que observa el astrónomo de
las galaxias lejanas se ve amplificada, como por una lente, y así se puede hacer un mapa de la
distribución de materia oscura. El resultado de estas observaciones es que muestra nítidamente
una nube normal y caliente en el centro y dos nubes de materia oscura que se separaron como
producto de la colisión de los dos cúmulos.
¿Cuál es la naturaleza de la materia oscura? Sabemos que no puede estar compuesta
exclusivamente de átomos ordinarios porque se requiere una inmensa cantidad y por lo tanto su
presencia ya se habría manifestado. Por ejemplo, para explicar la dinámica rotacional de
Andrómeda hay que suponer que esta galaxia posee mucha más materia de lo que se ve en las
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imágenes astronómicas. Toda esa materia, ya sea en forma de átomos que flotan en nubes de
polvo interestelar o en objetos astronómicos, no puede escapar detección porque la materia
ordinaria siempre emite y absorbe radiación, de manera que sería observada con sensores
ópticos, infrarrojos o de la frecuencia adecuada para captar su presencia. Se puede concluir
entonces que la materia oscura debe ser una sustancia que no está hecha de los átomos normales
sino más bien de partículas sub-nucleares que interaccionan solo con la fuerza de gravedad y tal
vez con la fuerza nuclear débil. Para entender la naturaleza de la materia oscura nos tenemos que
acercar a la física sub-nuclear. La teoría de partículas elementales y la astrofísica son cada vez
más convergentes y sus conceptos y descubrimientos cada vez están más ligados entre sí. El
problema de la materia oscura es una de las aéreas en las que la simbiosis entre el micro-cosmos
y el macro-cosmos comienza a dar frutos. Encontramos que por su lado los físicos de partículas
ya habían postulado la existencia de partículas elementales de propiedades consistentes con la
materia oscura en las galaxias. Dichas partículas elementales, cuyos nombres — como axión y
neutralino— podrían servir de marcas para detergentes económicos, son necesarias en el modelo
estándar de partículas e interacciones.
Hemos entrado al lado oscuro del big bang donde encontramos que las teorías del universo se
ven obligadas a incorporar conceptos extraños ¿Es acaso el lado oscuro del big bang un
verdadero problema para la cosmología moderna? Un breve resumen de las etapas de la
cosmología nos ayudará a poner en perspectiva la situación. Podemos partir la historia de la
cosmología moderna en tres grandes períodos: (1) Antes de Hubble (el astrónomo, no el
telescopio epónimo), (2) el gran debate y (3) la era de las observaciones. La época anterior a
Hubble abarca los años que van desde el desarrollo de la teoría de la relatividad general en 1915
hasta la medición de distancias extra galácticas por Edwin Hubble en 1923. La cosmología que
surgió durante esos años era una actividad teórica basada en conceptos matemáticos sólidos pero
carente de contacto con observaciones y poco conocidos por los astrónomos. En esa época
difícilmente habríamos podido defender la cosmología frente a las críticas que afirmaban que era
una actividad mental especulativa. Hacia finales de la década de 1930 comenzó el gran debate
entre el modelo cosmológico estacionario (Hoyle) y el del big bang (Gamow). El debate se
extendió hasta 1964 cuando se descubrió la radiación de fondo predicha en el modelo del big
bang. Aunque las observaciones astronómicas que aportaron directamente al desarrollo de la
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cosmología se originaron con el programa de observaciones de Hubble, la cosmología como
ciencia empírica basada en observaciones sistemáticas del universo a gran escala comenzó en la
década de 1970 y ha seguido incrementándose con los resultados de sondas especializadas que
tienen la capacidad de penetrar el espacio profundo cada vez con mayor sensibilidad y poder.
Mientras que en la cosmología pre-Hubble la teoría llevaba las riendas, ahora en la edad de la
observación son los experimentos y las observaciones los que van al mando de la carroza.
Contamos con una teoría del universo —el big bang— que explica una gran cantidad de
fenómenos pero que aún no está acabada. Ninguna teoría está acabada. Los avances tecnológicos
sin duda traerán de la mano datos nuevos. Algunos datos refuerzan la teoría otros la ponen a
prueba. Sin embargo, cuando una teoría ha madurado por muchos años y ha logrado extender su
dominio a mayores escalas y a un mayor número de fenómenos, no tiene sentido descartarla de
plano cuando surgen resultados experimentales que no encajan del todo con esta. Antes de optar
por la drástica solución de arrojar la teoría por la ventana, los teóricos van a exigir que los datos
sean fuertemente corroborados. Por otra parte, es importante que al menos exista una teoría
alternativa que explique los nuevos datos y todos los otros fenómenos que la teoría que va a ser
suplantada explicaba satisfactoriamente. Mientras que esas condiciones no se den, proponer la
existencia de elementos desconocidos —bajo rótulos como el de “materia oscura”— para
explicar nuevas observaciones es sin duda una práctica aceptable en el proceso científico. Un
ejemplo clásico de esa situación lo encontramos en el caso de los neutrinos, unas partículas
elementales que en su tiempo fueron una forma de materia oscura. Los neutrinos son partículas
fantasmales de masa ínfima cuya existencia fue postulada por el eminente físico Wolfgang Pauli
para explicar el aparente rompimiento del balance de energía en ciertas reacciones nucleares. La
alternativa era abandonar el principio de conservación de energía, y por ahí derecho casi toda la
física clásica, y se descartó por considerarse una solución impráctica. El físico italiano Enrico
Fermi desarrolló en 1934 la primera teoría exitosa del decaimiento radiactivo beta incorporando
la partícula propuesta por Pauli, a la cual le dio el nombre de “neutrino”, usando la lengua
italiana para denominar algo neutro y muy pequeño. Durante 26 años el neutrino eludió todo
intento de detección debido a que únicamente interacciona de manera muy tímida por medio de
la gravedad y la fuerza nuclear débil. Mientras que usted lee esta frase miles de millones de
neutrinos han atravesado su cuerpo y han penetrado la Tierra sin sufrir interacción alguna. Esto
se debe a que la interacción nuclear débil es apenas una fracción de 1/100 000 000 000 menos
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fuerte que la interacción electromagnética y tiene un alcance de solo 0,000000000000001
centímetros. En 1955 Frederick Reines y Clyde Cowan montaron un experimento para observar
neutrinos generados en el reactor nuclear de Savannah River en los Estados Unidos. La idea de
Reines y Cowan se basaba en detectar los productos de la reacción nuclear inversa al
decaimiento radiactivo beta producidos en un tanque de 200 litros de agua tratada con pocas
trazas de cadmio. El inmenso flujo de neutrinos disponible en el reactor nuclear proporcionaba
10 billónes de neutrinos por centímetro cuadrado por segundo, los cuales fueron suficientes para
producir la señal esperada y poder anunciar al mundo la existencia del neutrino. En 1995 Reines
recibió el premio Nóbel de física por el descubrimiento del neutrino. Con este primer
experimento no se pudo determinar la masa del neutrino pues para ello se requiere un
instrumento muchísimo más grande. Se usó un sensor consistente en 50 000 toneladas de agua
pura en un tanque enterrado 600 metros bajo tierra en el monte Ikena, cerca de la ciudad de
Kamioka, en Japón. El resultado del experimento de Kamioka, complementado con uno aún más
reciente insertado en las minas de Creighton, en Ontario, indica que el neutrino tiene una masa
que es a lo sumo 250 000 veces menos que la masa del electrón.
Cuando examinamos los resultados de Rubin sobre la rotación de las galaxias y la necesidad de
materia oscura para explicar el exceso de velocidad de rotación, aludimos a la posibilidad de que
la materia oscura fueran partículas que interaccionan débilmente. ¿Serán acaso los neutrinos
unos buenos candidatos para ser la materia oscura del universo? Debido a la enorme abundancia
de neutrinos en el universo, esta partícula puede llegar a desempeñar un papel importante en la
formación de las estructuras de cúmulos de galaxias. ¡En cada centímetro cuadrado del universo
entero hay en promedio 300 neutrinos! Infortunadamente, la respuesta es no. El neutrino tiene
muy poca masa y se propaga a velocidades muy altas (cercanas a la velocidad de la luz), de tal
forma que durante el tiempo del colapso gravitacional de las grandes nubes de materia para
formar cúmulos de galaxias, el neutrino tiene suficiente tiempo para escapar y dejar de contribuir
gravitacionalmente a la formación de esas estructuras. Lo anterior quiere decir también que —
además de ser masivos— los candidatos a ser materia oscura además se tienen que propagar a
velocidades mucho menores que la velocidad de la luz. El nombre genérico de la materia que
reúne esos requisitos es “materia oscura fría”. El apelativo de “fría” se refiere a la baja velocidad.
La materia oscura fría es eficiente en la formación de estructuras a escalas pequeñas y medianas,
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como por ejemplo las galaxias y cúmulos pequeños. Con la materia oscura fría la distribución de
materia en el universo sigue una jerarquía de estructuras donde primero aparecen las galaxias,
luego estas se agrupan en cúmulos y estos a su vez forman estructuras mayores. Las
observaciones astronómicas que buscan elaborar un inventario tridimensional de las galaxias y
de sus posiciones relativas están de acuerdo con el guión sugerido por la materia oscura fría, en
el que primero aparecen en escena las galaxias y luego estas se agrupan en cúmulos.
La introducción en la cosmología de materia y energía oscuras podría percibirse como una nube
que oculta el progreso en el conocimiento del universo. Por fortuna, el experimento WMAP vino
al rescate. Vimos cómo el análisis de los datos de manchas en los mapas del WMAP y de la
curva de camello —que representa el espectro de potencias de la radiación de fondo— entrega el
valor de los parámetros del modelo cosmológico. Los resultados combinados de WMAP con
otros experimentos resuelven el inventario cósmico con alta precisión y nos anuncian que
vivimos en un universo en el que los átomos —de los que estamos hechos los humanos, las
vacas, las piedras y el Sol— es apenas 4,6% del universo. El resto del universo está compuesto
de materia oscura fría (22,8%) y de energía oscura (72.6%). Esta revelación es una poderosa
lección de humildad porque significa que si en un momento dado todos los átomos se
aniquilaran, básicamente el universo seguiría siendo el mismo —o por lo menos 95.4% del
universo permanecería inalterado— lo cual resalta cuán insignificante es nuestra presencia en el
cosmos. Con los resultados de estos experimentos quedan resueltas las preguntas fundamentales
que ocuparon a los cosmólogos durante los 70 años que transcurrieron entre el Hubble y el
WMAP. ¿Qué edad tiene el universo? ¿Qué tan rápido se expande el espacio? ¿Cuál es la
geometría del universo? ¿De qué está hecho el universo? ¿Cómo se formaron las galaxias y otras
estructuras mayores? Hace 400 años quien anduviera contemplando esas preguntas despertaría
las sospechas de las autoridades eclesiásticas. Si hace 90 años un científico ambicioso tuviera el
coraje de abordar el tema, no sería tomado en serio por sus colegas. Hoy tenemos respuestas que
han surgido de observaciones: La edad del universo es de 13 700 millones de años; la distancia
que separa un par cualquiera de galaxias aumenta a una velocidad de 78 kilómetros por hora por
cada mil años-luz de distancia; el universo está hecho en su mayoría por materia, energía oscura
y por un mero 4,6% de átomos; las galaxias y las estructuras se formaron por la acción de la
gravedad bajo la guía de oscilaciones acústicas amplificadas por materia oscura. Además, el
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WMAP observó evidencias del fondo de los neutrinos de origen cosmológico, que también había
sido predicho por Alpher y Herman. Estos avances significativos no implican que los
cosmólogos vayan a quedar de brazos caídos o que ya hayamos completado el desarrollo de la
cosmología moderna. WMAP abrió una ventana al universo que vertió luces sobre rincones
escondidos donde yacían ocultas las respuestas a estas preguntas fundamentales. Empero, así
mismo dejó al descubierto otras ventanas por abrir. Unas preguntas se trocaron por otras. Ahora
queremos saber cuál es la naturaleza de la energía oscura, cómo detectar la materia oscura, cómo
se formaron las primeras estrellas, qué proceso originó las vibraciones acústicas del universo
primigenio y muchas otras. Nunca podremos afirmar con certeza que hemos llegado a la teoría
final y definitiva del origen del universo o que esta es correcta sin lugar a dudas porque siempre
existirá la posibilidad de que surjan datos experimentales más precisos que la falsifiquen. Sin
embargo, una buena teoría debe hacer predicciones y cuando las predicciones se pueden
comprobar experimentalmente la teoría adquiere solidez. Otro aspecto que incrementa la
probabilidad de que una teoría sea correcta es la consistencia interna y la consistencia con otras
teorías más fundamentales y maduras. En este aspecto el big bang es una teoría robusta que goza
de una envidiable consistencia. Hoy contamos con una teoría científica del origen y evolución
del universo que se basa en innumerables observaciones que entrelazan de manera coherente
diversos dominios de la física — desde las partículas sub-atómicas hasta los cúmulos de
galaxias. Esto quiere decir que el edificio teórico tiene, además de bases sólidas, los travesaños y
las vigas cruzadas que fortalecen la estructura. El big bang no solo es consistente con la teoría
de la relatividad sino que brota inevitablemente de esta. También es consistente con la física
nuclear al integrarla como mecanismo de producción de los elementos químicos ligeros en
épocas tempranas del universo cuando este exhibía alta temperatura y densidad. La coherencia
interna está demostrada por la gran cantidad de observaciones astronómicas independientes que
la teoría relaciona y explica. Las notas de Simplicio que se muestran abajo ilustran las relaciones
entre los diversos dominios cubiertos por la teoría. Las conexiones son estrechas y la mezcla de
las múltiples relaciones entre los diferentes dominios teóricos entrelazados es coherente — como
el plato de fideos que parece un desorden pero es un único plato. Por ello resulta claro que el
modelo se rompe si una de las piezas claves del rompecabezas queda falsificada a raíz de ciertas
observaciones. El diagrama de consistencia nos presenta una malla de conocimiento bien tejida
donde las partes encajan y cooperan fácilmente, una telaraña de conceptos y observaciones bien
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balanceada, en fin, una impresionante red que conecta el micro-cosmos con el macro-cosmos
para formar un modelo robusto del universo. Cabe mencionar que, como es normal en esta etapa
de crecimiento de la teoría, el big bang enfrenta todo el tiempo desafíos. No obstante, hasta el
momento no existen resultados experimentales sólidos que den pie para rechazarlo.
Figura 3-8. Consistencia del big bang
Para apreciar qué tan robusto es el modelo del big bang, podemos navegar el diagrama de
consistencia siguiendo una de las líneas que conectan dos piezas cualesquiera del rompecabezas.
Tomemos por ejemplo la línea que conecta la estructura a gran escala con las vibraciones
acústicas. Las observaciones son, por un lado una escala preferencial de 480 millones de años luz
en el tamaño de las agrupaciones de galaxias y por el otro lado el tamaño preferencial de 0,6
grados de las manchas en los mapas de la radiación de fondo. El modelo físico que explica estas
dos observaciones aparentemente inconexas propone que las estructuras en las agrupaciones de
galaxias y el tamaño de las manchas tienen el mismo origen. Para recordar, ese mecanismo es el
colapso gravitacional de grandes regiones del plasma primordial en el que convivían la materia y
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la luz en esa gran parranda que ocurrió durante los primeros 380 000 años de existencia del
universo. Las vibraciones acústicas ejercen la función de semillas de estructura que afectan por
igual a la radiación y a la materia antes de que estas se divorcien. Tras el divorcio —
¡transcurridos 380 000 años de ejemplar matrimonio!— la materia sigue evolucionando por su
lado y deja que la gravedad forme nubes de hidrógeno y helio a partir de regiones donde las
vibraciones acústicas habían comprimido más el plasma. Por otro lado, la radiación se desacopla
de la materia y viaja libremente por el espacio llevando las marcas dejadas por las vibraciones
acústicas. Hoy observamos esas marcas en las manchas de la radiación de fondo y en las
agrupaciones de galaxias. Los cálculos del modelo para el tamaño de las manchas y el tamaño de
las agrupaciones de galaxias son consistentes con los valores observados de 0,6 grados y 480
millones de años luz, respectivamente.
Empero, sigamos aun otro hilo, esta vez el de la abundancia de los elementos en el universo y la
temperatura de la radiación de fondo. Recordemos que los elementos ligeros (helio, litio,
deuterio) se formaron durante los tres primeros minutos del universo cuando este era una especie
de reactor nuclear donde convivían en equilibrio termodinámico los protones, los neutrones y los
fotones. La temperatura del big bang —es decir de la radiación— viene determinada por el
número de fotones y sus energías. Sin embargo, si aumentamos la temperatura del big bang, los
fotones energéticos serían capaces de romper los enlaces nucleares y bajar la abundancia nuclear,
dejando el universo con solo hidrógeno. Por el contrario, si bajamos la temperatura de la
radiación de fondo se lograría aumentar la formación de elementos ligeros y alterar la
abundancia relativa observada por los astrónomos, con lo cual posiblemente el resultado sería un
universo de solo hierro. En resumen, la abundancia relativa de los elementos ligeros y la
temperatura de la radiación de fondo están íntimamente ligadas. Los cálculos del modelo del big
bang son consistentes con la temperatura medida de la radiación de fondo de 2,725 grados
Kelvin y con las observaciones astronómicas de la abundancia relativa de los elementos livianos
de 25% helio y 75% hidrógeno.
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LOS PROBLEMAS DEL BIG BANG
La teoría del big bang ha tenido un éxito espectacular cuando se trata de explicar lo que sucedió
en el universo a partir de un segundo después del origen. La razón por la cual este experimento
intelectual ha dado buenos resultados es que se basa en la física nuclear y en la teoría de la
relatividad general, las cuales han sido firmemente establecidas. Para el comienzo de la década
de 1970, los cosmólogos tenían el rompecabezas bastante bien armado. Había uno que otro
hueco —como la cuestión de la materia oscura— pero también una convicción muy arraigada de
que la teoría iba por buen camino. Todo aparecía color de rosa hasta que alguien —¡siempre hay
un aguafiestas así!— preguntara: ¿Y entonces cómo se originaron las condiciones del universo
justo antes de un segundo? Y: ¿Cuál es el origen de la materia? Y: ¿Cómo se originaron las
vibraciones acústicas en el plasma primordial? Y: ¿Por qué la radiación de fondo tiene la misma
temperatura promedio en puntos de la esfera celeste diametralmente opuestos? Y: ¿Por qué la
velocidad de expansión del universo está perfectamente afinada para permitir la ascendencia de
Homo sapiens después de 13 700 millones de años? Los cosmólogos despachaban con gran
habilidad el desafío que representaban esas preguntas incomodas. Muy sencillo: las mandaban a
un baúl herméticamente cerrado y marcado con un rótulo muy grande que decía: “Condiciones
Iniciales”. Pues sí, dar un rótulo a lo desconocido y seguir adelante es una de las prerrogativas de
los teóricos, pero, ¡ojo!, esa práctica no es una estratagema fácil para esconder los defectos del
modelo y poder así vender el producto final. ¡No! Lejos de ello, porque nombrar lo desconocido
antes de tener un modelo explicativo equivale a un contrato implícito entre los investigadores
que dice algo parecido a: “Estimado colega: Yo desconozco las condiciones antes del primer
segundo del universo, pero voy a postular unas condiciones iniciales que me garantizan que la
temperatura del universo es la misma en todo lugar. A mis colegas del futuro les dejo la tarea de
explicar cómo se logra esta condición de igualdad de temperatura; yo me ocuparé de lo que
ocurre después del primer segundo del universo a partir de la suposición aquí declarada”. En el
transcurso de un programa de investigación se considera perfectamente aceptable identificar las
islas de ignorancia, demarcarlas con toda claridad y seguir adelante. De lo contrario la ciencia no
avanzaría. Por ejemplo, Newton no explicó cómo opera la gravedad (¡inmensa isla de
ignorancia!) sin embargo su teoría de la gravedad funcionó perfectamente y progresó por muchos
años. Explorar lo desconocido no es nada fácil y sería ingenuo pretender que una teoría del
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universo floreciera libre de defectos desde su primer brote. Los cosmólogos estamos
construyendo a oscuras un mapa del universo. El ejercicio se parece a entrar a un laberinto
subterráneo en la oscuridad y tratar de trazar un mapa, sin duda una tarea ardua y peligrosa
(podríamos perdernos). Empero, sí podemos decir en cualquier momento cuáles partes del
laberinto se conocen bien y cuáles no tanto. En cosmología, esa línea que marca la frontera de lo
desconocido estaba localizada en la década de 1970 en el primer segundo del universo. Hacia
finales de la década los cosmólogos comenzaron a mover esa línea cada vez más cerca del punto
cero.
En forma resumida, el problema de las condiciones iniciales del big bang es que para que se
forme un universo donde surja la vida todos los factores relacionados con tal proceso deben estar
finamente balanceados y haber sido ajustados con exquisita precisión desde un comienzo. El afán
por encontrar un mecanismo físico que explique las condiciones iniciales del big bang ha
motivado estudios intensos y aun así, hasta el día de hoy no tenemos una solución plenamente
aceptada. El primer problema radica en explicar por qué la dinámica del universo exhibe un
estado improbable de perfecto equilibrio entre dos extremos igualmente dañinos para el universo:
por un lado tendríamos un universo donde la expansión se frena y se vuelve a comprimir
rápidamente, lo cual negaría la posibilidad de que se formaran estrellas, planetas y más aun,
Homo sapiens; por el otro lado tendríamos un universo que se expande rápidamente para siempre
dejando a la materia en estado de dilución lo cual anularía la posibilidad de que se formaran
galaxias o estructuras. Esta situación —ya de por sí preocupante para los teóricos— se ve
agravada por el hecho de que las ecuaciones que respaldan estas posibles historias de la
evolución del universo nos dicen que la dinámica es altamente inestable y se mueve impulsada
por la tendencia a precipitarse violentamente hacia el extremo de la expansión desmedida o al de
la contracción veloz. La expansión en el justo medio —tal como es observada en nuestro
universo— es un estado altamente improbable. Este estado es tan inestable como un elefante
parado en un paraguas. Por eso los cosmólogos se refieren a este problema como el problema de
la “planitud” (o propiedad de ser plano). En términos más sofisticados, la dinámica del universo
depende de la geometría del espacio, que puede ser curva o plana, a su vez la geometría del
espacio viene determinada por la cantidad de materia en el universo. La geometría del espacio
viene determinada por la forma de las trayectorias que siguen los rayos de luz. Así, por ejemplo
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en un universo plano las trayectorias son perfectamente rectas, mientras que en un universo con
mucha masa (geometría no plana) las trajectorias de la luz no son rectas. Nuestro universo está
en el justo medio, lo cual corresponde a un espacio donde la geometría es plana.
Cuantitativamente el problema de la planitud se puede expresar indicando que la densidad de la
materia después de un segundo del origen no puede desviarse del valor crítico por más de
0.00000000000001% de tal forma que 13 700 millones de años más tarde el universo se
encuentre en el estado dinámico observado.
Figura 3-9. El problema de la planitud
El segundo problema lo encontramos en el valor constante de la temperatura promedio de la
radiación de fondo. Las manchas que aparecieron en los mapas del COBE y WMAP representan
diminutas variaciones de temperatura —del 0.001%— por debajo y por encima de un valor
promedio que es el mismo en cualquier dirección del cielo que observemos. ¿Por qué es tan
uniforme la temperatura de fondo del universo? Las regiones del fondo de radiación en diferentes
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partes de la esfera celeste provienen de partes del universo primigenio que no tuvieron tiempo
(por causa de la expansión) para establecer un equilibrio térmico que igualara sus temperaturas.
En estas condiciones se esperaría que el valor promedio de la temperatura de fondo mostrara
desviaciones notables entre diferentes partes de la esfera celeste, pero eso no es lo que se
observa.
El tercer problema, uno que ha presentado formidables retos, es el de explicar el origen de las
vibraciones acústicas observadas por WMAP. Cabe anotar que son justamente esos grandes retos
los que ponen a circular los mejores jugos creativos en la cabeza del teórico. Así como la
solución al problema de las abundancias de elementos en el universo surgió del matrimonio entre
la cosmología y la física nuclear, la solución hasta ahora más atractiva al problema de las
condiciones iniciales del big bang también salió de un experimento nupcial, esta vez entre la
cosmología y la física de partículas. Advertimos que estamos cruzado la frontera entre la parte
firmemente establecida de la cosmología y la parte especulativa. La mañana del 7 de diciembre
de 1979, un joven físico de partículas que trabajaba en un laboratorio en la Universidad de
Stanford, en California, salió en paños menores montado en su bicicleta y gritando a todo
pulmón “¡Eureka, resolví los problemas del universo!” Bueno, para ser preciso, algunos detalles
de la anécdota no son literalmente ciertos. Lo de paños menores y lo de gritos es invento del
autor, todo lo demás es cierto49. Se trata de Alan Guth y su creación intelectual revolucionaria —
el modelo inflacionario de la creación— que abrió un camino conducente a explicar las
condiciones iniciales del big bang. La naturaleza revolucionaria de la invención de Guth y la
manera como la gestó me crearon la tentación irresistible de paragonarla con la celebrada
anécdota del sabio griego Arquímedes, quien se dice salió desnudo a la calle a anunciar con
eufóricos gritos de ¡Eureka!, su brillante solución al problema de la corona del rey.
Una idea ingenua del vacío sería la de imaginarnos un recipiende del cual extramos toda la
materia. Concepto claro pero infortunadamente la naturaleza es un poquito caprichosa. La teoría
cuántica nos dice que en ese “vacío” adormece una forma de energía potencial que exhibe
fluctuaciones en su intensidad. El vacío en la teoría cuántica no es simplemente un estado
absoluto carente de energía y masa. Todo sistema cuántico, vacío o no, exhibe una incertidumbre
inherente —que Heisenberg mostró— de la cual no puede escapar. Este precepto nos prohíbe
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pensar en un estado de energía que todo el tiempo sea idéntico a cero, de tal forma que en el
vacío la energía presenta pequeñisimas fluctuaciones que pueden causar un cambio en el estado
de ese vacío. Esta propiedad escandalosa del vacío fue explotada por Alan Guth para resolver los
problemas del universo. Guth comenzó a trabajar en problemas de cosmología con algo de
resistencia ya que había enfocado su investigación en la física de las partículas elementales y
veía la cosmología con algo de recelo debido a la naturaleza etérea de los problemas que la
acosan. Guth quedó intrigado por el problema de la planitud, del cual se enteró en una charla que
dictó Robert Dicke de la Universidad de Princeton. Empero fue un colega suyo quien lo empujó
a la cosmología cuando le propuso que calculara cuántos monopolos magnéticos existían en el
comienzo del big bang. Este problema, que en su planteamiento suena parecido a contar el
número de ángeles que caben en la cabeza de un alfiler, es el tipo de reto que les gusta a los
teóricos de partículas y fue suficiente para convertir a Guth en cosmólogo. Un monopolo
magnético sería, como el nombre lo sugiere, una partícula elemental cuya carga magnética
consta solo de un polo norte o un polo sur magnético, pero no de ambos. Los físicos de
partículas que se convierten en cosmólogos se caracterizan por su capacidad para diseñar —por
encargo de cualquier cliente— mundos nuevos y maravillosos sin molestarse por la plausibilidad
de su existencia. Las materias primas con las que construyen esos mundos son: lápiz, papel y
unas ecuaciones en las que aparece un término llamado “energía potencial”. En ese término los
teóricos ponen con mucha habilidad lo que les plazca y lo moldean hasta que el resultado
satisfaga al cliente. Guth se ingenió una forma de “energía potencial” —sacada de las teorías de
unificación que estaban en boga en el momento— que le daba al espacio unas propiedades
fantásticas, como la de dilatarse violentamente empujado por una gravedad negativa que repele
en vez de atraer. La lucidez de la idea de Guth está en usar la energía subyacente en el vacío
cuántico para oprimir el acelerador que dejó Einstein en las ecuaciones de la gravedad. El
acelerador sería la constante cosmológica (“lambda”), expuesta anteriormente, que Einstein
metió en su ecuación (G = T + Λ), solo que esta vez “lambda” aparece en el lado derecho50.
La misma idea también se le había ocurrido al físico ruso Alexei Starobinsky del Instituto
Landau de Física Teórica en Moscú y pronto causó revuelo en el mundo de los cosmólogos
porque el concepto ofrece un mecanismo atractivo y económico para resolver los problemas de la
cosmología. En el modelo de Guth se produce una breve expansión exponencial súper acelerada
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al comienzo del big bang en la cual una región más pequeña que el núcleo de un átomo se
expande, en tan solo una fracción infinitesimal de segundo, a un tamaño inimaginable en el cual
nuestro universo observable queda como una burbujita en el océano. Quizá por inspiración
surgida de la teoría monetaria a este modelo del comienzo del big bang se le llama, de manera
muy apta, el modelo inflacionario. Según el modelo inflacionario, el origen del big bang se
puede explicar acudiendo a la metáfora de la abuela en la mecedora. Imaginen ustedes que la
abuela está sentada en su mecedora, al borde de un precipicio. En su vaivén, la mecedora se
acerca peligrosamente al borde del precipicio en una parte del ciclo y se aleja del borde al final
del ciclo. Como los ciclos no son todos de igual amplitud, sabemos que tarde o temprano la
amplitud de un ciclo excederá el límite de seguridad y tendrá un fin no muy alegre para la
abuela. Usando un eufemismo de profesor de física diríamos que la abuela y su mecedora
conforman un sistema en “equilibrio inestable”. Es un sistema que almacena gran cantidad de
energía potencial (debido al precipicio) mientras que la mecedora va serenamente de un lado al
otro. Cuando llega el momento de la mecida final y el sistema cae al precipicio, la energía
almacenada se libera, generando calor y muchas molestias. El potencial diseñado por Guth en su
teoría tiene un punto de equilibrio inestable, como la abuela, y con la energía que se hace
disponible durante la “caída al precipicio” se genera gran cantidad de materia, anti-materia y la
expansión acelerada que comenzó el big bang. En la teoría, la caída al precipicio se da
espontáneamente mediante un mecanismo que se llama efecto túnel y que fue usado por Gamow
para explicar el decaimiento radiactivo tipo alfa (de nuevo encontramos las huellas de Gamow en
todo lugar). Así como una partícula radiactiva alfa “salta al precipicio” de manera espontánea y
sale disparada del núcleo atómico, el universo salta espontáneamente del vacío. Con respecto al
problema de la uniformidad de la temperatura de la radiación de fondo, el modelo inflacionario
dice que la temperatura promedio del universo es la misma en todas las partes porque antes de la
etapa de expansión acelerada el universo en su totalidad ocupaba una región muy pequeñita,
donde definitivamente no había ningún problema para igualar la temperatura en todo lugar. El
problema de la planitud también queda resuelto con la expansión acelerada simplemente porque
después de inflar el universo a un tamaño descomunal la geometría al final tiende a ser plana,
igual que para nosotros la Tierra se ve plana por lo grande que es en relación con la escala
humana. Lo bonito de este argumento es que propone que el espacio es empujado violentamente
hacia el estado de planitud sin importar los detalles de la densidad inicial y elimina así la
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necesidad de ajustar finamente la curvatura. El mecanismo propuesto en el modelo inflacionario
para generar vibraciones acústicas se basa en las fluctuaciones del vacío según se entiende en la
teoría cuántica. Durante el brote de expansión acelerada en la inflación, las fluctuaciones
cuánticas se estrechan a tamaños macroscópicos e inducen las vibraciones acústicas que empujan
el colapso gravitacional y forman en el universo la estructura a grande escala. En el modelo
inflacionario, una de las características de las fluctuaciones es que sus amplitudes son iguales
para cualquier escala de distancia, lo cual es consistente con las observaciones del WMAP. La
propuesta inflacionaria ha despertado mucho interés porque es de una sencillez extraordinaria y
al mismo tiempo que resuelve los problemas de la planitud y de la constancia de la temperatura
propone un mecanismo que genera las partículas y las vibraciones acústicas (¡ah!, y a propósito,
también resolvió el problema de los monopolos magnéticos). Lo mejor de todo es que las
observaciones del COBE y del WMAP confirman aspectos importantes del modelo. En resumen,
el paso del universo por un breve período de inflación hace que este sea grande y caliente, que
esté lleno de materia y que sea uniforme y plano, y de este modo entregue las condiciones
iniciales justo como se requieren para que ocurra el big bang. Por todo lo anterior es difícil no
prestarle atención a la inflación. La idea de Guth fue tan espectacularmente exitosa que a las
pocas semanas de haber presentado el modelo inflacionario en coloquios universitarios nueve
prestigiosas universidades le ofrecieron trabajo. La idea se dispersó como fuego en un bosque de
paja.
El modelo original de Guth no proponía un mecanismo decente que explicara cómo se frenó la
etapa espasmódica con la que el universo brotó del vacío. Además, para que la idea original de
Guth funcionara bien, la inflación tendría que ser homogénea porque de lo contrario unas partes
del universo se inflarían más que otras y en ese caso el universo sería muy distinto al nuestro.
Debido a que en el modelo de Guth la inflación termina de manera arbitraria y a que el requisito
de la homogeneidad no quedaba satisfecho de inmediato, este fue rápidamente abandonado y
reemplazado por variantes que hasta hoy son debatidas y presentadas en congresos
especializados. La plomería interna de los modelos inflacionarios depende de las teorías de
unificación. Estas buscan lograr una formulación teórica que permita introducir la gravedad en el
esquema de la teoría cuántica de la materia. El problema es que aun no contamos con la teoría
cuántica de la gravedad y por esta razón no existe un modelo inflacionario definitivo. Todo
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parece regresar a los matrimonios porque, para que esto se dé, necesitamos un tercer matrimonio
de teorías, esta vez entre la cuántica y la relatividad general. La parte de la cosmología que tiene
que ver con resolver el problema de las condiciones iniciales del big bang está apenas en
desarrollo y por lo tanto es una actividad especulativa. Sin embargo, los modelos inflacionarios
son vistos todavía con particular interés por su seductora oferta de resolver al mismo tiempo los
problemas más difíciles de la cosmología. Es posible que en el futuro, cuando la teoría de la
gravedad se armonice con la teoría cuántica, los modelos inflacionarios sean reemplazados por
conceptos enteramente nuevos, sin necesidad de hacer ajustes radicales al resto del marco teórico
del big bang. Vale la pena recalcar que mientras que los cosmólogos andan por ahí muy
ocupados tratando de resolver la física de los primeros instantes del universo, el big bang
“clásico” —que se encarga del universo a partir del primer segundo— continúa, válido,
imperturbable y hasta cierto punto independiente de los detalles del origen. Así llegamos a uno
de los puntos que ha generado mayores malentendidos entre el público en general, los
educadores y los medios de comunicación. Hay aspectos de la teoría del big bang que están
firmemente establecidos y hay otros aspectos especulativos, aún bajo construcción y que están
sujetos a cambios rápidos, a controversias y a debates vivos y saludables entre los científicos.
Así es como la ciencia progresa. El tema de la inflación está en la punta de la lanza de la
investigación y por esa razón es el aspecto más interesante. Estamos presenciando “en vivo” la
elaboración de una teoría. Desde 1980 cuando fue publicado el primer artículo de Guth sobre la
inflación, se publican en promedio 200 artículos por año sobre el tema de la inflación en
cosmología. Ya hay más de 50 modelos inflacionarios donde la idea subyacente de una
expansión abrupta y colosal invoca diferentes mecanismos que explican su comienzo y su
terminación. Lo habitual es que un simposio especializado sobre el tema esté lleno de acción, de
controversia, de debates encendidos, de críticas intensas, de egos más inflados que el universo y
de rivalidades interesantes. Para algunos observadores externos, esta interacción es sintomática
de una crisis, y así lo reportan. Con mucha frecuencia los titulares de los periódicos y revistas de
aficionados a la astronomía exhiben titulares como “¿Está la teoría del big bang en problemas?”
sin aclarar el contexto de esa información ni el verdadero significado que tiene lo que exponen
dentro del esquema general de la teoría. Para evitar malentendidos, es importante trazar una
línea muy clara que separe la parte de la teoría que sí está establecida con firmeza de la otra
parte, donde la teoría aún no está del todo cocinada. Cuando se prepara un banquete, no todos los
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platos se cuecen al mismo tiempo y que el postre todavía no esté listo no quiere decir que no
haya fiesta. Así mismo, si en la teoría se hace necesario arrojar por la ventana uno de los
aspectos no maduros, pues nada le ocurre al núcleo de la teoría; la fiesta continúa sin ese plato.
En el caso del big bang, como hemos dicho, la línea divisoria a la que nos referimos se coloca a
un tiempo específico de un segundo después del tiempo cero. La física nuclear y la relatividad
general se aplican a las condiciones en el universo presentes a partir del primer segundo. Sin
embargo, durante las primeras fracciones de segundo el tamaño del universo es comparable al de
una partícula fundamental y las energías son tan altas que se requiere una teoría cuántica de la
gravedad, con la que aún no contamos. Lo más admirable del paradigma inflacionario es que ha
abierto la posibilidad de estudiar científicamente el momento de la creación.
Mientras que el problema de la planitud y el de la uniformidad de la temperatura parecen estar
cediendo al poder domador de los modelos inflacionarios, a mi parecer el problema más serio de
la cosmología en este momento es el de explicar la causa de la aceleración en la expansión. Una
aceleración que comenzó hace unos 5 000 millones de años. De nuevo, la respuesta impulsiva
del teórico es la de encontrar un mecanismo que controle el acelerador del universo (la constante
cosmológica “lambda”). El problema es que cuando se hacen los cálculos de la constante
cosmológica suponiendo que ésta representa la energía guardada en el vacío cuántico los
resultados son desastrosos y arrojan un resultado para el valor de la constante cosmológica con
un error tan grande que da vergüenza escribirlo en forma numérica51.
REFLEXIÓN
Hemos llegado al final de este capítulo de introducción a la cosmología moderna y a sus más
recientes avances. No se buscaba tanto ofrecer un tratamiento histórico exhaustivo (para lo cual
existen trabajos más adecuados52) sino más bien orientar al lector en el laberíntico ideario del
cosmólogo. Comprender lo que se teje en el diálogo entre Sagredo, Simplicio y Salviati —los
tres personajes que van a debatir el significado de todo este material— requiere entender primero
un poco los factores que moldearon la teoría y las complejas relaciones existentes entres los
diversos componentes de los modelos. Sin embargo, antes de cerrar el capítulo es importante
resaltar algunos aspectos de esta aventura intelectual. El big bang es una teoría dinámica, en el
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sentido de que ha evolucionado en el tiempo. Lo que se entendía por big bang en 1930 es muy
distinto a lo que evoca el big bang de 1970 y este a su vez distinto al del año 2001. La evolución
de la teoría continúa. Algunos cosmólogos se refieren al big bang para denotar el momento
exacto en que se originó el universo. No obstante, cuando otros cosmólogos hablan del big bang
se están refiriendo al proceso de origen y evolución del universo. Por tanto, no sería un error
decir que el big bang es un marco teórico, o paradigma, que amalgama conceptos relacionados
con la idea de que el universo tiene un comienzo, una historia y un pasado caliente y denso.
Considerando la milenaria inquietud que los humanos hemos manifestado por saber sobre
nuestros orígenes y los más de 2 000 años acumulados en especulaciones al respecto, cabe
resaltar cuán joven es la cosmología moderna. El autor propone 1923 como la fecha significativa
del comienzo de la cosmología moderna53, cuando Hubble identifica las “islas estelares” como
sistemas galácticos externos a nuestra propia galaxia. El big bang queda establecido alrededor de
1965 tras la detección del fondo de radiación. Con el trabajo del físico Jim Peebles de la
Universidad de Princeton en su libro Cosmología física54 queda erigido el modelo cosmológico
estándar que incorpora en la idea del big bang los procesos de formación de estructura a gran
escala en el universo. Nótese que los modelos inflacionarios no forman parte de la cosmología
estándar. En resumen, en los últimos 80 años hemos aprendido más acerca del universo que en
los 2 400 años que antecedieron las observaciones astronómicas de Hubble.
La hechos históricos que rodearon el avance de la teoría del big bang nos revelan que esta teoría
es el producto de una empresa humana. Los detalles de la historia dibujan un patrón que se repite
una y otra vez de manera sistemática: la idea de un universo en expansión se les apareció, sin
quererlo, a investigadores externos a la cosmología, a físicos nucleares o a físicos de partículas
que no eran miembros del “club de astrónomos” y que no habían invertido su capital intelectual
en el modelo. A Guth se le apareció el big bang la noche del 6 de diciembre de 1979 mientras
contaba monopolos magnéticos; de manera independiente se les apareció a Starovinsky en
Moscú, a Friedmann en San Petersburgo y a Gamow cuando trabajaba en problemas de física
nuclear; igual sucedió con el mismo Einstein quien, horrorizado, trató de suprimirlo. Entre tanto,
los ideólogos en el poder durante el régimen soviético tenían vetados los temas de la relatividad
y el big bang. La predicción hecha por Alpher y Herman sobre la radiación de fondo pasó
inadvertida y cayó en el olvido durante 17 años, a pesar de que en el momento de la predicción
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ya existía la tecnología necesaria para hacer la observación. Durante los años de mayor
desarrollo, la teoría del big bang fue tema para los físicos nucleares, pero de poco interés para los
astrónomos. Para 1953, cuando ya daba síntomas de mayor madurez, la teoría fue dada por
muerta. Diez años más tarde la teoría del big bang fue redescubierta por Dicke y Peebles de la
Universidad de Princeton55. Ciertas observaciones y datos importantes que hoy sustentan el
modelo fueron hallazgos accidentales no premeditados. La observación que hicieron Penzias y
Wilson de la radiación de fondo fue accidental. Más aún, a Wilson, quien prefería el modelo de
Hoyle desde que lo conocó personalmente durante su paso por CalTech, no le resultaba atractivo
el modelo del big bang. La materia oscura se le apareció a Vera Rubin mientras medía
velocidades de rotación de las galaxias. La teoría del universo que se estableció como modelo
aceptado por la comunidad científica fue un modelo rechazado desde el comienzo por esa
comunidad y los experimentos claves no realizaron bajo el dominio de un paradigma. ¿Qué
significa todo esto? Dejemos que sean Sagredo, Simplicio y Salviati quienes esgriman los
argumentos de este debate.
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Capítulo 4
LOS DIÁLOGOS
Figura 4-1. Sueño de Simplicio
En su época de mayor auge, el Café Literatura era el sitio a donde acudían los poetas, los
pensadores y todo aquel que se considerara portador de ideas importantes. Animados por unas
copas y un buen café, estos ilustres ciudadanos compartían tardes enteras en las cuales discutían
con alguna altura los pormenores de la política, las artes y los acontecimientos de la ciudad
adolescente. Los ilustres habían ido haciendo su tránsito paulatino, uno a uno, al cementerio.
Luego vino la dictadura militar que obligó el cierre temporal del establecimiento: para los
militares, el solo hecho de que una persona entrara al café la hacía sospechosa. Surgió entonces
la idea de resucitar el establecimiento con una nueva personalidad. Sería un “café-libro” — que
de libro nada tenía pero sí mucho de salsa y son. Sus muros de un verde lúgubre prestaban un
mejor ambiente a borrachos impíos que a personajes sumergidos en charlas encumbradas sobre
epistemología. Al cabo de varios intentos por devolverle al café su prestigio y su aura de
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intelectualidad, éste terminó por ser un establecimiento mediocre pero donde se servía un buen
café. Con la ayuda de los frescos que representaban a un Neruda pálido y un Borges escueto que
fungían sobre la pared como cicatrices de un pasado mejor, el ambiente logró estimular la
práctica olvidada de la tertulia. Todo eso desembocó en que cada lunes y con precisión
matemática a las seis de la tarde se encontraran en el Café Literatura: Simplicio, un panadero
curioso, algo leído y bastante confundido; Sagredo, un sociólogo muy amigable pero con
tendencias panfletarias; y Salviati, un astrofísico untado de tiza, despeinado y a veces arrogante.
Sin embargo, he decidido no desgastarme extendiendo este preámbulo para ahondar sobre las
personalidades y puntos de vista de nuestros personajes ya que el diálogo mismo se encargará de
poner en vitrina los detalles. Entonces… ¡Adelante!
Primera jornada
SIMPLICIO: Bueno les anuncio que, como habíamos acordado, hice la tarea y leí los capítulos
introductorios de este libro, y francamente les digo que no quedé muy convencido.
SAGREDO: ¿Cómo así? Explique.
SIMPLICIO: Pues por una parte, ¿quién es el autor, el tal doctor Torres? Que haya estado en la
NASA no significa que sea un gran científico. No se me haría raro que su trabajo en la NASA
fuera servir los tintos. Sabemos cómo funcionan a veces esos asuntos por nuestras tierras:
algunos individuos van al extranjero, estudian durante un verano y llegan cargados de títulos
universitarios. Recuerde que aquí abundan los funcionarios de relumbrón “graduados en
Harvard”. Por otro lado, en el libro se expone la cosmología científica moderna como una visión
del mundo que goza de privilegios en comparación con otras cosmologías. Me parece una visión
muy occidental, muy europea. La cosmología del big bang se presenta como si fuera el recuento
de un mecanismo muy cercano; todo está aparentemente tan claro como una receta de cocina,
pero me parece que el universo es demasiado extenso y su historia en el tiempo muy compleja
como para explicarlo todo con unas recetas sencillas. Aún no quedo convencido de que esa
teoría sea correcta porque creo que los científicos trabajan bajo supuestos cuestionables. Por
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ejemplo, yo no entiendo cómo es posible estudiar algo tan remoto en la distancia y en el tiempo
como el universo y su historia. Es cierto que los científicos conocen muy bien las leyes físicas
que gobiernan nuestra vecindad inmediata pero me parece un salto vertiginoso usar esas mismas
leyes físicas para explicar algo tan distante y que ocurrió hace tanto tiempo. ¿Están seguros los
astrofísicos de que las grandes distancias y el paso del tiempo no afectan la luz que nos llega
desde puntos remotos del universo? Para los que no respiramos ecuaciones, el recuento de la
historia del universo en el big bang suena tan mágico como la narrativa del libro del Génesis.
Decir que tenemos una explicación científica del universo y a renglón seguido argumentar que
dicha teoría depende de aceptar que el universo está constituido en un 74% de energía oscura y
en un 25% de materia oscura — cuyas naturalezas los científicos desconocen por completo — se
me hace francamente ridículo. ¿Qué diferencia hay entre tener que aceptar el concepto de una
energía oscura, desconocida y vaporosa y el de un ser sobrenatural que arbitrariamente ordenó el
universo de la manera como lo observamos hoy?
SAGREDO: Lo de quién es el tal doctor Torres se lo dejo a Salviati. Yo me ocuparé de sus otros
comentarios, que a propósito me parecen muy pertinentes. Es cierto que las escalas de tiempo y
espacio que se manejan en la cosmología son abrumadoras y que sobrepasan por varios órdenes
de magnitud las escalas humanas. Sin embargo, es importante considerar que no es necesario
tener contacto directo con objetos astronómicos para poderlos comprender, ¿verdad? Déjeme
hacerle una pregunta. Supongamos que usted nunca ha visto una de esas bellísimas fotos de la
Tierra que se han tomado desde el espacio. ¿Usted de todos modos creería que la Tierra es
redonda?
SIMPLICIO: Supongo que sí.
SAGREDO: Pero ¿cómo, si su experiencia diaria le dice que la Tierra es plana? No obstante
sabemos que la Tierra es esférica y podemos entender lo que eso significa. Los griegos
mostraron que la Tierra es esférica y hace 2200 años midieron el diámetro usando conocimientos
de geometría y observando el tamaño de las sombras proyectadas por unos palitos. Nótese que
se pudo establecer que la Tierra era redonda aún sin haber tenido contacto directo con esa
experiencia. El modelo esférico de la Tierra era un concepto abstracto, y de todos modos el
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significado y las implicaciones de ese concepto se pudieron entender muy bien. El loquito de
Cristóbal Colon convenció, con base en ese concepto abstracto, a los reyes de España para que le
financiaran su famoso viaje. Otro ejemplo. ¿Usted sigue con su tratamiento de antibióticos,
verdad? Bueno, pues esos bichos que usted tiene en el estómago son tan pequeños que, en
relación con la escala humana, son tan distantes hacia lo microscópico como lo es un planeta
entero hacia lo macroscópico. Usted no tiene contacto directo con los microorganismos que lo
afligen y sin embargo lo veo usando los antibióticos recetados por el médico lo cual quiere decir
que confía en los resultados de la investigación científica según la cual el antibiótico aniquilará a
los desdichados invasores. Pues le recuerdo que una bacteria vive en un mundo tan remoto como
algunos objetos astronómicos y es muchísimo más compleja que una estrella…ah, usted sí se
toma el antibiótico pero no acepta el universo moderno. Actitud contradictoria.
SALVIATI: Quisiera…
SAGREDO: Perdón, sólo un segundito más y acabo mi idea. Es que ya que estamos hablando de
la posibilidad de conocer el mundo que existe a escalas mucho mayores o menores que la
humana, se me ocurre otro ejemplo que ilustra muy claramente el punto que quiero transmitir.
¿Usted sabe qué hace la compañía de semiconductores Intel? Intel es fabricante de los circuitos
integrados que se encuentran en las entrañas de los millones y millones de computadores y
cacharros similares por todo el mundo. Estas maravillas electrónicas controlan reactores
nucleares, aviones y equipo médico, es decir, controlan la vida moderna. En el 2007 Intel
reportó una ganancia neta de 7.000 millones de dólares. Algo bastante tangible ¿no es verdad?
Pues bien ¿sabía usted que esas pastillas con circuitos integrados se basan en una teoría abstracta
en la cual la luz y los electrones son estados combinados de onda y corpúsculo? ¿Chévere, no? Y
le aseguro que el gerente de Intel no ha tenido contacto sensorial directo con una de esas
superposiciones “onda-partícula”, pero en todo caso ¡él feliz porque ese intangible se materializa
al final del mes en un jugoso salario! Las partículas elementales con las que se trabaja en la
teoría cuántica de semiconductores existen a escalas que comparadas con un ser humano están
alejadas hacia lo microscópico en igual proporción que la estrella alfa-Centauri lo está hacia lo
astronómico. Para darle una idea de la magnitud de lo que estamos hablando, si viajamos a la
velocidad de un jet hacia esa estrella, nos demoraríamos cinco millones de años en llegar.
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Simplicio, no creo que usted tenga problema en aceptar la teoría de semiconductores que hace
funcionar esa cámara tan bonita que tiene ahí. Entonces no entiendo por qué se muestra reacio a
aceptar una visión científica del universo. ¿Será que como la Biblia es neutra con respecto a los
superconductores, entonces por eso no cuestionamos esa teoría y sí la del big bang?
SALVIATI: Bueno, finalmente me deja usted hablar, don Sagredo. Cuando usted se apodera de
la palabra se le olvida que no es Cicerón. Antes que nada quisiera agradecerle a Simplicio sus
comentarios, que son muy pertinentes y ponen nuestra discusión por buen camino. En mis clases
me encuentro a diario ese mismo tipo de comentarios. En cuanto a Torres, no quiero gastar
tiempo en él. Usted mismo puede buscarlo en la Internet e informarse56. Pasemos ahora a lo
importante. Simplicio, cuando se presenta la cosmología del big bang en el libro también se
habla de la evidencia experimental que respalda la teoría, ¿no es cierto?
SIMPLICIO: Sí. Si entendí bien, los astrofísicos han podido recoger la energía de las ondas de
radiación que bailaban pegaditas a la materia hace muchos años cuando el universo apenas
celebraba su cumpleaños número 380 000. Los gritos de esa gran parranda cósmica dejaron algo
así como unos ecos que aún resuenan hoy por ahí, por todas partes, hasta en este espacio aquí
entre nosotros tres. También se habla de la expansión del espacio observada por Hubble y de la
cantidad de helio que se observa por doquier en el universo. Hasta ahora, los cálculos y las
predicciones de la teoría del big bang con respecto a estos fenómenos cuadran muy bien con las
observaciones. Todo está claro hasta este punto, pero eso de la materia oscura no me cuadra, y
mucho menos aquello de la energía oscura. No existe evidencia que indique que esos conceptos
esotéricos sean reales.
SALVIATI: Por cierto, muy preciso su resumen. Me gusta cómo expone el big bang a la manera
criolla. Está compitiendo con Ernesto Cardenal, quien narró el big bang a la manera poética57:
Somos polvo de estrellas.
Hace 15.000.000.000 de años éramos una masa
de hidrógeno flotando en el espacio, girando
lentamente, danzando.
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Y el gas se condensó más y más
cada vez con más y más masa
y la masa se hizo estrella y empezó a brillar.
Condensándose se hacían calientes y luminosas.
La gravitación producía energía térmica: luz y calor.
Como decir amor.
A ver, comencemos con el problema de la materia y la energía oscura...
SAGREDO: No me parece buena idea perdernos en la minucia técnica de los cosmólogos
cuando aún tenemos un punto tan fundamental por resolver, concretamente si es que hay que
aceptar un modelo del universo que tiene que acudir a la magia para sustentarse.
SALVIATI: ... Oiga, ¡no me interrumpa! Justamente quería explicar que eso de la materia oscura
nada tiene de magia. Por el contrario, el concepto se deriva de un proceso científico riguroso y
serio. Ustedes los sociólogos58 agravan la confusión de la gente que está interesada en aprender
sobre el tema, y para colmo de males muchas veces ni distinguen entre astronomía y astrología.
SAGREDO: Y ustedes los científicos son los culpables de la gran confusión que hay entre las
personas que tienden a aceptar los dictámenes de la ciencia con actitud no crítica, como si la
ciencia viviera en un pedestal que la hace superior con respecto a otras maneras de aproximarse
al universo. Muy bien nos lo recordaba Ernesto Sábato59, un estudiante de física, cuando decía
que el cientificismo es un nuevo fetichismo en el cual una comunidad de practicantes que
desarrollan códigos cada vez más elaborados y remotos supuestamente para explicar el universo,
manipulan el dogma científico. ¿Para explicárselo a quién? ¡Será a ellos mismos! No creo mucho
que sus elaborados códigos sean de fácil acceso al gran público.
SALVIATI: Ernesto Sábato salió con esos disparates en un momento de su vida en que estaba
intoxicado por el surrealismo. A cualquier joven universitario inquieto, militante de movimientos
comunistas, que fuera a París en 1938 a estudiar y se encontrara deslumbrado por los grupos de
intelectuales avant garde del momento se le iba a torcer sin falta la cabeza. “Durante ese tiempo
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de antagonismos, por la mañana me sepultaba entre electrómetros y probetas y anochecía en los
bares, con los delirantes surrealistas”, así describía Sábato su situación. Más adelante él mismo
admitió haberse excedido en su revuelta contra la razón y en su fervoroso acercamiento al
espejismo del surrealismo60. Yo diría que Sábato simplemente fracasó como físico y en algo
tenía que enfocar su capacidad creativa. No entiendo por qué acude al ejemplo de Sábato; pero
yo sé que lo que usted quiere es contaminar nuestra conversación con las nociones desarrolladas
por los sociólogos de la ciencia que consideran las teorías científicas del universo iguales que
cualquier mito de la creación.
SAGREDO: ¡Eso es una caricatura! Se nota que usted no sabe sobre el tema. No debería hablar
de lo que no sabe. Yo no ando por ahí pontificando sobre astrofísica.
SIMPLICIO: Un momento... ¡Alto ahí! Esto se está convirtiendo en un altercado poco
productivo. Las diferencias entre ustedes dos son demasiado grandes como para pretender llegar
a una intersección de sus respectivas burbujas y por tanto un diálogo constructivo. La razón por
la cual estamos aquí es la de ver qué entendemos y cómo interpretamos el modelo del mundo que
nos propone la ciencia. Por eso veo que sería mejor dejar a un lado el tema de la sociología de la
ciencia y enfocarnos en la ciencia.
SALVIATI: Estoy de acuerdo con Simplicio. Es mejor dejar el tema de la sociología a un lado,
de lo contrario nos metemos en un berenjenal que nos desvía de los propósitos que nos trazamos.
SAGREDO: Ah, no, pero si el interés es realmente hallar el significado de la teoría, y si quiere
abordar el tema de la cosmología de manera amplia y abierta — que creo es lo que pretende —
no puede dejar de lado el aspecto sociológico. Usted muy bien sabe que la historia de la ciencia
contada por los científicos es un ejercicio estéril lleno de triunfalismos y fábulas pulcras
depuradas del verdadero tira-y-afloje entre experimentadores y teóricos de diferentes escuelas, en
las que están ausentes los factores sociales que inciden en la ascendencia de cualquier teoría.
Salviati, no me venga usted a negar que la cosmología moderna no sea el producto de una
controversia de más de treinta años en los que se mezclaron todo tipo de ideologías,
personalidades fuertes y rivalidades intensas entre grupos de investigadores.
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SALVIATI: Estoy harto de la acusación que oigo reiteradamente de que los científicos vivimos
en una torre privilegiada desde donde pregonamos que la ciencia, libre de valores, observa la
realidad externa y nos suministra la verdad sin elementos subjetivos. ¡También es una caricatura!
La posición anti-ciencia era un discurso válido a finales del siglo XIX, cuando el racionalismo
extremo y la aparición de la máquina de vapor y la electricidad sembraron la falsa idea de que los
avances científicos nos librarían de todo mal social; pero no estamos en el siglo XIX.
Atravesamos una época que nos enfrenta a retos globales como la degradación ambiental, el
calentamiento global y la abundancia de armamento nuclear. Armarles una plataforma rodeada
de glamour intelectual a quienes niegan el calentamiento global, por ejemplo, es peor que
propagar ignorancia. ¡Es irresponsable! Y hablando de códigos indescifrables para el profano,
¿quiénes son los que escriben densos opúsculos donde los términos “hermenéutica”,
“paradigma” y “heurística” aparecen en la misma frase, o libros en los que el vocablo
“paradigma” adquiere veinte significados distintos? Ustedes los sociólogos de la ciencia quieren
describir la tarea del científico y saber qué diferencia a la ciencia de otras empresas humanas,
pero llevan no sé cuántos años sin poder acercarse siquiera a un consenso. Basta con mirar las
respuestas que ustedes le han dado al problema de la demarcación, es decir el de establecer un
criterio que nos permita discriminar entre lo que es ciencia y lo que no lo es. De Popper a Kuhn,
pasando por Duhem, Quine, Lakatos, Ayer, Feyerabend, Hacking, Pickering y tantos otros, lo
que queda claro es que por cada criterio de demarcación propuesto surge otro que lo invalida. Sí,
que las teorías son susceptibles a la influencia de factores sociales y que los experimentadores
pueden exhibir sesgos es aceptable. También es entendible decir que la aceptación de una teoría
está supeditada a cómo ésta encuadra en la cosmovisión del grupo, pero otra cosa muy distinta es
afirmar que la cosmología científica es otro mito más. Es como decir que una pintura abstracta
de Picasso es igual que un garabato de niño. ¿Acaso ustedes no se dan cuenta de que el proceso
científico lleva intrínseco el mecanismo de eliminación de errores en nuestras hipótesis? Dígame,
¿cuándo los fabricantes de mitos se han preocupado por examinar intensamente sus propias tesis
en busca de errores? Recuerde que fueron los mismos físicos de los primeros dos decenios del
siglo XX quienes tiraron por la ventana la física clásica.
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SAGREDO: ¡Ridículo, pernicioso, y exagerado! ¿Qué anda fumando usted? Francamente tiene
un revuelto de ideas desastroso. Que para deslumbrarnos lance al aire nombres difíciles de
pronunciar no quiere decir que entienda lo que dijeron esos personajes.
SIMPLICIO: ¡Orden! Vean, como ustedes no se pueden poner de acuerdo y dado el tenor de esta
discusión, seré yo el moderador. Si queremos zanjar el debate no podemos seguir con este
ambiente caldeado.
SAGREDO: Pero…
SIMPLICIO: ¡Cállate Sagredo! Lo primero que tenemos que hacer es ponernos de acuerdo en las
preguntas que vamos a explorar. En segundo lugar, vamos a darle una oportunidad a Sagredo
para que nos exponga la visión desde la sociología de la ciencia, pero recuerden que estamos
aquí de común acuerdo y con el fin de explorar y ahondar en el significado de los avances en el
conocimiento sobre el origen del universo. Y, para bajar la temperatura, propongo que pidamos
unos aguardientitos porque esta conversación a palo seco es difícil de pasar. Además, si
continuamos vociferando así, nos van a echar de este establecimiento a patadas.
SALVIATI: No me parece buena idea que mezcle sus antibióticos con aguardiente, Simplicio.
Además, ¿qué le va a decir a su señora cuando llegue tarde a la casa con un tufo descomunal?
¿Le va a decir, “Mijita, estaba discutiendo el significado de la teoría del big bang con mis
amigos”? ¡Seguro que le va a creer! Más bien creo que lo mandará a dormir al sofá. Les sugiero
que nos tomemos un agua aromática y que tratemos de ponernos de acuerdo en los temas que
queremos cubrir en esta “balanceada” tertulia.
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Segunda jornada
La tertulia de la semana pasada dejó muy en claro que el tema del origen del universo
inevitablemente traslapa disciplinas que por tradición han estado alejadas, como las
humanidades, las ciencias sociales y las ciencias físicas. La tensión generada por el debate
interdisciplinario ayuda a entender la problemática que acompaña la gestación de una teoría
científica sobre el origen del universo. En la jornada de hoy los personajes se esforzarán por
mantener el orden de los temas, previamente acordado por ellos mismos, y procederán a mirar en
mayor detalle el modelo estándar de la cosmología moderna, incluyendo sus defectos.
SIMPLICIO: Buenas tardes, mis amigos galácticos; hoy nos vamos a concentrar en examinar el
modelo del big bang. Veremos si Salviati nos puede explicar los aspectos más recónditos de esta
intrigante teoría del universo. Por mi parte, yo sigo con dudas y no estoy enteramente
convencido de que el big bang explique el universo, pero le daremos la palabra a Salviati — y
espero que no se eleve en argumentos encumbrados y etéreos. Por si acaso, les traje empanadas y
podemos acompañarlas con un buen aguardiente. Entonces, Salviati, en forma muy resumida,
¿qué es exactamente lo que dice la teoría del big bang?
SALVIATI: El modelo cosmológico estándar, popularmente conocido como big bang, dice que
el universo se originó hace 13 700 millones de años, que hoy se está expandiendo
aceleradamente y que en su pasado era caliente y denso como una sopa de partículas donde se
formaron los elementos químicos ligeros y donde surgieron unas vibraciones acústicas que
empujaron la materia hacia agrupaciones que luego formaron la estructura de galaxias que
adorna la bóveda celeste. Simple y llanamente, eso es todo ¿Está claro?
SIMPLICIO: Un momento. Entonces el big bang no es el momento exacto del origen sino más
bien toda la historia del universo. Puesto que la expansión continúa podríamos decir que el big
bang todavía está ocurriendo en este momento.
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SAGREDO: Correcto, el big bang es un marco teórico donde los físicos cuelgan las
observaciones astronómicas y las explicaciones que estas suscitan. En otras palabras, el big bang
es un paradigma, entendido aquí como un esquema ordenador o andamiaje que conecta de
manera coherente una gran variedad de conceptos y observaciones.
SALVIATI: ¡Ya empezó usted con sus paradigmas!, pero, paradigma o no, el big bang es
simplemente un modelo del origen y evolución del universo que es aceptado por la mayoría de
los cosmólogos —no por bonito o porque esté alineado con una u otra ideología— sino por el
sólido soporte empírico. Hasta el momento la teoría del big bang no es lo suficientemente
robusta para explicar el punto exacto de origen del universo. Sin embargo, sí explica con
maravillosa efectividad y coherencia todo lo que ocurrió a partir de las primeras fracciones de
segundo; y hago énfasis en que la teoría está sustentada por observaciones astronómicas.
SIMPLICIO: ¿Nos podría dar un resumen de ese soporte empírico al cual se refiere?
SALVIATI: Empecemos por resumir lo que las observaciones astronómicas nos dicen sobre el
universo: tuvo un comienzo hace 13 700 millones de años; en el pasado el universo era más
caliente y denso; está compuesto en su gran mayoría por los elementos más ligeros de la tabla
periódica — un 75% en hidrógeno, un 25% en helio y unas trazas de litio y de hidrógeno pesado;
todo el espacio está impregnado por un fondo de radiación de microondas y de energías que
siguen un patrón característico; el fondo de microondas tiene, en promedio, la misma
temperatura, pero también exhibe diminutas irregularidades; las galaxias se agrupan en
vecindades de tamaños aproximadamente iguales. Estas observaciones astronómicas se han
repetido múltiples veces de manera independiente y que han sido hechas por investigadores en
varios lugares del mundo y mediante el uso de tecnologías diversas. Estas son realidades
empíricas bien establecidas que se han corroborado y reforzado con el peso de 80 años de trabajo
en observatorios astronómicos y misiones espaciales. La afirmación “el universo se expande”
tiene la misma validez empírica que la afirmación “la tierra es redonda”. Igual podemos decir de
los otros hechos empíricos enumerados. Todas estas observaciones son explicadas por la teoría
del big bang de manera coherente y consistente con teorías más fundamentales y maduras como
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la física nuclear y la teoría de la relatividad general. Para terminar, la teoría del big bang no está
libre de retos observacionales, pero hasta el momento no han surgido observaciones que den pie
para rechazarla. Si lo consideran con detenimiento, creo que estarán de acuerdo conmigo en
afirmar que vivimos en una época privilegiada porque por primera vez en la historia de la
humanidad hemos podido desarrollar una cosmología que está más respaldada por datos que por
elucubraciones.
SAGREDO: Su apreciación es bastante optimista, pero esa exposición académica de la
cosmología moderna no quedaría completa sin agregar dos notas bien gordas a pie de página:
primero, para lograr la coherencia del modelo —tan exaltada por usted— fue necesario
introducir la materia oscura y la energía oscura, a mi parecer dos elementos problemáticos que
amenguan el lustre del modelo; y dos, la teoría fue desarrollada bajo el supuesto de que el
universo es homogéneo, pero tengo entendido que esta propiedad no ha sido confirmada a
satisfacción.
SALVIATI: Por el tono de su comentario veo que usted tiene la intención de sembrar dudas y así
empañar la discusión.
SAGREDO: Creo que acordamos mantener un diálogo honesto, ¿verdad?
SALVIATI: Déjeme terminar. Decía que su caracterización de la materia y de la energía oscura
como elementos adjetivos no es apropiada y más bien revela que su entendimiento del proceso
científico es deficiente. No hay ningún problema con la materia oscura, excepto quizá por el
título engañoso que lleva. Las observaciones del cúmulo de la “bala” muestran de manera
perfectamente clara que en una colisión entre dos galaxias la materia oscura en ellas pasa como
si nada la hubiera tocado mientras que la materia normal se calienta por la colisión. También
tenemos evidencia de materia oscura por la manera como afecta la rotación de las galaxias y
cómo proporciona la fuerza de gravedad para mantener enteritos a los cúmulos de galaxias.
Además, varios candidatos de materia oscura salen de manera natural de las teorías de partículas
fundamentales. De manera que yo no veo ningún problema con la materia oscura. Demosle un
tiempito a los físicos y estoy seguro que la encontrarán.
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SIMPLICIO: No quedo como tan satisfecho después de escuchar su exposición de ahora sobre la
materia oscura y la anterior sobre el big bang. Me suena muy técnica y ajena, más o menos como
cuando voy al médico y este en vez de diagnosticarme una gripa común me suelta una retahíla
sobre estreptococos, estafilococos y otros latinismos muy precisos y técnicos pero que no me
dicen nada. Necesito para poder entender que me dé explicaciones muy gráficas y mecánicas de
cada uno de los puntos que usted menciona.
SAGREDO: Sí, de acuerdo. Vamos a tener que desmenuzar los temas uno por uno pero tengan
presente que la tareíta nos va a consumir largas horas. Menos mal que a Simplicio se le ocurrió
traernos empanadas.
SIMPLICIO: Manuel, ¡una ronda de aguardiente, por favor!
SAGREDO: Propongo que empecemos por examinar la expansión del espacio, que es un
concepto fundamental en el big bang. La idea inocente de la expansión engendra acertijos
monstruosos. Por ejemplo, se dice que no existe un punto centro si no que todos los puntos son
centro. Y, si el universo se expande, ¿hacia dónde se expande?
SIMPLICIO: ¡Uy! ¡Esos dos conceptitos ya me hicieron doler la cabeza!
SALVIATI: ¡No sean tontos! Que el concepto de la expansión del espacio sea un poquito
abstracto no quiere decir que no sea entendible. Para guiar esta discusión voy a apelar a la
metáfora —ya tan comprobada— del globo que se infla. Desde que Arthur Eddington la
introdujo hace casi 80 años, esta metáfora ha sido usada con innumerables alumnos para ilustrar
la expansión. La idea es la siguiente: vamos a imaginar un globo de inflar sobre el que pintamos
unos puntitos que representan las galaxias en el universo. De hecho, como tenía mis sospechas
de qué me iban a preguntar, me traje un globo para hacer la demostración en vivo. Aquí está el
globo, ya le dibujé los puntitos y ahora lo vamos a inflar. Fijen la atención en dos puntos
cualesquiera, imaginen que esos dos puntitos son galaxias y sigan con la vista la distancia entre
las dos galaxias. Como ven, la distancia aumenta a medida que el globo se infla. Ahora, mientras
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yo sigo inflando el globo, ustedes van a hacer mentalmente una medición que consiste en pararse
en una de las galaxias y observar con mucha atención cómo aumentan las distancias a las
galaxias vecinas. La primera observación que registramos es que todas las galaxias se separan de
nosotros, lo cual sugiere que somos el centro. Ahora bien, noten que si nos paramos en otra
galaxia, concluiremos por igual que estamos en el centro. En resumen, no hay un punto
privilegiado que se pueda rotular como el centro absoluto y a la vez los habitantes de otras
galaxias viven la misma experiencia de estar “en el centro”. La metáfora funciona, pero
recuerden que es tan solo una metáfora para ilustrar un concepto. No sería muy útil pensar que el
universo es un gran globo cuyas paredes representan una especie de orbe donde residen los
objetos celestes. George Gamow refinó la metáfora acudiendo a tortas y panes con pasas, lo cual
—estoy seguro— mi amigo el panadero acá presente sabrá apreciar y agradecer. Las pasas en la
masa de pan son galaxias y la distancia entre ellas se dilata a medida que el pan crece en el
horno. El modelo del pan con pasas funciona mejor porque ayuda a visualizar la expansión del
espacio en tres dimensiones, pero adolece de la misma dificultad que el modelo de globo porque
obliga a pensar en que el espacio se expande dentro de un recinto. Y, ¿qué es ese recinto?
Cuando hago el truco del globo en clase, siempre les digo a mis alumnos que no me gusta la
metáfora del globo porque sugiere que el universo se está expandiendo dentro de un espacio,
como el globo que se expande dentro de un recinto. Lo anterior nos lleva a la segunda pregunta
de Sagredo: ¿hacia dónde se expande el universo? La pregunta presenta retos muy perversos
porque nos obliga a ponernos de acuerdo en qué es lo que entendemos por espacio — y sobra
mencionar que con ello nos elevamos a un nivel más abstracto de conversación y corremos el
riesgo de colindar lo esotérico. A ver don Manuel, ¡ahora sí los aguardientes!
Es erróneo pensar que el espacio es una especie de recinto o contenedor dentro del cual ocurre el
big bang, como un teatro que existe independiente de la obra teatral. En ese sentido, el espacio es
como una cualidad de la materia y por lo tanto no existe cuando no hay materia o energía. Es un
tanto problemático explicar con precisión eso de que el espacio es una cualidad de la materia y
por eso yo prefiero hablar de distancias y no de espacio. Una distancia es una relación entre
cuerpos materiales que tiene un significado concreto y es medible directamente. Observen que si
no me refiero a objetos materiales no tiene sentido hablar de distancia. Permítanme una analogía.
Piensen en el color verde. Pues bien, el color verde, así como el espacio, es una cualidad de los
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objetos materiales61. Y así como entendemos que el color verde no existe sin objetos materiales,
pues igual decimos que el espacio no existe sin materia. Repito, cuando hablamos de expansión
del espacio es más útil pensar en términos de la distancia entre dos galaxias cualquiera. Así, en
vez de decir que el espacio se expande, es mejor decir: la distancia entre las galaxias está
creciendo. Así no solo removemos la noción de un espacio absoluto sino que también
expresamos el concepto de expansión en términos de cualidades que son medibles. Qué significa
medir el espacio no queda muy claro, pero la medida de las distancias sí está perfectamente bien
definida. Sin embargo, quiero advertir que el concepto de medir distancias a galaxias lejanas que
se separan de nosotros a gran velocidad presenta sus propios retos.
SIMPLICIO: Si Galileo estuviera aquí presente entre nosotros estaría muy disgustado. Ese
concepto de espacio que usted nos acaba de vender es demasiado aristotélico — y recuerden que
Galileo detestaba la visión aristotélica del mundo.
SALVIATI: ¡Cuál aristotélico ni que pan caliente! ¿Qué tiene que ver eso con lo que estamos
hablando?
SIMPLICIO: En la física de Aristóteles se consideraba que el color verde de un objeto —para
seguir con su ejemplo— es un accidente de las cosas materiales y que el verde no se da fuera de
la materia. La descripción del espacio como un accidente de la materia me parece
sospechosamente cercana a la física de Aristóteles.
SAGREDO: Me sorprenden sus conocimientos, por cierto muy precisos, sobre la filosofía de los
griegos. La idea de describir el espacio como un accidente de la materia no solo está cargada del
bagaje nocivo del escolasticismo; también me parece que sencillamente no funciona. Sabemos,
por la rapidez con que disminuye el brillo de estrellas supernova según su distancia, que la
expansión del espacio se está acelerando. Ahora bien, los físicos nos explican esta aceleración
como la manifestación de una propiedad del espacio mismo que empuja sus partes hacia fuera.
Admitido lo anterior también se está admitiendo que el espacio es una entidad independiente de
la materia y que está dotada de propiedades que se manifiestan físicamente. ¿O acaso no es esta
la interpretación que se le da a la constante cosmológica?
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SALVIATI: Todavía no existe un consenso sobre cuál es el agente responsable por la aceleración
del espacio. La constante cosmológica es un término reservado en las ecuaciones de Einstein
para colocar ese agente que no se ha encontrado. El debate sobre qué exactamente es la constante
cosmológica y cómo promueve la expansión queda cojo si no se habla de campos cuánticos ya
que en el espacio vacío siempre está la presencia de un campo —o partícula— así que el
problema se reduce a modelar ese campo. Sagredo, tengo una pregunta: ¿Cuántos ángeles
pueden bailar en la cabeza un alfiler?
SAGREDO: Depende.
SALVIATI: ¿De qué depende?
SAGREDO: Depende de cómo defina usted qué es un ángel.
SIMPLICIO: No se burlen; en su época, pensadores respetables consideraban que el tema se
prestaba para una discusión lícita.
SALVIATI: A eso precisamente voy, a que las preguntas que admiten un tratamiento científico
tienen que estar bien formuladas y deben conducir a respuestas precisas. Por lo tanto, si me
preguntan si el espacio tiene un borde, la respuesta más honesta es la misma que Sagredo ofrece
cuando le preguntan sobre los ángeles que bailan en la cabeza de un alfiler, es decir, “depende”.
Depende de cómo se defina el espacio. Por eso decía que es más productivo hablar en términos
de cantidades medibles, como la distancia entre dos objetos. Las ecuaciones que contienen la
teoría de la gravedad de Einstein están expresadas en términos de distancias. Cuando afirmamos
que el universo se expande, estamos expresando el resultado de unas ecuaciones donde se
muestra que la distancia entre dos galaxias crece con el tiempo. Esta afirmación es precisa y
tiene una conexión directa con observaciones astronómicas. Nótese que para medir la distancia
que nos separa de una galaxia allá en el cielo profundo es necesario que nos llegue la luz de la
galaxia, pero eso toma tiempo porque la luz se propaga a una velocidad finita. Este hecho limita
la profundidad observable del universo. En ese sentido podemos decir que el universo observable
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sí tiene un límite y que a este lo determina la máxima distancia que ha podido recorrer la luz
desde el origen del universo.
SIMPLICIO: Si entiendo bien, la información sobre la expansión del espacio se deriva de
mediciones de distancia y velocidad de galaxias lejanas. Los astrónomos miden el brillo de
algunas estrellas para determinar la distancia a la galaxia donde residen. La velocidad con la que
se aleja la galaxia se infiere midiendo el desplazamiento de las líneas en el espectro de la luz que
proviene de la galaxia. Una vez la velocidad se determina de este modo, se conoce que las
galaxias más lejanas exhiben mayor velocidad y se dice que este resultado revela la expansión.
En realidad la expansión no se observa. Lo que los astrónomos observan directamente es el brillo
de unas estrellas y el desplazamiento de unas líneas que aparecen en sus espectros. La expansión
del universo me queda como difícil de tragar porque para pasar de las observaciones
mencionadas a decir que el universo se expande hay que interpretar primero los datos y ahí hay
un salto como grandecito.
SALVIATI: Veo con buenos ojos su insistencia y terquedad. Siempre es bueno tener una actitud
crítica y hacerse preguntas hasta tocar fondo. Decir que el universo se expande es una afirmación
de alto calibre y estoy de acuerdo con Simplicio en que antes de aceptar un concepto tan radical
es mejor confirmarlo repetidas veces y clarificar todas las objeciones que haya suscitado. Ningún
científico que se respete se tragaría por entero la tal expansión al primer anuncio. De hecho, al
comienzo y durante muchos años la comunidad científica se resistió con fuerza contra las ideas
que propone la teoría del big bang. La idea de la expansión se afianzó a medida que se iban
repitiendo las mediciones con tecnologías distintas y de manera independiente al mismo tiempo
que se verificaba su consistencia con otros hechos empíricos bien establecidos y se validaba la
técnica experimental. Esta tarea ha definido la carrera de muchos astrónomos profesionales
desde 1838 cuando Friedrich Bessel midió la distancia a la estrella 61 Cygni que se encuentra a
diez años-luz de nosotros. En el caso de las distancias, existen 26 métodos de medición
distintos62 —que varian según el rango de distancias— para determinar la distancia a estrellas y
galaxias lejanas; y los resultados son consistentes entre métodos distintos. Debido a la madurez
de la tecnología y de los métodos, los astrónomos pueden confiar en los resultados de medir la
distancia a objetos astronómicos lejanos.
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SIMPLICIO: ¿Cómo sabemos que el desplazamiento de las líneas del espectro tiene que ver con
la velocidad de las galaxias?
SALVIATI: Los astrónomos pueden observar directamente el desplazamiento rojo.
SIMPLICIO: ¿“Desplazamiento rojo”?
SALVIATI: Maestro Simplicio, el autor de este libro casi se rompe la cabeza tratando de
explicar en el lenguaje más sencillo posible el significado de “desplazamiento rojo”. Le
recomiendo que vuelva a leer con mucho detenimiento el Capítulo 2, porque de lo contrario no
vamos a progresar en esta discusión. Brevemente le recuerdo que “desplazamiento rojo”, sí
“desplazamiento rojo”, es una abreviación para decir “desplazamiento hacia el rojo de las líneas
espectrales”. ¿Se imagina la incomodidad si cada vez que tuviera que nombrar el fenómeno
tuviera que repetir “desplazamiento hacia el rojo de las líneas espectrales”?
SIMPLICIO: Todo eso suena como un diálogo en jerga avanzada entre robots del futuro. ¿Podría
por favor bajarse al mundo de los mortales?
SALVIATI: Insisto en que vuelva al Capítulo 2. Simplicio, ¿qué es un espectro?
SIMPLICIO: Bueno, eso lo sé. Hablamos del espectro de la luz cuando nos referimos a la gama
de colores que componen la luz.
SALVIATI: Correcto. Y en el caso de los espectros estelares, obviamente estamos hablando de
la gama de colores en la luz emitida por estrellas. Sigamos adelante, “líneas espectrales”, — ¿qué
es eso?
SIMPLICIO: Bueno, ya me acuerdo. Lo que ocurre es que cuando la luz de las estrellas se parte
en sus diferentes componentes de color para ver el espectro, aparecen líneas negras. Lo que
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entiendo es que en la parte del espectro donde se ven las líneas oscuras la luz ha sido absorbida
por átomos de la estrella.
SALVIATI: ¡Excelente! No entiendo por qué se quejaba. Lo único adicional que tenemos que
recordar para aclarar bien aquello del “desplazamiento rojo” es que cuando se produce un
espectro de luz los colores aparecen ordenados según la energía. Los colores del arco iris, por
ejemplo, siempre aparecen en el mismo orden: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y violeta. El
rojo es el color de menos energía, violeta el de más energía. También sabemos que hay luz de
colores que nuestros ojos no pueden percibir: más allá del violeta está el ultra-violeta, y por
debajo del rojo está el infra-rojo.
SIMPLICIO: Déjeme agregar lo que falta. Las líneas del espectro de luz estelar aparecen en
lugares específicos — por ejemplo unas entre el rojo y el naranja, otras en el amarillo, etcétera.
El fenómeno del desplazamiento rojo es que en la luz de las galaxias lejanas el patrón de líneas
aparece corrido hacia la parte del espectro donde está el color rojo.
SALVIATI: Muy bien. Ahora que el término desplazamiento rojo queda entendido podemos
continuar. El concepto es muy importante porque está en el centro de una controversia acalorada
de años entre los cosmólogos que aceptan el big bang y los “anti-big bang” y por lo tanto vale la
pena explorar en detalle los vericuetos de este arcano debate que ha generado tanta confusión.
Comencemos por recordar que —con respecto a un observador— una fuente de luz en
movimiento siempre deja una marca de ese movimiento en la luz que le llega al observador. Este
hecho es tan sólido que los policías de tránsito lo usan para determinar la velocidad de los autos
y multar a los conductores que exceden el límite de velocidad. Supongamos que Chucho observa
una estrella que se aleja de él a gran velocidad. Chucho puede deducir el movimiento de la
estrella y estimar la velocidad con la que se aleja si mide la magnitud del corrimiento de las
líneas en el espectro de la luz. Si la estrella se aleja, el corrimiento sería hacia el lado del
espectro donde está el color rojo, mientras que si la estrella se acerca, el corrimiento sería hacia
el azul: es el efecto Doppler, del cual se habló detalladamente en el Capítulo 2. Sabemos que es
real: que los objetos celestes en movimiento dejan impreso su movimiento —relativo a un
observador— mediante alteraciones en el espectro de la luz. En astronomía, los estudios de
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sistemas binarios —en los que un par de estrellas giran alrededor de un centro común— proveen
una demostración clarísima del efecto que el movimiento tiene sobre la luz. Las dos estrellas
sienten la fuerza mutua de atracción gravitacional y siempre andan juntas y dando vueltas. La
velocidad con la que se mueven en sus órbitas es bien conocida por las leyes que descubrió
Kepler. El punto de partida en este ejemplo es un objeto astronómico que se mueve con
velocidad conocida. Ahora bien, cuando los astrónomos analizan la luz de esas estrellas pueden
constatar que los desplazamientos de las líneas espectrales coinciden con los cálculos de la
teoría. El anterior experimento es tan directo como el ejercicio que hace el policía de tránsito
cuando monitorea la velocidad de los autos con un instrumento Doppler. Este aparatito funciona
igual al de los astrónomos: determina qué tanto se desplazan las líneas del espectro de una señal
enviada hacia el auto, señal que luego rebota y retorna al sensor. La amplitud del desplazamiento
de las líneas espectrales es un indicador confiable de la velocidad del auto y esto se puede
comprobar con un auto de prueba que se hace rodar a una velocidad conocida. Este hecho
empírico es incontrovertible y nadie lo disputa.
SIMPLICIO: ¿Cuál es el problema entonces con la interpretación cosmológica del
desplazamiento rojo?
SALVIATI: Cuando Hubble anunció sus primeros resultados y reveló una relación muy clara
entre la distancia y el desplazamiento rojo de las galaxias, la interpretación a la que saltaron los
astrónomos fue la del desplazamiento rojo como un efecto producido por el movimiento de
recesión de las galaxias, con lo cual el concepto de expansión es ineludible porque observar a
todas las galaxias alejandose del observador es justamente la manifestación de la expansión.
Ahora, tengan en cuenta que Hubble tenía a su disposición una alternativa que no requería la
expansión. En 1928 Hubble viajó a la población de Leiden en los Países Bajos y allí conoció al
director del observatorio astronómico de la localidad, el astrónomo Willem de Sitter. Fue allí
donde Hubble tuvo un encuentro directo con el universo que de Sitter construyó con papel y
lápiz y con base en la teoría de gravedad de Einstein. En ese universo el desplazamiento rojo
aparece de forma natural, pero no como producto de la expansión sino como un efecto
gravitacional. Aunque el modelo de de Sitter se conformaba a las ecuaciones de Einstein, padecía
de un problemita serio: básicamente, no se conformaba a la realidad. En el mundo de de Sitter no
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hay materia; lo que hay es un universo totalmente vacío donde no puede existir ni siquiera un
solo átomo. La ventaja que tienen los teóricos es que pueden darse el lujo de explorar mundos
exóticos diseñados a su gusto y —sin el riesgo de caer en un agujero negro o de quedar atrapados
en una dimensión desconocida— pueden aprender sobre las posibilidades teóricas de sus
modelos. Justamente una de esas posibilidades —según de Sitter— es que el desplazamiento rojo
nada tiene que ver con la expansión del universo. Esa posibilidad de alguna forma le quedó
grabada a Hubble en la mente porque en escritos posteriores siempre fue cuidadoso en dar cabida
a interpretaciones alternas del desplazamiento rojo. Cuando Hubble hizo las observaciones que
condujeron al descubrimiento de la expansión del universo, él desconocía las predicciones
teoricas de la expansión. Hubble vino a conocer los trabajos de Lemaitre y de Friedman más
tarde en 1930 cuando leyó un artículo de Eddington de divulgación científica. Existen varios
mecanismos —aparte del movimiento de recesión de las galaxias— que producen
desplazamiento rojo. Caben también interpretaciones que invocan fenómenos no relacionados
con el movimiento tales como el efecto predicho por Einstein en el cual la luz en presencia de un
campo gravitacional muy intenso sufre desplazamientos hacia el rojo o el azul. Cualquier
mecanismo que le robe energía a la luz se va a manifestar como un desplazamiento rojo. El quid
del asunto es cómo determinar quién le está robando la energía a la luz: ¿Será algo que ocurre en
la misma galaxia donde la luz es emitida, o será causado por algo que la luz encuentra en
camino?
SIMPLICIO: Yo leí un artículo en la Internet donde se afirma que el desplazamiento rojo se debe
a que la luz pierde energía en camino al observador. En este esquema la expansión no es
necesaria y por lo tanto el big bang cae al piso.
SALVIATI: La idea detrás de la “luz cansada” es que el espacio entre las galaxias no es
totalmente vacío y que en su camino hacia nosotros la luz recorre inmensas distancias donde
encuentra la oportunidad de interactuar con materia que le roba energía — algo así como si fuera
una bala que viaja por entre la melaza. La teoría de la “luz cansada” fue inventada por Fritz
Zwicky, un físico búlgaro amigo y vecino de Hubble —investigador del Instituto Tecnológico de
California— y compañero de estudios de Einstein en Zurich. El excéntrico e irascible Zwicky
salió con la idea de que —debido a una fricción gravitacional experimentada durante el viaje—
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la luz sufre una pérdida de energía durante su viaje a nuestros telescopios en la Tierra. Zwicky
también fue quien sacó de la manga de su camisa la idea de la materia oscura para explicar la
formación de súper cúmulos de galaxias. Querido Simplicio, la teoría de la “luz cansada” fue
descalificada hace ya mucho tiempo con base la no observación de los efectos secundarios que
esta interacción produciría. Me refiero en concreto a que debido a la conservación de la energía,
si las nubes de gas interestelar le roban energía a la luz proveniente de galaxias lejanas entonces
la energía perdida por la luz terminaría aumentando el brillo de esas nubes. Empero, ese brillo no
se observa.
SIMPLICIO: Si el desplazamiento rojo no tiene nada que ver con el movimiento de las galaxias,
la teoría del big bang se derrumba. ¿Cómo pueden ustedes estar seguros de que la velocidad es la
interpretación correcta de los espectros de luz que provienen de objetos tan remotos de nosotros,
especialmente cuando otros astrónomos no la aceptan?
Halton Arp63 —un astrónomo
profesional— atribuye el desplazamiento rojo a fenómenos físicos que ocurren dentro de las
mismas galaxias. Los corrimientos del espectro hacia el rojo —según Arp— son propiedades
intrínsecas del emisor que nada tienen que ver con su estado de movimiento. Es más, Arp ha
mostrado ejemplos donde dos objetos que están a la misma distancia exhiben desplazamientos
rojos completamente diferentes. En un artículo en la Internet leí que el trabajo de Arp demuestra
que el big bang está en problemas. Con esta interpretación alterna del desplazamiento rojo no se
puede deducir que el universo esté en expansión.
SALVIATI: Sí, parece que Arp ha observado algunos objetos cuyo desplazamiento rojo no se
debe al movimiento del emisor. El problema es que en varias ocasiones otros astrónomos —
también profesionales— hicieron análisis independientes de los datos de Arp y tras llegar a
conclusiones contrarias a las suyas señalaron deficiencias en el tratamiento estadístico de los
datos. Inclusive si se llega a demostrar de manera convincente que Arp tenía en efecto la razón y
que en realidad sí existen objetos cercanos con un alto desplazamiento rojo, ello no significaría
que tendríamos que arrojar automáticamente por la ventana la tesis de la expansión del universo.
La existencia de esos desplazamientos rojos anormales no negaría la posibilidad de que el
desplazamiento rojo de otros objetos sí sea producto del movimiento de la fuente. Como suele
suceder cuando exploramos territorios nuevos, la naturaleza no es tan simple como uno se
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imagina. No creo que el astrónomo se sorprendería si algún día se llegara a demostrar que,
además de los desplazamientos rojos producidos por el movimiento, también existen
desplazamientos rojos intrínsecos en algunos objetos astronómicos.
SIMPLICIO: Usted menciona que el trabajo de Arp ha sido criticado por otros astrónomos, pero
Arp se queja de que las revistas profesionales no aceptan sus artículos porque él expone ideas
contrarias a la ortodoxia — y por lo tanto no puede defender su trabajo. A mí me parece que
suprimir la disensión es una conducta inconsistente con la práctica científica. Es más, si el big
bang en realidad es correcto, los cosmólogos deberían prestar atención a sus críticos porque el
análisis de las críticas al final ayudaría a fortalecer el andamiaje teórico del big bang.
SALVIATI: No es cierto que exista una ortodoxia científica que persigue a herejes. Tampoco es
cierto que a los críticos del big bang como Hoyle, Narlikar, y Arp se les niegue sistemáticamente
el acceso a las revistas profesionales. Cualquiera de ustedes puede hacer una búsqueda en el sitio
de la Internet de las revistas y verificar personalmente que sí se han publicado muchas ideas
raras. A todos los científicos nos rechazan artículos en las revistas profesionales —
independientemente de su alineamiento con el consenso— y a ninguno de nosotros nos gusta
recibir esa carta del editor en la cual se nos informa que el artículo no es apto para publicación
por tal o cual razón. Para un científico el rechazo de un artículo es un golpe duro al ego, no solo
por el mensaje de rechazo sino también porque puede producirle daños graves a la carrera
científica del individuo. Por lo general, para un académico el éxito profesional se mide según los
escritos que publique. Imagínese que en su vida profesional usted le invierta un año de trabajo a
un tema; convencido de que ha pulido su obra maestra de manera minuciosa, la envía al editor de
la revista donde sus colegas publican su trabajo y a las pocas semanas recibe una carta escueta en
la cual en pocas palabras el editor reduce su opus máximum a poco menos de lo que vale un
artículo producido por micos dedicados a saltar en el teclado del computador. Lo que ocurre con
algunos científicos que exponen resultados que retan una teoría científica establecida es que
cuando los rechazan tienden a pensar que se parecen a Galileo cuando era perseguido por la
inquisición y empiezan a atacar lanza en ristre el aparato científico represor que no acepta ideas
contrarias64. Hay mucho de ello en la historia de quienes niegan el big bang. Tratemos de
entender mejor el caso de Arp y hablemos de las circunstancias en las que surgió su tesis.
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Para el comienzo de la década de los 60 los astrónomos se sentían muy cómodos con su mundo
engrandecido por Hubble y pensaban que ya habían logrado domesticar el cielo. Las estrellas
eran soles bien entendidos y de buen comportamiento, las galaxias eran mansos conglomerados
de estrellas que flotaban apacibles en medio de la adormecida profundidad del espacio, cual si
fueran vacas que pastan aperezadas. En 1963, la calma predecible del cosmos fue interrumpida
de repente por la aparición inesperada de unas bestias cuasi estelares: En las horas de la tarde del
5 de febrero, Maarten Schmidt y Jesse Greenstein concluyeron un análisis de espectros en los
que descubrieron la presencia en el cielo de unos puntitos que tenían apariencia de estrella pero
aparecían muy lejanos y brillantes65. La pareja californiana de astrónomos Margaret y Geoffrey
Burbidge se inventó el término “objeto astronómico cuasi-estelar” —abreviado cuásar— para
referirse a esta nueva bestia que apareció un día cualquiera en el orbe de los astrónomos. Esos
monstruos del espacio son puntitos diminutos que albergan la energía de cientos de galaxias
enteras. Es como si el marinero que ha gozado de un conocimiento certero de su mar viera de
repente un día frente a sus ojos una piraña que devora todo lo que encuentra a su paso con la
furia de 100 tiburones. Sí señores, así fue la sorpresa que recibieron los astrónomos cuando
Schmidt se apareció con un punto brillante en el cielo que lucía un altísimo desplazamiento rojo.
Los objetos con un alto desplazamiento rojo se encuentran a gran distancia — claro, según la
interpretación cosmológica. Schmidt observó una fuente luminosa que se llama 3C273 y en ella
midió un desplazamiento rojo que la pone a una distancia de 2 000 millones de años. A una
distancia tan grande, cualquier estrellita normal aparecería con un brillo casi imperceptible —
mas no 3C273: este cuásar apareció en el cielo con un brillo que superaba 100 veces el brillo de
la galaxia más brillante conocida hasta el momento.
El problema con los cuasares es que en esos años se desconocía un tipo de mecanismo físico que
fuera capaz de producir las cantidades ingentes de energía que parecían acompañar a estos
extraños objetos. Por esa razón un grupo de astrónomos —Arp entre ellos— comenzó a dudar de
la interpretación cosmológica del desplazamiento rojo y se vieron motivados a buscar una
interpretación alterna, es decir un mecanismo que produjera el desplazamiento rojo dentro de la
misma fuente e independiente de su movimiento. Si existe un tal mecanismo que genere
desplazamientos rojos intrínsecos, entonces los cuásares en realidad no estarían localizados a
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gran distancia y, así cerca, el brillo percibido correspondería al de una estrella normal. Arp
encendió el fuego del debate cuando dio a conocer evidencias que hacían dudar de la
interpretación dada en el big bang. En varias de sus observaciones astronómicas Arp vio
cuásares que tenían un alto desplazamiento rojo pero que estaban asociados a galaxias cercanas
que tenían un desplazamiento rojo muy bajo. De confirmarse esta observación se le quitaría el
piso al big bang. Bueno, al menos eso era lo que pensaban Arp y sus admiradores, para quienes
era totalmente plausible que los cuásares fueran producto de la galaxia misma que los parió y los
lanzó con gran fuerza —como quien lanza fuegos artificiales decembrinos— y que dejó al cuásar
enlazado mediante un chorro de gas con su galaxia madre. La idea no es del todo descabellada,
en especial si consideramos que el centro de las galaxias alberga una cantidad inmensa de
energía que a veces genera explosiones y brotes violentos en los cuales sendos chorros de
materia salen expelidos a gran velocidad y en dirección opuesta. Los radio-astrónomos han
producido maravillosas imágenes del centro de galaxias en las que aparecen esos chorros de gas
como si fueran las plumas salientes en esos sombreros de penacho empinado que usan las
mujeres en ciertas fiestas de la aristocracia inglesa. Vistos de frente por un telescopio, esos
chorros revelan espectros complicados y de difícil interpretación, pero Arp conoce el cielo de los
astrónomos mejor que muchos expertos y sus observaciones no se pueden despreciar con
impunidad. Sin embargo, su análisis no ha convencido a la mayoría de los investigadores y he
aquí la razón: su argumento depende de una observación crítica que consiste en capturar en la
misma imagen astronómica un par de objetos —por ejemplo dos galaxias, o una galaxia y un
cuásar— que exhiben desplazamientos rojos muy diferentes y que están conectados por un
filamento similar a los chorros que emanan de los núcleos galácticos. Según Arp, en esas
imágenes el filamento que conecta las dos galaxias sugiere una conexión física entre ellas, lo
cual demostraría que —aunque tienen diferentes desplazamientos rojos— se encuentran a la
misma distancia y que, por lo tanto, el desplazamiento rojo nada tiene que ver con la distancia.
SAGREDO: No veo ningún problema con ese argumento.
SALVIATI: Sí, hay un problema: la densidad de objetos astronómicos en la esfera celeste hace
probable que el chorro de gas de una galaxia cercana quede superpuesto al azar con la imagen de
un objeto más profundo. Pensemos en dos aviones que vuelan en la distancia, uno más lejano que
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otro. Debido a que a distancias muy grandes nuestro sentido de la vista no logra precisar la
verdadera profundidad de los objetos, cuando los dos aviones pasan justo delante de nosotros
percibimos la situación como un cruce de aviones en peligro de colisión. Un ejemplo muy citado
por Arp, y en el que se manifiesta el problema, es un grupito de cinco galaxias conocido como el
“el quinteto de Stephan”, en alusión a Edouard M. Stephan, quien en 1877 reportó su primera
observación. Hace unos años las imágenes disponibles del quinteto no eran muy nítidas, pero aun
así era posible dilucidar la presencia de las cinco galaxias y afirmar, a partir de la imagen, que
todas ellas pertenecían al mismo cúmulo y que por lo tanto se encontraban localizadas más o
menos en el mismo lugar y a la misma distancia. Sin embargo, cuando se analizaron sus
respectivos espectros de luz, se encontró que una de las galaxias presentaba un desplazamiento
rojo completamente distinto al de sus compañeras de grupo. ”¡Ajá! —saltó Arp— vean ustedes,
fieles seguidores del big bang, la evidencia que muestra que la expansión del universo se
sostiene sobre bases falsas: con el quinteto tenemos un grupo de galaxias que están a la misma
distancia y sin embargo los desplazamientos rojos de los miembros del grupo son muy distintos
cuando —si el desplazamiento rojo fuera un indicador de distancia— esperaríamos que fueran
iguales”.
SIMPLICIO: Estoy de acuerdo con Arp.
SALVIATI: ¡Un momentito! No salte a conclusiones tan rápido porque nos quedan partes de la
historia por contar. Muchos astrónomos no vieron en el quinteto, ni en otros cuantos ejemplos
parecidos, razón suficiente para abandonar la interpretación básica que afirma que el
desplazamiento rojo es producido por la expansión del universo. El argumento ya expuesto es
que es probable que en la misma imagen astronómica se presenten fortuitamente esos
alineamientos entre galaxias lejanas y galaxias cercanas. Por tanto, la pelea en torno a cómo
interpretar el desplazamiento rojo se trasladó entonces al campo de los estadísticos. Es un
problema de estadística porque tenemos que contrastar los casos reportados por Arp con lo que
se esperaría de alineamientos fortuitos. Entre los cálculos de probabilidad optimistas que realizó
Arp y los cálculos hechos por otros investigadores las discrepancias son hondas. La credibilidad
del análisis estadístico de Arp quedó también un poco aporreada por causa de otra de sus
afirmaciones según la cual los desplazamientos rojos están cuantizados, es decir que tienen
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valores discretos. Un análisis estadístico de los datos demostró que esa propuesta exótica es
inconsistente con las observaciones66. Para como de males, más adelante se dieron a conocer las
imágenes exquisitas del quinteto de galaxias — que se obtuvieron con el telescopio espacial
Hubble recién reparado por astronautas. Las imágenes muestran con toda claridad que, en
efecto, la galaxia que exhibe el desplazamiento rojo más bajo es la más cercana a nosotros; la
galaxia, además, quedó superpuesta a la imagen de las otras cuatro galaxias lejanas por puro
azar. Para llegar a esta conclusión no es preciso tener un doctorado en astronomía: cualquier
curioso, panadero o no, puede darse cuenta de lo mismo cuando ve en la foto tomada mediante el
telescopio Hubble que una de las galaxias del “quinteto” está más cerca que las otras porque en
ella se pueden distinguir estrellas individuales mientras que en las cuatro galaxias de fondo no es
posible distinguirlas. La conclusión es que el “quinteto” no es un quinteto sino un cuarteto a una
distancia de 290 millones de años-luz en cuya imagen se superpone al azar otra galaxia que se
encuentra a tan solo 40 millones de años-luz de distancia. Contrario a la interpretación de Arp,
no existe ninguna conexión física entre el cuarteto y la galaxia cercana.
SIMPLICIO: Y esa foto nítida del quinteto bastó para convencer a los negadores del big bang de
que abandonaran sus pretensiones quijotescas, ¿verdad?
SALVIATI: ¡Por supuesto que no! El debate sobre la naturaleza de los desplazamientos rojos ya
va para 20 años y sin embargo las nuevas observaciones hechas con telescopios más potentes al
parecer no han ayudado a aclarar la situación. Recientemente, por ejemplo, un análisis estadístico
de los datos del proyecto de mapeo de galaxias 2dF demostró que no existen en los
desplazamientos rojos las periodicidades que predijo Arp. No obstante, Geoffrey Burbidge
declaró que ese artículo constituía una falta de honestidad monumental porque contiene errores
en el análisis estadístico. El debate se empantanó aun más con la controversia que se desató en
torno a una foto publicada por equipos del telescopio espacial Hubble y en la cual se muestra que
no existe una conexión física entre la galaxia NGC 4319 y el cuásar Mrk 205, que tienen
desplazamientos rojos completamente diferentes. Poco después de publicada la foto, Arp lanzó
acusaciones graves en contra del equipo del Hubble en las que afirmaba que este había engañado
intencionalmente al público — y para probarlo mostró la misma imagen que tomó el telescopio
Hubble pero esta vez procesada por un astrónomo que había sido estudiante suyo y que parece
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mostrar un puente filamentario entre la galaxia y el cuásar67. Así pues que la controversia
continúa y los estudiosos anti-big bang siguen ajustando sus modelos a medida que salen a la luz
datos nuevos que los contradicen.
SAGREDO: ¿Y no es eso acaso lo mismo que hacen en todo momento los proponentes del big
bang? ¿Que no cuadran los datos de la radiación de fondo con los cálculos de la formación de
cúmulos de galaxias? ¡Ah, pues entonces se ajusta el modelo con materia oscura! ¿Que no
cuadran los datos de la expansión con la edad del universo? ¡Ah, pues entonces se ajusta el
modelo con energía oscura!
SALVIATI: ¡No! Es muy diferente. Ya he explicado varias veces que la materia oscura lo único
que tiene de oscuro es su nombre y que su presencia ya se ha manifestado en la dinámica de las
galaxias y en otros ámbitos de la física. Los investigadores han hecho predicciones específicas
sobre las características de la materia oscura y al dia de hoy los astrónomos no han encontrado
observaciones que contradigan las predicciones de las teorías cosmológica que incorporan
materia y energía oscuras. La cosmología estándar ofrece un mecanismo físico razonable y
conocido para explicar el desplazamiento rojo, es decir la expansión del espacio, y los
astrofísicos ya han avanzado significativamente en el estudio de la fuente de energía de los
cuásares: son inmensos agujeros negros que residen en el centro de algunas galaxias; la materia
que hay en su vecindad emite gran cantidad de luz y forma los chorros veloces de los que tanto
hemos hablado hoy cuando los cuásares la absorben. ¿Saben ustedes qué propone Arp para
explicar el origen del desplazamiento rojo intrínseco? ¡Una locura! Primero, dice que los
cuásares son estrellas minúsculas que los núcleos de las galaxias disparan a gran velocidad;
luego invoca un mecanismo mágico mediante el cual en esas bolas la masa de los electrones
aumenta a medida que pasa el tiempo y así la luz que producen los átomos que contienen
electrones pesados exhibiría el desplazamiento rojo observado. Luego añade que el aumento
putativo de masa de los electrones ocurre debido a que hay unos ciclos espasmódicos de
crecimiento y que el crecimiento es inducido por una interacción de naturaleza ondulatoria entre
los electrones y el resto de la masa del universo — proceso que explicaría la supuesta
cuantización de los desplazamientos rojos.
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SIMPLICIO: Para mí es tan esotérico decir que la masa del electrón aumenta con el pasar del
tiempo como hablar de banquetes astronómicos de agujeros negros en núcleos galácticos y como
decir que el enrojecimiento de la luz significa que el universo está en expansión.
SAGREDO: (Con risa burlona) ¡Bravo Simplicio!
SALVIATI: (En tono enérgico) Como decía Einstein, las teorías físicas son invenciones libres de
la mente humana, pero —también con Einstein— no todas las invenciones de la mente son
iguales y es muy fácil distinguir cuando una de ellas es un disparate. La cosmología estándar es
coherente y consistente con un gran número de datos experimentales que abarcan observaciones
desde el micro cosmos hasta el fondo del universo. La cosmología estándar tiene puntos débiles
y está bien que quienes niegan el big bang critiquen aspectos de la teoría valiéndose de
argumentos y observaciones de calidad. Sin embargo, lo que más me molesta de Arp y sus
admiradores es que no ofrecen una alternativa bien armada y viable, pero sí andan despotricando
jactanciosamente en contra de los investigadores que publican en revistas académicas de
prestigio. Presentan fotos interesantes que pueden ser fuente legítima de descubrimientos de
valor, pero tratan de utilizarlas para desbaratar injustificadamente el big bang de un tajo y —peor
aun— se ofenden cuando sus argumentos no convencen a la mayoría de astrónomos. Pretenden
tumbar el big bang con un dardo de papel. Es más o menos como si el plomero le dijera que tiene
que tumbar su casa porque hay una gotera en el sótano. Consideran enemigos a los científicos
colegas que no aceptan sus teorías y pregonan que la comunidad científica opera como una
especie de inquisición que obliga a censurar teorías alternativas. Para ellos los científicos que
trabajan en el big bang son una parranda de deshonestos que están empeñados en suprimir la
verdad. Es una lástima. Esas acusaciones fomentan el rechazo que manifiesta la comunidad
científica hacia ellos, lo cual alimenta la percepción de persecución, creando un círculo vicioso
que a nadie beneficia. Los que están empeñados en dar al traste con el big bang se quejan de que
—supuestamente— las agencias que financian la investigación científica no apoyan ninguna idea
que se desvíe un ápice de la ortodoxia. ¡Como si los proponentes del big bang gozaran de
prodigiosas sumas de financiación!68 Y, ¿saben qué es lo peor?, que exponiendo ruidosamente su
posición anti big bang terminan por sumar a su flanco toda una serie de personajes exóticos y de
grupos cuyas motivaciones evidentemente ideológicas le restan seriedad a su trabajo.
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SAGREDO: Veo que las críticas al trabajo de los cosmólogos le resultan bastante irritantes y que
el ardor de las pasiones afecta tanto a un lado como al otro del debate cosmológico. ¿Acaso
pensar de manera crítica no es parte importante de las actitudes que debe tener el buen científico?
SALVIATI: ¿Acaso lo que quieren es que los cosmólogos le gasten energía intelectual a todas
las babosadas esotéricas que se les pueden ocurrir a las personas? Hace unos años un profesor
universitario de física pagó un dineral de su propio bolsillo para publicar en el New York Times
un artículo de página entera en el que niega el big bang y afirma que el Sol está hecho de agua y
que la radiación cósmica de fondo es radiación que proviene de los oceanos69. ¿Negarse a
publicar esa tontería en el Astrophysical Journal constituye una actitud dogmática?
SAGREDO: No podemos negar que el establecimiento científico es dogmático, pero no me
malinterprete — el sentido que le quiero dar a ese dogmatismo es bueno para la ciencia porque
así se protege de las frivolidades que tanto le molestan. La historia de la ciencia nos demuestra
que las ideas científicas cambian con gran lentitud. Yo sostengo que eso no está mal;
simplemente así es como la ciencia progresa y gana credibilidad — a pesar de que a las ideas
revolucionarias no se les presta al comienzo la atención que merecen. Las teorías de Galileo,
Einstein y Gamow fueron rechazadas por sus mismos colegas.
SALVIATI: Quisiera hacer un comentario para cerrar la discusión sobre las crítica al big bang y
propongo corregir el rumbo porque nos estamos desviando hacia temas filosóficos. No se puede
decir que un modelo cosmológico sea incorrecto por el hecho de que los teóricos ajusten el
modelo a medida que surgen datos nuevos. Muy rara vez se concibe un modelo en su estado final
y libre de la necesidad de hacerle correcciones posteriores. Es importante entender que cualquier
modelo del universo que se nos ocurra va a ser un modelo provisional que acepta ajustes que
acomoden observaciones nuevas — hasta el día en que aparezca una observación irreconciliable
con el modelo. Siempre es posible encontrar modelos alternativos que expliquen las
observaciones. Si nos encontramos con dos modelos alternativos que explican las observaciones,
los científicos prefieren adoptar el modelo más sencillo. A medida que surgen datos nuevos, los
teóricos siempre van a buscar una manera de ajustar el modelo para acomodar los datos;
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sencillamente, ese es su trabajo. Al final, uno de los modelos requiere que se le introduzca tanta
complicación y artificio para lograr que siga soportando las observaciones, que la comunidad
científica termina restándole credibilidad, o el modelo se cae solito por causa de las
inconsistencias que lo invalidan. En cosmología, este juego de ajedrez entre los teóricos se
manifiesta de manera muy nítida entre quienes trabajan en el big bang y los anti-big bang.
Aunque debo aclarar que a pesar de los ajustes que se le han hecho, la teoría del big bang sigue
siendo consistente, cosa que no ha logrado ninguna de las alternativas al big bang.
SIMPLICIO: Además del problema de las interpretaciones alternativas del desplazamiento rojo
he leído que —aun dentro del paradigma del big bang— existen dos maneras de explicar el
origen del desplazamiento rojo. Unos dicen que se debe al efecto Doppler y otros afirman que se
debe a la expansión del espacio.
SALVIATI: Me limitaré a una breve explicación. No quiero gastar tinta en un asunto que está
más relacionado con la minucia de los cálculos que hacen los físicos en la teoría de relatividad de
Einstein que con los conceptos que queremos entender70. La respuesta corta es “depende”.
Dentro del modelo del universo en expansión, el mecanismo que produce el desplazamiento rojo
que los astrónomos observan se puede interpretar (según el sistema de referencia donde se haga
el cálculo) como un efecto Doppler del movimiento de las galaxias o como un efecto
gravitacional que estira la longitud de onda de la luz en el recorrido que esta hace hasta llegar al
astrónomo. En resumen, las dos interpretaciones son válidas. Sin embargo, propongo que no nos
compliquemos con detalles de calculista y que entendamos el desplazamiento rojo como
producto de la expansión del espacio. Es un concepto fácil de visualizar ya que —volviendo a la
analogía en la que el espacio se compara con un globo que se infla— uno puede imaginar una
onda de luz que se propaga sobre la superficie del globo y cuya longitud de onda crece a medida
que el globo se infla.
SAGREDO: Siguiendo con la expansión del universo, usted dice que el espacio mismo se
expande, es decir que la distancia entre las galaxias crece con el tiempo. Escogimos las galaxias
como punto de referencia, pero creo que el concepto de expansión debe ser independiente de los
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puntos que escojamos, ¿verdad? Entonces, ¿sería correcto decir que nuestros cuerpos y otros
objetos materiales también están participando de la expansión universal?
SALVIATI: No, ni nuestros cuerpos, ni la Tierra, ni el sistema solar, ni siquiera las galaxias
están aumentando de tamaño por causa de la expansión universal. Todos estos objetos son
sistemas donde actúan otras fuerzas que los mantienen enteritos en “una sola pieza”. Tomemos
esta mesa como ejemplo. Todas las partes de la mesa están sujetas por las fuerzas
electromagnéticas que mantienen ligadas entre sí las moléculas de la mesa. Del mismo modo,
nuestro sistema solar se mantiene ligado por la fuerza gravitacional local que ejerce el Sol.
SAGREDO: Bueno y solo por curiosidad, ¿qué tan grande sería el efecto de la expansión si esta
se manifestara en un objeto a escala humana?
SALVIATI: A escalas humanas la velocidad de la expansión sería imperceptible. Para que se den
una idea: tendríamos que esperar 14 000 años para que una barra de un kilómetro creciera un
milímetro71.
SIMPLICIO: ¡Ah! Lástima, Salviati acaba de desbaratar mi teoría sobre la extinción de los
dinosaurios. Me estaba inventando una teoría en la que los dinosaurios eran animales del futuro
porque su tamaño monstruoso era producido por la expansión universal. Habían desarrollado la
tecnología para viajar al pasado, lo hicieron, llegaron a la Tierra en un momento en el cual no
habían surgido los alimentos que necesitaban y como consecuencia perecieron.
SAGREDO: Simplicio, por favor no nos distraiga con tonterías. Queremos entender lo que
significa la expansión del espacio pero hasta el momento los intentos de Salviati han dejado unas
ideas bastante disonantes. Para resumir, Salviati nos propone que olvidemos el concepto de
espacio absoluto pues considera más práctico pensar en términos de intervalos de distancia.
Estoy de acuerdo en que el espacio no es un recipiente que existe independiente de la materia,
como si fuera un contenedor donde se meten las galaxias. Este concepto no es compatible con la
teoría de la relatividad en la cual los intervalos de distancia son elásticos y se perciben como
contraídos según el estado de movimiento del observador. Para desarrollar su teoría de la
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relatividad, Einstein trabajó con intervalos de espacio y tiempo e imaginó cómo los observadores
en movimiento medirían esos intervalos. Einstein se entretenía haciendo experimentos mentales
en los que se imaginaba, por ejemplo, cómo un pasajero de un tren en movimiento mediría el
intervalo de distancia que separa dos postes de luz en tierra y cómo, al mismo tiempo, su
compañero —parado en la estación— hacía la misma medición. Al final del experimento las dos
personas comparan resultados y se dan cuenta de que sus mediciones no coinciden: ¡el intervalo
de distancia que midió el pasajero es más corto que el intervalo medido en tierra! ¡Los intervalos
de distancia son elásticos! Igual sucede con los intervalos de tiempo entre dos eventos: también
son elásticos y son percibidos como intervalos de duraciones diferentes, según el movimiento del
observador. Por eso decimos que ni el espacio ni el tiempo son absolutos. Además, el hecho de
que las mediciones entreguen resultados diferentes según el movimiento del observador tiene
profundas consecuencias filosóficas: la intuición que sobre el mundo físico derivamos de las
experiencias sensoriales puede ser errónea de una manera fundamental. Ya habíamos señalado
que el sentido común no es buen juez para estudiar la naturaleza y ahora para agravar la situación
aprendemos que tampoco nos podemos fiar de la experiencia sensorial. Queda claro que extraer
conocimiento valedero sobre el mundo no es tarea fácil. Sin embargo, motivado por la
percepción de que los experimentos imaginarios parecen ser una estrategia fértil, quisiera saber
cuál es el resultado del siguiente experimento: supongamos que la tecnología del telescopio ha
avanzado tanto que permite efectuar observaciones astronómicas nítidas sin límite de
profundidad y que un astrónomo logra tener acceso al telescopio más potente que pueda existir.
¿Cuál sería el punto más profundo que se observaría con ese avanzado telescopio? ¿No sería el
borde del universo? ¿Y qué observaría un astrónomo imaginario localizado en ese punto? Quizá
explorar estas situaciones nos ayudaría a entender mejor el concepto del universo en expansión.
SALVIATI: Ya hemos hablado del concepto de que en las imágenes de los objetos astronómicos
lejanos estamos observando lo que estos eran en el pasado. Mientras más lejano el objeto, más
remota en el pasado será la información que contiene la imagen. El universo tuvo un comienzo
en el pasado y eso se traduce en que los objetos más lejanos que podemos ver son galaxias recién
nacidas pocos años después del origen del universo. Nos topamos con un borde, pero no un
borde en el espacio sino más bien un borde en el tiempo. En las fotos de observaciones
astronómicas aparecen unos objetos cercanos y otros lejanos. A los objetos cercanos los vemos
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como eran hace pocos años en el pasado, mientras que de los lejanos vemos su pasado muy
remoto. Supongamos que estamos analizando una fotografía donde aparecen tres objetos
astronómicos: una galaxia muy lejana, la galaxia Andrómeda y una estrella que pertenece a
nuestra propia galaxia — la Vía Láctea. La imagen que quedó registrada en la foto muestra los
tres objetos simultáneamente, igual que una foto de familia donde aparecen el abuelo, el padre y
el nieto. La luz de la estrella vecina viajó 30 años antes de llegar a la placa fotográfica, la de
Andrómeda 2,5 millones de años ¡y la luz de la galaxia remota viajó 10 000 millones de años! Si
han seguido el razonamiento con atención, pronto van a captar el hecho de que en una
observación astronómica vemos la historia del universo —ahí en nuestras narices— desde el
pasado más remoto, en el caso de la galaxia lejana, hasta el presente, en el caso de los objetos
más próximos en nuestras inmediaciones. Como ven, por medio de imágenes profundas del cielo,
es posible estudiar la historia del universo y entender cómo se forman y evolucionan las galaxias
y estructuras mayores. Es por esta razón que la cosmología moderna es una ciencia empírica.
Sería muy ineficiente, si quisiéramos estudiar las etapas del crecimiento del ser humano,
comenzar con una persona desde su nacimiento y hacerle seguimiento hasta que ingresara a las
filas de los entrados en años. Para poder hacer el estudio sin tener que esperar, bastaría con
reunir un grupo de personas que incluya bebés, niños, adultos y viejos. Igual sucede con el
universo: una imagen captada por medio del telescopio más potente que se pueda imaginar
incluiría estrellas y galaxias de todas las edades, suficiente para investigar la historia del
universo. Una diferencia fundamental entre el modelo cosmológico del big bang y el modelo
estacionario es que en el big bang el universo evoluciona en el tiempo, el pasado es distinto al
presente, mientras que en el modelo estacionario el universo fluye como un rio igual ayer que
hoy. Las observaciones astronómicas han mostrado que en el pasado el universo era más denso y
caliente.
SIMPLICIO: Un momento, no vaya tan rápido. Hoy, 18 de diciembre del 2009, Chucho el
astrónomo nos trae una foto del cielo tomada por el hipotético súper telescopio y juntos nos
esforzamos por identificar, entre las miles de galaxias en la foto, cuál es la más remota. Chucho
señala un puntito pálido en la foto y declara que es el más remoto y que se encuentra a una
distancia de 12 000 millones de años luz72, lo cual quiere decir que la luz de esa galaxia que llegó
hoy al telescopio partió de viaje hacia nosotros hace 12 000 millones de años, cuando el universo
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apenas tenía 1 700 millones de años de edad. Como la expansión del espacio arrastra consigo las
galaxias, la galaxia de Chucho se aleja mientras que la luz por ella emitida viaja hacia nosotros,
de tal manera que al momento que nos llega su luz, esa galaxia se encuentra mucho más lejos.
Muy bien, un año más tarde, el 18 de diciembre del 2010, Chucho nos trae una foto recién
tomada que contiene exactamente el mismo trozo de cielo que aparece en la foto de hace un año.
¿Qué vemos? Bueno, pues la galaxia de Chucho aparece un año más vieja y, ¡sorpresa!, en el
fondo vemos una nueva galaxia que no había aparecido en la foto del año anterior porque se
encontraba a mayor distancia que la galaxia de Chucho y su luz no había tenido tiempo suficiente
para llegar a nuestro telescopio. Entonces, vean ustedes: si repetimos el experimento el año
entrante y dentro de dos años y así sucesivamente, encontraremos que en la foto aparecerán
nuevas galaxias y que lo que nos muestra la imagen es lo que cada una de ellas era cuando se
formó, después de los primeros cien millones de años del universo.
SIMPLICIO: Lo que estoy entendiendo es que el universo profundo es como un telón sobre el
cual van apareciendo las galaxias recién nacidas; y que si seguimos observando ese telón durante
años y años, nada fundamental va a cambiar; simplemente aparecerán nuevas galaxias recién
nacidas, como cuando en la noche oscura se enciende en la distancia una bombilla.
SALVIATI: Esa sería la vista panorámica del universo a la que puede asomarse un astrónomo si
cuenta con un telescopio tan potente que permita observar las primeras galaxias que se formaron
en el universo. Para lograr esa tarea monumental, el telescopio debe tener cámaras fotográficas
sensibles a la luz infrarroja. La expansión del universo que transforma la luz visible en luz
infrarroja afecta el brillo de las galaxias más lejanas.
SIMPLICIO: ¿Y qué pasa si en vez de un telescopio sensible al infrarrojo usamos un radiotelescopio?
SALVIATI: De acuerdo. No tenemos que detenernos en el infrarrojo ya que el espectro de las
ondas electromagnéticas es mucho más amplio. Con un telescopio sensible a microondas
podemos ver la luz que existía en el big bang antes de que se formaran las estrellas y las
galaxias. Ese es un verdadero fondo, más allá del cual ya no podemos penetrar con ningún
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telescopio dotado de sensores a la luz visible o a cualquier otro tipo de ondas electromagnéticas.
Esa cortina es la radiación de fondo que predice el modelo del big bang y que fue observada por
primera vez en 1964. La radiación de fondo es una barrera que borra toda la información de los
procesos que han podido ocurrir durante los primeros 380 000 años del universo. Durante esa
época el universo era un horno y toda la materia estaba en forma de un plasma caliente, donde no
existían las condiciones para que se pudieran formar estrellas, planetas o galaxias. Las primeras
estructuras pudieron formarse solo cuando el universo se expandió y se enfrió. Si de verdad
queremos penetrar épocas más tempranas del universo, tendremos que construir un telescopio de
neutrinos que nos revelaría los procesos que ocurrieron durante los primeros segundos del big
bang. Fue justo en ese momento cuando el neutrino se liberó de las ataduras impuestas por las
reacciones nucleares del momento y cuando pudo viajar libre por primera vez. El neutrino es una
partícula muy ligera y efímera que desempeña un papel importante en las reacciones nucleares.
Y si nos empecinamos en observar los instantes más cercanos al punto de origen, entonces
tenemos que usar un telescopio de ondas gravitacionales. Esta forma de energía fue predicha por
la teoría de la gravedad de Einstein y, si lográramos detectarla, podríamos observar cara a cara
nada menos y nada más que el momento justo del origen, el instante en el que aparecieron el
tiempo, el espacio, la materia y la energía.
SAGREDO: ¡Un momento! No se me ponga todo arrogante a lanzar a los cuatro vientos
promesas grandiosas sobre la posibilidad de entrever el momento preciso de la creación.
¡Ustedes los astrofísicos andan pregonando una teoría que explica cómo se originó todo el
universo a partir de una singularidad matemática — pero ni siquiera saben todavía qué son la
materia oscura y la energía oscura que constituyen el 96 por ciento del universo!
(Sagredo se ríe con risa sarcástica y artificialmente fuerte, a la cual Salviati reacciona con una
expresión muy visible de desagrado, como si acabara de morder un jugoso limón).
Reservemos ese tema para una sesión entera dedicada al asunto. Ya veo que será muy
entretenida, pero antes de llegar allá pienso que es mejor seguir con nuestros esfuerzos por
entender el significado de la expansión misma. ¿Acaso no es la expansión del espacio el
concepto central del big bang? Volviendo a la cortina de fondo que limita la profundidad de las
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observaciones astronómicas, digo que no tiene sentido preguntar sobre el borde y el tamaño del
universo. Cualquiera que sea su tamaño real, no lo vamos a poder determinar ya que nuestros
telescopios, aun los más potentes que la tecnología pueda crear, siempre se van a topar con el
telón de galaxias recién nacidas o con la radiación de fondo — según el tipo de sensores que
contenga nuestro telescopio. Esa pared, que representa lo más profundo que se puede observar,
está limitada por lo que tarda la luz en viajar desde la época en la que fue emitida hasta el día de
hoy.
SIMPLICIO: Además, esa pared se está volviendo cada vez más profunda a medida que pasa el
tiempo.
SALVIATI: Correcto. El tamaño del universo es un problema teórico. Además, como las
galaxias participan del movimiento de expansión universal, la inocua afirmación que dice “esta
galaxia está a 12 000 millones de años luz de distancia” se presta a interpretaciones. Es como si
viajáramos por una autopista elástica que se estira durante el viaje: si vamos desde Alejandría
hacia Cyene por una autopista perfectamente recta que une a estas dos ciudades y si la distancia
entre ellas aumenta en el tiempo, entonces estaríamos hablando de un sistema dinámico. En ese
caso, ¿qué se entendería cuando preguntamos cuál es la distancia Alejandría-Cyene? La reacción
natural sería preguntar, ¿cuándo? Es decir, ¿la distancia al comienzo del viaje o la distancia al
final del viaje? Como la autopista se estira, esas distancias no serán iguales. Es más, podríamos
definir muchas otras distancias, por ejemplo la distancia neta recorrida por el automóvil durante
el viaje. El conductor del auto mantiene la velocidad constante y mide el tiempo exacto que le
tardó llegar a Cyene, y luego, cuando multiplica la velocidad por el tiempo, obtiene una
distancia. Para él la distancia recorrida es la verdadera separación entre las ciudades, mientras
que para un astronauta que observa desde arriba, la distancia se mediría mediante una foto
tomada en un determinado momento —digamos en el instante en que el auto llega a Cyene— y
utilizando una regla para obtener la separación directamente sobre la foto. Algo similar sucede
con las galaxias que, pegadas a sus coordenadas expansivas, conforman un sistema dinámico.
Cuando decimos que una galaxia está a 12 000 millones de años, podemos distinguir por lo
menos tres distancias: la distancia que nos separaba de la galaxia hace 12 000 millones de años
cuando partió la luz que hoy llegó a nuestro telescopio; la distancia a la que se encuentra la
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galaxia hoy, que es mayor porque la expansión del espacio nos aleja cada vez más de ella; y la
distancia neta que viajó la luz durante los 12 000 millones de años que le tomó en llegar a Tierra.
Nótese que esta última es mayor que la distancia que nos separaba de la galaxia hace 12 000
millones de años, debido a que durante el recorrido que estaba haciendo la luz hacia nosotros, el
camino se iba expandiendo.
En los libros de astronomía y en los artículos de prensa que aparecen de vez en cuando, la
distancia que se usa con mayor frecuencia es la distancia recorrida por la luz. Sin embargo, existe
un problema considerable en torno al concepto sencillo de expresar las distancias según el
tiempo que tarda la luz en viajar desde la fuente hasta el observador: esa distancia no se puede
medir directamente. Para poder determinar el tiempo de viaje de la luz tendríamos que conocer el
tiempo exacto cuando la luz partió de la fuente. No obstante, ¿cómo se hace para averiguar ese
dato de vital importancia? En la práctica es muy difícil saber cuándo fue emitida la luz de los
objetos astronómicos que aparecen en el telescopio. Lo que sí se puede medir directamente es el
brillo de las estrellas en una galaxia lejana — y los astrónomos aprovechan el hecho de que el
brillo disminuye con la distancia para estimar qué tan lejos se encuentran las estrellas. En
resumen, en vez de hablar del tamaño del universo, los astrónomos prefieren utilizar distancias
medibles. Por esa razón existe un concepto que describe el tamaño del universo visible y que
depende —como ya muy bien lo han expresado ustedes— del tiempo que puede viajar la luz
desde que se formaron las primeras galaxias hasta hoy. También es importante entender que el
tamaño del universo visible crece con el tiempo, pero no se confundan: ese crecimiento nada
tiene que ver con la expansión del universo; la idea simplemente refleja el hecho de que si espero
un año más sentado frente a mi telescopio, me llegaría la luz de los objetos que están a una
distancia de un año-luz más lejos. Un modelo mental que ayuda a visualizar el significado del
universo visible consiste en suponer que el universo es infinito en extensión y en seguir la
historia de las galaxias en el tiempo. Sí, sí, no se desesperen, enseguida les explicaré. Propongo
comenzar la historia cuando el universo cumple los primeros 100 millones de años de edad. Más
adelante, si ustedes lo desean, podemos abordar el tema de lo que ocurrió durante los primeros
segundos del universo, pero antes de llegar allá, definitivamente necesitamos que don Manuel no
traiga otra ronda de aguardientes. Cuando el universo tenía 100 millones de años de edad no
había galaxias, pero ya los átomos del sustrato primordial del universo —hidrógeno y helio— se
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agrupaban en nubes mientras que el universo se expandía. En ese momento el espacio era muy
oscuro porque no había estrellas que brillaban, solo nubes primordiales. Pocos años después
surgieron las primeras estrellas y galaxias. Las estrellas se forman cuando la gravedad empuja un
trozo de esa nube hacia una región muy concentrada de gas donde la densidad y la temperatura
alcanzan el nivel necesario para disparar el proceso de reacciones nucleares. Cuando esto sucede
las estrellas comienzan a brillar con la luz producida en esas reacciones. Si pudiéramos
presenciar el universo desde “afuera”, una galaxia recién formada sería como un puntito de luz y
el espacio en su totalidad se llenaría de lucecitas a medida que nacen nuevas estrellas en galaxias
distantes como cuando se encienden por primera vez las luces de navidad en la oscuridad. El big
bang está sucediendo por igual en todos los puntos del espacio, mientras que las distancias entre
las galaxias crecen con el tiempo.
Sigamos con el experimento imaginario y ubiquemos a Chucho en una de las galaxias recién
formadas, galaxia que se encuentra en una zona donde también hay otras dos galaxias que, en ese
momento, están a distancias de dos y cinco millones de años-luz respectivamente. ¿Qué observa
Chucho el astrónomo? En ese momento, para Chucho el cielo está completamente oscuro y así
permanecerá por más de dos millones de años que tomará la luz de la galaxia vecina en atravesar
la distancia que la separa. Pasados los primeros dos millones de años Chucho observa un
firmamento minimalista consistente apenas del punto luminoso que corresponde a su galaxia
vecina. A Chucho, en su calidad de astrónomo, le resulta muy frustrante saber que tiene que
esperar otros tres millones de años, o más, para recibir la luz de la segunda galaxia vecina.
Empero, a su debido tiempo, esta se hace visible en el cielo de Chucho. Con el paso del tiempo
más galaxias ingresan al horizonte observable de Chucho y la imagen de cada una de ellas revela
lo que estas eran cuando estaban recién formadas. Como el universo es de extensión infinita,
cada día que pasa entrarán nuevas galaxias en las observaciones astronómicas de Chucho y todas
ellas mostrarán lo que eran cuando estaban recién formadas.
SIMPLICIO: Ya entiendo por qué de noche el cielo es oscuro, incluso si consideramos que el
espacio es infinito en extensión. Uno pensaría, no sin cierta ingenuidad y ligereza, que si el
universo es infinito entonces el cielo nocturno debería brillar como si fuera pleno día porque en
cualquier dirección del cielo que miráramos nuestra vista se toparía con una galaxia. Me puse a
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considerar el oscuro panorama que —en su puesto de astrónomo— soportó Chucho durante los
primeros dos millones de años de observación y me di cuenta de que el cielo es oscuro
simplemente porque, como el universo apareció apenas hace unos miles de millones de años, la
luz de las galaxias lejanas no ha tenido suficiente tiempo para llegar hasta donde estamos. ¿Será
que podría escribir un artículo con esta idea y volverme famoso?
SAGREDO: Lo siento, Simplicio, pero esa idea ya fue publicada y de nada sirvió para avanzar la
fama de su autor. Se trata, nada más y nada menos, que de Edgar Allan Poe. Sí, el famoso
escritor norteamericano, quien —al margen de su carrera de escritor— estaba interesado en la
cosmología y tenía gran familiaridad con los avances científicos de la época. Ocurrió pues
entonces que en 1848 Poe dio una charla en la que expuso sus ideas cosmológicas — entre ellas
la explicación de por qué el cielo nocturno es oscuro. Poe también se anticipó 80 años a la idea
del big bang y desarrolló un modelo del origen del universo que partía de un átomo primordial
del cual emanaba energía de radiación que se expandía en el espacio.
SALVIATI: Volviendo a la oscuridad de la noche. ¿No se dan cuenta de que justo en frente a
nosotros la noche oscura nos está presentando evidencia del big bang?
SIMPLICIO: No entiendo. ¿Cómo?
SAGREDO: Sin necesidad de telescopios sofisticados, ni de cámaras costosas o espectroscopios
de gran complejidad, cualquier persona que en una noche oscura se dedique a observar el
firmamento profundo y a reflexionar podría llegar —por pura lógica— a concluir que el universo
tuvo un comienzo en el tiempo. Digo lo anterior con base en el razonamiento que usted mismo se
planteó según el cual la noche es oscura porque la luz de las galaxias lejanas no nos ha llegado
aún. Si le damos vuelta al argumento podemos decir que si el universo hubiera existido
eternamente en el pasado, entonces la luz de todas las galaxias ya habría llegado a nuestro cielo y
que por lo tanto este sería igual de brillante de noche que de día. En resumen, en un universo
estacionario, infinito y eterno, el cielo nocturno no sería oscuro.
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SIMPLICIO: Su silogismo es astuto, pero no me convence del todo. La oscuridad de la noche
también se puede explicar afirmando que el universo es finito en extensión, ¿verdad? Si el
universo es finito en extensión y como sabemos que las distancias entre las galaxias son grandes,
entonces no se cumpliría la condición de que a cualquier dirección en el cielo que miremos nos
toparíamos con una galaxia. Por otra parte, tengo entendido que en los tiempos de Newton la
idea predominante era que el universo es infinito en extensión, entonces, ¿por qué —si tenían
todos los elementos necesarios para llegar a esa conclusión— Newton y otros sabios de la época
no reconocieron la idea del big bang que se encontraba implícita en la oscuridad del cielo
nocturno?
SALVIATI: De acuerdo. Si abandonamos la suposición de que el universo es infinito en
extensión entonces se derrumba por completo la conclusión de que la oscuridad de la noche
implica que el universo tuvo un origen en el tiempo. En ese caso la oscuridad de la noche estaría
revelando el borde del espacio más allá del cual no existen objetos astronómicos. El asunto de lo
que pensaban los astrónomos del Siglo XVIII se lo dejo a Sagredo.
SAGREDO: En efecto, los elementos argumentales estaban ahí. El hecho de que la luz se
propaga a una velocidad limitada fue demostrado en 1676 por el astrónomo danés Ole Roemer.
Ese conocimiento quedó establecido cuando Roemer estudió un conocido retraso en el tiempo de
los eclipses de las lunas de Júpiter. Roemer explicó el retraso como un efecto de la velocidad de
propagación de la luz. Por otra parte, la concepción dominante del cosmos en ese entonces, y a lo
largo de los 2 000 años de historia precedentes, afirmaba de forma categórica que el universo es
infinito y estático. ¿Por qué las ideas de Poe no se le ocurrieron a Roemer, Cassini o Newton? Yo
creo que la noción de un universo infinito y estático estaba tan arraigada en la mente de los
pensadores de la época que ninguno de ellos tuvo el coraje de retarla ni pudo reunir argumentos
que tuvieran la fuerza suficiente para derrocar el edificio. Además, fuera de los planetas y de
unos cuantos cometas que de vez en cuando se encontraban deambulando por el espacio, todas
las estrellas aparecían como puntos fijos en el espacio. En sus observaciones los astrónomos no
encontraron ni el más mínimo estímulo que les sugiriera que el universo era un mecanismo
dinámico ni mucho menos que hubiera tenido un comienzo en el tiempo. Por la correspondencia
entre Newton y el cardenal Richard Bentley sabemos que ya Newton se había dado cuenta de que
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su propia teoría de la gravedad no admitía la posibilidad de que el universo fuera estático, a no
ser que se postulara también que la extensión del espacio es infinita. De no ser así, la fuerza de la
gravedad terminaría halando toda la materia hacia el centro de gravedad del universo y no
estaríamos aquí hablando de ello.
SIMPLICIO: Muy bien. Para no perdernos hago un resumen del camino recorrido. Analizamos
el significado de las distancias entre objetos astronómicos en un espacio que se expande y
teniendo en cuenta que la luz se demora en propagarse de un punto a otro. Aceptamos que para
medir la distancia a una galaxia lejana tenemos que esperar a que nos llegue su luz, pero que
cuando esto ocurre la información portada por esa luz corresponde a eventos que sucedieron en
el pasado cuando la luz partió de su lejana fuente. También hablamos del horizonte que define el
tamaño del universo visible, cuyo radio aumenta cada año en un año-luz. Hasta el momento no
hemos considerado la aceleración de la expansión, ese fenómeno que fue observado por dos
grupos de investigadores que perseguían la aparición de nuevas estrellas supernovas. Sabemos
que la expansión del espacio que descubrió Hubble ahora se está acelerando ¿qué ocurre
entonces cuando se tiene en cuenta la aceleración de la expansión?
SAGREDO: Para visualizar la expansión acelerada vamos a volver al modelo del pan con pasas.
Recuerden, el pan aumenta de tamaño a medida que se hornea y también aumenta la distancia
entre las pasas. Esta imagen representa gráficamente la expansión del universo y en ella las pasas
asumen el papel de galaxias. Ahora metemos a Chucho dentro del pan y lo visualizamos parado
en una de las pasas. Como ya es costumbre, le damos la tarea de hacer observaciones
astronómicas y de contarnos lo que ve. Vamos a representar el universo visible para Chucho
como una burbuja imaginaria centrada en Chucho y que se está inflando dentro del pan. La
burbuja representa el crecimiento del horizonte visible para Chucho que, como habíamos visto,
depende de la velocidad de la luz. Quiero que visualicen muy bien la expansión del universo: la
expansión universal está representada por el aumento de la distancia entre las pasas del pan y el
crecimiento del horizonte visible se debe al hecho de que a medida que pasa el tiempo las
observaciones de Chucho abarcan una región cada vez más grande. Es muy importante separar
estos dos efectos y darse cuenta de que ocurren a velocidades diferentes: el horizonte visible se
expande a la velocidad de la luz, mientras que la expansión universal —por lo menos en nuestra
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vecindad— ocurre a velocidades menores que la velocidad de la luz. Bajo estas circunstancias, la
burbuja donde vive Chucho crece con el tiempo de tal forma que abarca un mayor número de
pasas, lo cual se refleja en las observaciones astronómicas de Chucho cuando entran nuevas
galaxias en su horizonte, allá en la distancia más profunda que alcanza su telescopio. Ahora
consideremos qué ocurre si la expansión misma del universo se acelera. Siguiendo nuestro
modelo del pan con pasas, la aceleración de la expansión equivaldría al aumento en la velocidad
con la que crece el pan en el horno. Además, si la aceleración continúa, llegará entonces el
momento en que la velocidad de crecimiento del pan superaría la velocidad con la que crece la
burbuja de Chucho. Entonces, ¿qué ocurre?, ¿qué observa Chucho ahora?
SIMPLICIO: Muy fácil, a la burbuja de Chucho ya no entran pasas porque estas se están
separando de Chucho más rápido de lo que crece su horizonte visible.
SALVIATI: No solo eso, sino que también es posible que las pasas que estaban cerca del borde
dentro de su burbuja ahora sean arrastradas por la expansión acelerada hasta quedar por fuera de
la burbuja.
SIMPLICIO: Quiere decir que si la aceleración continúa, eventualmente todas las pasas van a
salirse de la burbuja y el cielo de Chucho será totalmente oscuro.
SALVIATI: Sí, excepto por la luz de las estrellas en su propia galaxia que es inmune a la
expansión cosmológica gracias a que su propia gravedad las mantiene confinadas — Chucho no
va a tener el lujo de hacer astronomía extra galáctica.
SAGREDO: Un momento. Entonces la aceleración de la expansión puede impartir en las
galaxias lejanas una velocidad de recesión superior a la velocidad de la luz. ¿Acaso la velocidad
de la luz no es el límite de velocidad en el universo?
SALVIATI: La luz se propaga a una velocidad increíblemente alta. Si pudiéramos viajar a la
velocidad de la luz le daríamos una vuelta entera a la Tierra en menos de lo que nos demoramos
en pronunciar la letra „c‟. Para ser más precisos, ese viaje veloz alrededor del planeta se
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demoraría una décima de segundo. Un vuelo entre Nueva York y Pekín a la velocidad de la luz
tardaría 37 milisegundos — no tendríamos tiempo ni siquiera para comernos el delicioso paquete
de mini pretzels que nos ofrecen las aerolíneas. Ir a la Luna y regresar tampoco nos daría tiempo
suficiente para saborear los pretzels: tardaríamos apenas 2,5 segundos. Si insistimos en comernos
los pretzels tendríamos que planear un viaje más exótico, por ejemplo al Sol. En ese caso
tendríamos un tiempo de vuelo de ocho minutos, suficiente para el banquete. Hasta día de hoy ni
se ha visto en la naturaleza ni se ha podido producir en los laboratorios una velocidad que supere
la velocidad de la luz en el vacío. Hasta el momento, la evidencia empírica indica que
efectivamente la velocidad de la luz es la mayor velocidad que se puede alcanzar. Este hecho
empírico es un dato estructural que está plasmado en la teoría de la relatividad de Einstein. Por
diseño, la formulación matemática de la relatividad prohíbe la existencia de velocidades mayores
que la velocidad de la luz. Por ejemplo, presten atención a lo que dice la teoría cuando
calculamos la energía que se requiere para lograr que una partícula con masa —como el
electrón— alcance la velocidad de la luz: ¡tendríamos que invertir una cantidad infinita de
energía! En otras palabras, es imposible que una partícula con masa se mueva a la velocidad de
la luz. Solo las partículas de luz —que se llaman fotones y no tienen masa— tienen licencia para
moverse a una velocidad igual a „c‟. Los físicos usan la letra „c‟ para representar la velocidad de
la luz y si ustedes abren un libro de física en el capítulo de la relatividad encontrarán muchas
fórmulas donde aparece la consonante „c‟. Una de las fórmulas más famosas que aparece
inclusive en las tiras cómicas es la fórmula de Einstein que iguala la masa con la energía y que
en lenguaje matemático se escribe E = mc2. Traducida a vernáculo, esta fórmula se expresa así:
“La energía es equivalente a la masa multiplicada por el cuadrado de la velocidad de la luz”. Lo
que nos propone esta fórmula inocente es que si podemos convertir la masa en energía —por
ejemplo en las reacciones nucleares que se dan en el Sol— tendríamos una fuente muy eficiente
de energía ya que c es un número muy grande. Vean ustedes: el valor numérico de c es 300 000
kilómetros por segundo; en la formula de Einstein E = mc2 este número elevado al cuadrado (es
decir multiplicado por sí mismo) es un factor que multiplica la masa y el resultado es la cantidad
de energía. La velocidad de la luz es la velocidad límite con la que se puede transmitir una señal,
un paquete de energía o una partícula. Sin embargo, la velocidad de recesión de las galaxias no
se relaciona con una señal que sea transmitida o con un cuerpo material que se mueve y por lo
tanto no está sujeta al límite de velocidad que se les asigna a los objetos físicos. Más bien, lo que
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ocurre es que el espacio entre dos galaxias cualesquiera está creciendo. Entonces es posible que
las galaxias se alejen con velocidades de recesión que superan la velocidad de la luz. Esto ocurre
inclusive en un universo donde la expansión no sea acelerada. Las observaciones originales del
astrónomo Hubble indicaron que la velocidad de recesión aumenta con la distancia entre el
observador y la galaxia observada. Mientras más lejana la galaxia, mayor será su velocidad de
recesión. Las mediciones de la velocidad de la expansión del espacio mediante una variedad de
métodos distintos están de acuerdo en que por cada 10 000 años-luz de distancia la velocidad de
recesión crece en una cantidad de 784 kilómetros por hora — una velocidad comparable a la
velocidad de crucero de un jet moderno. Lo anterior quiere decir que si miramos más lejos,
encontraremos una distancia a partir de la cual las galaxias se separan de nosotros a velocidades
mayores que la velocidad de la luz.
SAGREDO: La edad del universo se deduce a partir de la velocidad de la expansión pues el
raciocinio es que si el espacio se infla entonces en el pasado toda la materia estaba concentrada
en un solo punto. Si se mide la velocidad de la expansión se puede estimar el tiempo en el pasado
cuando todo el universo se encontraba concentrado en un punto de alta densidad. Ahora que
sabemos que la expansión se acelera, los cálculos de la edad del universo —teniendo en cuenta la
aceleración— deben resultar en una edad mayor del universo.
SIMPLICIO: No entiendo por qué la aceleración de la expansión implica que el universo debe
ser más viejo de lo que se pensaba.
SALVIATI: Muy sencillo, Simplicio. Supongamos que usted sabe que yo vivo a 100 kilómetros
de distancia de aquí y un día usted me ve llegar en mi auto, a una velocidad de 50 kilómetros por
hora. Le pregunto, ¿Cuánto tiempo se demoró mi viaje? Usted supone que durante el viaje yo
mantuve la misma velocidad de 50 kilómetros por hora y rápidamente deduce que mi viaje tardó
dos horas. En este ejercicio la duración del viaje representa la edad del universo: dos horas. Es
un estimado aceptable siempre y cuando el supuesto de que viajé a velocidad constante sea
válido. Ahora le digo: no es correcto, mi viaje fue más largo de lo que usted cree porque al
comienzo la velocidad era menor y porque apenas a mitad de la trayectoria aceleré para aumentar
la velocidad a 50 kilómetros por hora. Por ejemplo, digamos que la velocidad durante la primera
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mitad del viaje fue de 25 kilómetros por hora. Quiere decir que alargué el viaje por una hora
adicional. ¿Entiende? Cuando se tiene en cuenta la aceleración, la edad del universo es tres horas
y no dos por el simple hecho de que al comienzo el viaje era más lento. La historia de la edad del
universo es de particular interés para la cosmología ya que en más de una ocasión la teoría del
big bang sufrió “crisis de edad”. La primera crisis, de la que ya hemos hablado, ocurrió cuando
Hubble estimó que la edad del universo era de 2 000 millones de años, lo cual por supuesto no
tenía sentido porque la Tierra no puede ser más vieja que el universo y se sabía que la edad de la
Tierra superaba los 4 000 millones de años. El error de Hubble consistió en presuponer que las
estrellas usadas para determinar distancias eran todas iguales. Sin embargo, el error fue corregido
cuando Walter Baade descubrió dos tipos de estrellas variables con características distintas. Más
recientemente, a mitad de la década de 1990, cuando aún no se había observado la aceleración de
la expansión, se dio la segunda “crisis de edad”. Por esa época, con base en el modelo de
expansión no acelerada y teniendo en cuenta la incertidumbre en la rapidez de la expansión, la
edad del universo se estimaba entre 9 000 y 12 000 millones de años. La segunda crisis surgió
cuando se determinó que las estrellas más viejas de nuestra galaxia, que residen en agrupaciones
llamadas cúmulos globulares, exhiben edades de hasta 12 000 millones de años, lo cual entraría
en conflicto con la edad estimada del universo disponible en ese entonces. El problema quedó
resuelto cuando se descubrió la aceleración de la expansión, que como usted ya entiende bien
lleva a concluir que el universo es más viejo de lo que se pensaba. Además, gracias a mediciones
precisas de la constante de Hubble y a los datos arrojados por el satélite WMAP de la NASA, se
midió la edad del universo con un error de apenas un 1% y se concluyó que la edad es de 13 700
millones de años. ¿Se dan cuenta ustedes la maravilla que es poder determinar un parámetro
cosmológico con semejante precisión? ¿Se imaginan ustedes lo que pensaría Immanuel Kant
hace 250 años o Isaac Newton hace 300 años si se les informara que el universo, el espacio y el
tiempo tuvieron un comienzo hace 13 700 millones de años?
SAGREDO: ¿Qué significa que el tiempo tuvo un comienzo hace 13 700 millones de años?
¿Qué sucedió antes del big bang?
SALVIATI: ¡Depende! Por supuesto, depende de qué entendemos por tiempo. A ver, señor
aristotélico, ¿qué es el tiempo? — y antes de que me responda, Manuel: ¡otro aguardientito!
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SIMPLICIO: “¿Qué es el tiempo? Si no me preguntan, lo sé. Si me lo preguntan, lo ignoro.”
¿Quién trovó ese celebre circunloquio?
SAGREDO: El viejo santo africano Agustín de Hipona, quien se jactaba de poseer un deseo
ardiente por saber qué es el tiempo, asunto que para algunos filósofos constituye el problema
fundamental de la metafísica.
SIMPLICIO: ¡Muy bien! Para Aristóteles, la noción de tiempo coincide con la que se enseña en
los cursos de física del bachillerato. Es decir, tiempo es la medida del movimiento. No hay
movimiento, no hay tiempo. Y como sabemos, para que haya movimiento se requiere materia.
Llegamos a la situación por la que pasamos cuando cavilábamos sobre el tema del espacio.
Podemos decir entonces que el tiempo es una propiedad de la materia. Con esto le estoy dando
un camino de salida a Salviati, ya que bien puede argumentar que preguntar qué había antes del
big bang no tiene sentido porque el tiempo mismo surgió con la materia originada en el big bang.
Sin embargo este concepto no cuadra con el pensamiento de Aristóteles para quien el tiempo no
puede tener un comienzo. En esto la lógica de Aristóteles se puede resumir así: el tiempo
necesariamente debe ser eterno, no podemos pensar en un instante donde comenzó el tiempo,
aquello es inconcebible porque entonces tendríamos que aceptar que algo sale de la nada, antes
de un supuesto comienzo del tiempo había nada y luego aparece el tiempo, esto no cabe en la
lógica aristotélica.
SAGREDO. Tenemos que revisar los conceptos rígidos de espacio y tiempo con los que se
encontró Einstein y que en cierta medida frenaron el avance de la cosmología moderna. Newton
tenía una noción mística de lo que eran el espacio y el tiempo: en el carácter absoluto y en la
omnipresencia de estas entidades físicas Newton veía los atributos de una providencia divina. El
espacio, para Newton, tiene una existencia independiente. Piensen en un acuario: sacamos los
peces, los adornos, el agua, el aire, y al final queda el espacio vacío como el recipiente que
alberga los objetos del mundo. Muy distinto es el pensar de Immanuel Kant, el filósofo alemán
del Siglo XVIII, quien propuso que los conceptos de espacio y tiempo residen en nuestra mente y
que los necesitamos para poder ordenar la interacción con el mundo externo. Según Kant,
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nacemos con el concepto de espacio y tiempo —y otros más como el de causalidad— que están
alambrados desde un principio en la conciencia y así cuando el sentido de la vista nos presenta
dos objetos podemos relacionarlos espacialmente o cuando escuchamos una sonata podemos
apreciar el orden de las notas en el tiempo. El espacio y el tiempo son el escenario mental preexistente donde se proyectan los eventos de nuestra vida diaria. La filosofía de Kant ejerce una
pesada influencia en el pensamiento europeo moderno que llega hasta el día de hoy y ciertamente
estaba presente cuando Einstein desarrolló una teoría del tiempo y el espacio completamente
nueva. La teoría de la relatividad especial que Einstein publicó en 1905 rechazó la noción de
espacio y tiempo como entidades absolutas y re-conceptualizó el espacio y el tiempo como
relaciones entre objetos y eventos. La relatividad eliminó los conceptos de movimiento absoluto,
reposo absoluto y tiempo absoluto, y propuso que el flujo de tiempo marcado por los tics de un
reloj se hace más lento o más rápido según el estado de movimiento del reloj. Un segundo
medido por Juan en la estación de tren corresponde a menos de un segundo medido por Pedro en
el tren que se mueve a gran velocidad fuera de la estación. A las velocidades que tenemos al
alcance nosotros los meros mortales la dilatación del tiempo para el viajero no es apreciable. Los
efectos relativistas comienzan a manifestarse solo a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.
Estas ideas completamente revolucionarias sacudieron el mundo intelectual y académico como
un cimbronazo que dejó todo patas arriba, en especial cuando fueron confirmadas en el
laboratorio y por ende quedó establecido que no son un artilugio mental sino que corresponden a
hechos empíricos. A los físicos y a los filósofos de la época —atónitos— no les quedó más
remedio que admitir con resignación las consecuencias que esta propuesta radical y no intuitiva
trae consigo: que los secretos más profundos de la naturaleza no forman parte de nuestra
experiencia diaria. Lo anterior, a su vez, le otorgó validez al método puramente deductivo usado
por Einstein, es decir el método en el que se elabora una teoría a partir de postulados básicos. A
diferencia del conocimiento sobre el universo que aportó Kepler, quien partió de observaciones
cuidadosas de las órbitas de los planetas para construir su teoría de las órbitas planetarias,
Einstein no partió de observaciones de la dilatación del tiempo sino de postular que la velocidad
de la luz es constante y que ni el tiempo ni el movimiento son absolutos. Para Einstein, las
teorías físicas son invenciones libres del intelecto humano que deben confrontarse con las
observaciones y ser rechazadas o modificadas cuando no resulten útiles en describir la
experiencia. Decir que el espacio y el tiempo son accidentes de la materia no tiene sentido.
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Consideren lo siguiente: en la relatividad de Einstein la materia (es decir, masa) es equivalente a
la energía. Entonces, si seguimos el razonamiento de que el espacio y el tiempo son accidentes
de la materia, por simple lógica el espacio y el tiempo son accidentes también de la energía, pero
eso no tiene sentido. La energía no tiene que estar localizada en un punto definido del espacio o
el tiempo. Y para enredar más el asunto les voy a exigir que tengamos en cuenta los conceptos de
la teoría cuántica según los cuales el mismo vacío alberga cierto tipo de energía y, por lo tanto,
podemos hablar de las propiedades del vacío, independiente de los objetos y de las relaciones
entre los objetos.
SIMPLICIO: Esa me la va a tener que barajar de otra forma.
SALVIATI: No quiero entrar en discusiones filosóficas sobre la naturaleza del tiempo, tema que
ha sido materia de estudio para los grandes pensadores y en el que, a mi parecer, poco se ha
avanzado.
SIMPLICIO: No menosprecie las contribuciones que los grandes pensadores hicieron sobre el
tema. Ustedes los físicos de ahora no son como los de antes, que eran más cultos y versados en
temas filosóficos. El mismo Einstein estudió la filosofía de Kant y en su autobiografía nos dice
cómo el desarrollo de sus propias ideas en física fue influenciado por Hume.
SALVIATI: No me enreden con asuntos filosóficos. Sigamos la guía de Einstein. ¿Cómo
desarrolló la teoría de la relatividad? Recuerden que Einstein en todo momento prestó atención a
la manera como los observadores en distinto estado de movimiento medían intervalos de espacio
y de tiempo. Aquí está la clave. Lo importante es no perder contacto con las cantidades que son
directamente observables y con el proceso de medición73. De esta forma llegamos a conceptos
prácticos que pueden ser sometidos a pruebas de laboratorio. Con esa receta podemos analizar lo
que ocurre con el tiempo, tal como es medido en la plataforma y en el tren a alta velocidad. Se
habla entonces del intervalo de tiempo que transcurre entre dos eventos, tal y como son vistos
por Juan en la estación y por Pedro que va a bordo del veloz tren. Este ejercicio —junto con el
postulado de la constancia de la velocidad de la luz— nos lleva a que el intervalo de tiempo
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medido por Pedro es más corto que aquel medido por Juan. En ese sentido no se puede hablar del
tiempo o del espacio fuera de la materia o la energía.
Regresamos a la pregunta original: ¿Qué había antes del big bang? La respuesta —basada en los
razonamientos que hemos avanzado relativos a la naturaleza del tiempo— es muy sencilla: nada.
Preguntar qué había antes del big bang no tiene sentido porque el tiempo mismo surgió con la
materia y la energía originadas en el big bang.
SIMPLICIO: Entonces, ¿el big bang salió de la nada? ¡Cómo quiere usted pretender que yo
acepte ese bochornoso improperio! Es imposible que el big bang salga de la nada, así como así.
Eso no cabe en mi cabeza.
SALVIATI: Cuénteme Simplicio, ¿por qué algo no puede salir de la nada? El problema aquí es
que nuestra mente está condicionada debido a ventajas evolutivas a enmarcar todo en términos
de un principio de causalidad ordenador. Kant tenía razón y la biología evolutiva nos está
mostrando cómo efectivamente el cerebro tiene circuitos ya formados donde espera que toda
causa tenga un efecto. Este ha sido el principio básico de la filosofía aristotélica y es aceptado sin
cuestionamiento simplemente porque se conforma al “sentido común”; pero recuerde que la
mayoría de lo que hemos aprendido sobre el universo con la física de los últimos 100 años se
sale del “sentido común”. Ninguno de los efectos cuánticos o relativistas “caben en nuestra
cabeza” —como usted dice— y sin embargo así es como se comporta la naturaleza.
SIMPLICIO: Yo me rehúso a admitir que el big bang pueda salir de la nada. ¡Ese disparate no
tiene sentido!
SALVIATI: ¿Qué alternativa propone?
SIMPLICIO: Tiene que existir una fuerza creadora.
SALVIATI: Y esa fuerza creadora, ¿cómo se originó?
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SIMPLICIO: De la nada. Una causa sin causa o causa inicial.
SALVIATI: (Visiblemente irritado y en tono enérgico) Pero usted me cree tonto, ¿o qué? ¿Qué
diferencia hay entre su fuerza creadora que sale de la “nada” y un universo que salta de la “nada”
sin necesidad de esa fuerza creadora? Igual los dos salen de la “nada”. ¿No es así? ¡Este
argumento no nos está llevando a nada productivo! Vea, Simplicio, si por razones ideológicas
usted está convencido de que la Tierra es plana, no existe ningún argumento razonable que yo
pueda elaborar para convencerlo de lo contrario — porque en este caso la lógica y la razón no
pueden iluminar la mente. Solo quiero decir esto: la respuesta honesta es ¡NO LO SABEMOS! Y
espero que entienda que esa respuesta brinda mayor satisfacción intelectual que la alternativa que
usted propone. Decir que algo ocurre porque así lo desea una entidad todopoderosa no explica
nada, simplemente esconde nuestra ignorancia en algo arbitrario. Adjudicar hechos de la
naturaleza a una causa arbitraria que los produjo no ayuda al entendimiento de la naturaleza ni
nos brinda información alguna. Ese argumento no tiene poder predictivo, ni explicativo y ni
siquiera se puede determinar si es falso o verdadero. A la duda de si un eclipse ocurrió o no
ocurrió, la respuesta es la misma: así lo dispuso ese agente todopoderoso. Entonces, ¿para qué
sirve?
SIMPLICIO: (También algo alterado) Usted lo que me está diciendo es que mis razonamientos
son intelectualmente débiles, ¡pues no acepto ese insulto!
SAGREDO: Calma, ¡calma señores!
El ambiente ya estaba caldeado desde hacía unos minutos y el tenor de la discusión sirvió para
elevar la temperatura aún más. Nuestros interlocutores no se habían dado cuenta de que la noche
estaba bien avanzada, y el efecto de los aguardientes comenzaba a manifestarse. Algunos
curiosos que se interesaron por las tertulias se convirtieron en espectadores asiduos que poco a
poco acercaban sus sillas en torno a la mesa de los contertulios. Por alguna razón esa noche la
velada gozaba de una nutrida concurrencia de espectadores, comentaristas y simples curiosos que
pensaban que algo importante estaba ocurriendo. La música de fondo subía de nivel en manera
proporcional al volumen de la discusión y en momentos era tal la confusión que no se podía
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distinguir entre la música, los argumentos refinados de los dialogantes y el incesante rumor de
fondo de los comentarios de la concurrencia. Entre aguardiente y aguardiente algunas parejas
animadas por la música se paraban a bailar mientras comentaban entre ellas las consecuencias
maravillosas de la relatividad de Einstein y la increíble magia de un universo que salió de un
punto hace 13 700 millones de años. Eso merece una celebración, decían unos viendo en ello
motivo suficiente para un trago más y acercando las copas en un chin-chin, pero otros,
indignados y lamentándose en voz alta, no aceptaban que todo lo que habían aprendido desde la
niñez acerca del origen del mundo se fuera desmoronado en pocos instantes por causa de los
adornados pronunciamientos de un físico que hablaba de un modelo del mundo sustentado en
hechos empíricos. Entre tanto, el altercado entre Simplicio y Salviati seguía subiendo de
temperatura pero bajando en calidad. Simplicio se negaba a aceptar raciocinios que para él eran
simplemente conceptos impensables; Salviati insistía en que la investigación científica basada en
observaciones metódicas del cosmos nos ha acercado cada vez más al momento del origen del
universo. De repente se armó un zaperoco descomunal cuando tres señoras muy enojadas que
blandían cacerolas irrumpieron violentamente por la puerta trasera del establecimiento
gritándoles órdenes a sus respectivos esposos para que suspendieran esa dizque “tertulia
cosmológica” que —a las tres de la mañana y con un tufo de aguardiente notorio a distancia—
nada tenía de divertido — según ellas. A los pocos segundos empezó a reinar el silencio y a
Salviati, Sagredo y Simplicio se les vio salir al lado de sus señoras esposas — y con rostros muy
asustados por la sanción que les esperaba. Con esto se termina la segunda jornada.
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Tercera jornada
Simplicio, Sagredo y Salviati se conocieron en la universidad, en un evento relacionado con un
“club de cine”. Dicho club servía de excusa para reunirse a practicar una variación del
exhibicionismo intelectual — caracterizado por brotes incoherentes de verborrea seudoacadémica. Sus vidas quedaron conectadas en torno a ese ambiente universitario, pues en ese
mismo grupo conocieron a sus respectivas esposas, las “damas de cacerola”, aquellas valientes
señoras que en horas de madrugada salían a rescatar a sus esposos mientras sucumbían en
vaporosos debates cosmológicos con olor a aguardiente. Simplicio demostraba tener sofisticados
conocimientos de filosofía con un pedigrí que merece nuestra atención por breves minutos.
Resulta que desde la secundaria Simplicio mostró gran interés por la filosofía e ingresó a la
facultad de filosofía y letras, donde cursó los dos primeros años de estudios universitarios,
tiempo suficiente para construir unas buenas bases. Empero, transcurría el cuarto semestre de
universidad, cuando Simplicio quedó atrapado en la telaraña tejida por la testosterona y el
estrógeno. Él y su compañera no supieron manejar bien los ardores hormonales de las batallas
amatorias y, como resultado, ¡se produjo un resultado!, vale decir, la muchacha quedó en estado
“interesante”. Una vez confirmada la nueva realidad, Simplicio se puso a pensar en cómo
reacomodar su vida en torno a las responsabilidades que le llegaban antes de lo planeado.
Razonó con un argumento según él semi-filosófico y concluyó que todo el mundo necesita pan.
El razonamiento fue suficiente, o más bien poderoso, y en pocos minutos decidió abandonar los
estudios de filosofía y convertirse en panadero. Poco sabemos, por otra parte, de Sagredo. Es
muy reservado y, fuera de los contactos profesionales que entregan muy buenas referencias y le
reservan un lugar de alta estima, ha sido difícil encontrar una nota que nos esboce aspectos
personales. Sobre Salviati sabemos que durante sus años formativos estuvo inmerso en el
ambiente de un plantel ultra disciplinario y que esa disciplina marcó en él una gran influencia
para el resto de la vida. Sin embargo, él era un gran cuestionador y se topó a menudo con el
problema de que los dogmas erigían paredes que limitaban su curiosidad. Para Salviati no
existían límites intelectuales de ningún tipo y no concebía que hubiera un tema vedado al
escrutinio de la razón. Interponer barreras infranqueables precedidas del aviso “Prohibido el paso
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a este tema. No se debe estudiar científicamente” representaba en su opinión un intento
inaceptable de coartar la libertad intelectual.
Tanto se habló en la segunda jornada sobre desplazamientos rojos y distancias, que a Simplicio
la cabeza le quedó recargada de un revoltillo de ideas que durante la noche brotaron
descontroladas y sin ton ni son. En su extraño e inconexo sueño también aparecía el misterioso
diagrama que Hubble dibujó en la servilleta como si fuera un juego de adivinar lo que se esconde
debajo del velo, pero no logró mayor claridad sobre lo que había querido expresar Hubble con su
dibujo. En todo caso, Simplicio se imaginó que debajo del velo se escondía la cara de un faraón
egipcio.
Figura 4-2. Faraón egipcio
La tercera jornada comenzó en punto. Los contertulios ocupaban los lugares de costumbre
alrededor de una mesa visiblemente castigada por los trajines propios de una taberna de baja
categoría. Haciendo como si los bochornosos incidentes de la semana anterior nunca hubieran
sucedido, Simplicio, Sagredo y Salviati comenzaron su diálogo con gran moderación y
compostura. Sagredo abrió la conversación recordando una profunda idea del astrónomo Carl
Sagan, autor de la serie de televisión Cosmos.
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SAGREDO: Tengo una duda sobre aquella afirmación poética de Carl Sagan — “somos polvo
de estrella”. Yo entiendo que el modelo del big bang contempla que en el pasado hubo una etapa
caliente en la que se formaron los elementos químicos ligeros y que el resto de los elementos
químicos fueron producidos en las estrellas, pero ¿se puede tomar literalmente la afirmación de
Sagan?
SALVIATI: Sí, somos, en efecto, polvo de estrella. Sigamos a lo largo del tiempo la historia de
uno de los átomos de carbono que se encuentran en su cuerpo. Para estar a tono con los tiempos,
vamos a seleccionar a una átomo. Será una amiga a quien llamaremos Carla. Ella nos describirá
todo lo que le ocurrió en su atómica vida antes de llegar al cuerpo de Simplicio. Supongamos que
nos metemos en una de sus venas con una sonda microscópica capaz de observar átomos
individuales. Encontramos a Carla muy contenta, sentada en una de las azúcares que conforman
su ADN (ácido desoxirribonucleico). Ahora nos preguntamos, ¿de dónde viene ese átomo de
carbono? La respuesta es que ¡entró por su boca! Hace unos meses, cuando usted ingería esa
deliciosa ensalada césar al almuerzo, Carla bajó al estómago como polizón en un trozo de
lechuga. En el estómago los jugos gástricos se encargaron de descomponer la hoja de lechuga en
sus diversos elementos químicos. En el proceso, nuestra amiga Carla quedó liberada y pudo
flotar entre jugos unos breves minutos antes de ser absorbida por capilares en las paredes del
intestino delgado. De allí fue integrada en el flujo sanguíneo donde la encontramos. ¿Qué estaba
haciendo Carla antes de ser lechuga? La lechuga que transportó a Carla a su estómago estuvo
exhibida en el mercado unas pocas horas después de ser traída de un cultivo no muy distante de
la plaza de mercado. Antes de ser sacada de la tierra, la lechuga llevaba varias semanas ahí
enterrada nutriéndose de lo que la tierra ofrecía y absorbiendo, debido a la fotosíntesis, dióxido
de carbono presente en la atmósfera. Carla entró a ser parte de la lechuga dentro de una molécula
de dióxido de carbono que se dejaba empujar en el aire por las corrientes de viento del océano
que la trajeron de otro continente. Esos días fueron muy felices para Carla. En contraste con su
suerte durante los meses anteriores, se sentía libre y limpia viajando por la atmósfera y
disfrutando el calor del sol. Antes de esa efímera libertad, Carla había estado atrapada durante
seis meses en un barril de petróleo que fue transportado de Iraq a Turquía. Ganó su libertad el día
que salió expelida por el tubo de escape de un carro viejo que repartía leche en una diminuta
aldea de Turquía. ¿Cómo llegó Carla a ser petróleo de Iraq? La culpa la tuvo un inmenso
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asteroide que impactó en la península de Yucatán. Veamos cómo ese suceso infausto cambió de
rumbo la vida de la pobre Carla.
Antes del impacto, hace 65 millones de años, Carla vivía dentro de Muñeca un dinosaurio muy
robusto y sin embargo saltón que pindongueaba por todo el valle delimitado por el Tigris y el
Éufrates. Carla estuvo insertada dos años en una de las azucares del ADN en la sangre de
Muñeca, hasta ese día aciago y apocalíptico en que a Muñeca se le agotaron las fuerzas por la
falta de alimento, cayó al piso y quedó sepultada por la erosión y el tiempo junto con sus
compañeras dinosaurios en un amasijo de materia orgánica que con el tiempo se convirtió en un
pozo de petróleo. Meses antes de la muerte de Muñeca, un asteroide de 10 kilómetros de
diámetro golpeó la península de Yucatán con la fuerza de dos millones de bombas
termonucleares, en un lugar cercano a la población de Chicxulub. El violento choque arrojó a la
atmósfera partículas de polvo, cenizas y gases que bloquearon la luz solar por varios años,
impidieron la fotosíntesis de las plantas e interrumpieron la cadena alimenticia de Muñeca y sus
amigos.
Figura 4-3. Somos polvo de estrella
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SIMPLICIO: ¿Qué hacía Carla antes quedar enterrada en un yacimiento de petróleo en Iraq?
SALVIATI: Antes de entrar al ADN de Muñeca, Carla vivió felizmente en la atmósfera terrestre
desde la formación del planeta 3 600 millones de años atrás. Y antes de la formación de la Tierra,
¿qué hacia Carla? Flotaba en la nube de gas a partir de la cual se formaron el Sol y los planetas.
Esa nube de gas es un conglomerado de átomos ligeros, como el de hidrógeno y el de helio —
que se formaron durante los primeros tres minutos del big bang— y átomos más pesados que
fueron producidos en el centro de una estrella. Este último capítulo nos lleva al lugar de
nacimiento de Carla. Ella nació en el centro de una estrella anónima, perdida en la inmensidad de
nuestra galaxia. La estrella de Carla era una estrella de mayor tamaño que el Sol; en su centro, a
una temperatura de 15 millones de grados centígrados, los núcleos atómicos se transformaban en
elementos más pesados y en el proceso liberaban la energía que mantenía el brillo de la estrella.
Un día cualquiera, empujados por la agitación de las altas temperaturas en el centro de la estrella,
tres núcleos de helio chocaron en el mismo punto y se unieron para siempre en el apretadísimo
abrazo que se convirtió en nuestra querida Carla. El núcleo del átomo de carbono está compuesto
de seis protones y seis neutrones que serían la suma de tres núcleos de helio, cada uno de ellos
con un par de protones y un par de neutrones.
SIMPLICIO: ¿Cómo llegó Carla a la nube protoplanetaria donde se formó el sistema solar?
SALVIATI: La estrella madre de Carla mantuvo en su centro reacciones nucleares donde se
formaron elementos químicos cada vez más pesados, hasta llegar al hierro. Cuando la mayoría de
la materia en la estrella se convirtió en hierro las reacciones nucleares cesaron, se perdió la
presión que mantenía inflada a la estrella y por lo tanto el núcleo de la estrella colapsó por la
acción de la gravedad. Mientras que el núcleo colapsaba, las capas más exteriores de la estrella,
incluida la capa donde estaba Carla, salieron despedidas a gran velocidad y dispersaron los
átomos por todo el espacio. Esos átomos llegaron a las nubes donde se formarán nuevas estrellas.
Dicha explosión colosal de una estrella al final de su vida aparece sin anunciar en el cielo como
un punto brillante nuevo para los astrónomos; por eso a las más potentes se les llama estrellas
nova o supernova.
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SAGREDO: Muy bonita su historieta de Carla. Entonces así como decidimos emprender el viaje
imaginario de Carla con un átomo de carbono en la sangre de Simplicio, habríamos podido
comenzar con un átomo de hierro —también en la sangre— o de calcio en los huesos. Al final
encontraremos que cada uno de los átomos en Simplicio tiene una larga historia que comienza en
el centro de una estrella.
SALVIATI: Correcto, pero no olvidemos que la materia prima de esos átomos formados en las
estrellas viene del big bang en forma de átomos de hidrógeno y helio. Las primeras estrellas se
formaron a partir de nubes de gas primordial que contenían solo los elementos provenientes del
big bang.
SAGREDO: Si bien lo recuerdo, usted mencionó que la producción de elementos pesados en las
estrellas llegaba hasta el hierro. Entonces, ¿de dónde vienen los elementos más pesados que el
hierro?, por ejemplo, el implante de oro que Simplicio luce en su dentadura frontal, ¿de dónde
viene?
SALVIATI: Los elementos más pesados que el hierro se forman en el momento mismo de la
explosión de una supernova donde las energías disponibles son lo suficientemente altas para
continuar las reacciones nucleares hacia los elementos más pesados que el hierro. La expresión
“somos polvo de estrella” incluye los implantes de oro en la dentadura de Simplicio.
SAGREDO: Aunque “somos polvo de estrella” al final toda la materia se originó en el big bang.
Quiere decir que podríamos continuar la historia de Carla en el pasado hasta el punto de origen.
SALVIATI: Claro que sí. ¿De dónde vienen los tres núcleos de helio que formaron a Carla en el
centro de esa estrella? En las estrellas se puede formar helio pero las estrellas también contienen
helio primordial fabricado en el big bang antes de la formación de la estrella. Los tres núcleos de
helio de Carla provienen del big bang así: antes de formarse la estrella madre, los tres núcleos de
helio gravitaban en medio de una nube de gas —no gas de estufa, sino gas primordial. Es decir
gas compuesto de hidrógeno y helio que no se originó en una estrella sino en el big bang. Esa
nube de gas primordial consiste de una región de sobre-densidad dentro de lo que más adelante
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se convirtió en nuestra galaxia. Tenemos que viajar en el tiempo hacia el pasado para seguir los
pasos de la nube de Carla. Antes de la formación de las galaxias y de las primeras estrellas, el
universo era una bola de gas primordial en enfriamiento. Durante los primeros tres minutos del
big bang, el universo era tan caliente y denso como el centro de una estrella y por lo tanto se
pudieron dar las reacciones nucleares que formaron el helio a partir de hidrógeno y deuterio. En
ese horno primigenio encontramos las partes constituyentes de Carla, primero en forma de
protones y neutrones y luego en forma de núcleos de helio. La historia de los antepasados de
Carla continúa. En realidad los protones y los neutrones no son partículas fundamentales. Un
protón es como una bolsita que porta tres quarks. Así como los astrónomos hacen mapas del
universo para entender su estructura y explicar su origen, los físicos de partículas elaboran mapas
del mundo atómico y nuclear. A través de la historia esos mapas han logrado penetrar las capas
más internas del átomo, primero considerado como una esfera indivisible, luego modelado como
un núcleo rodeado por una nube de electrones. El núcleo del átomo es donde residen la carga
positiva —los protones— y los neutrones. Al final de la década de los sesenta se pudo confirmar
que los protones y los neutrones a su vez están conformados por partes más pequeñas, tal como
lo habían postulado en 1963 Murray Gell-Mann y George Zweig. Gell-Mann les dio a esas
partículas el nombre de quarks. Aquí encontramos los verdaderos antepasados de Carla: cuando
había corrido la primera millonésima de segundo del universo, los quarks que formaron los
protones y neutrones de Carla se encontraban en medio de una sopa de quarks y otras partículas
elementales. En esa sopa los quarks vivían tan cerca y chocaban tan frecuentemente que no era
posible diferenciarlos en bolsitas separadas de a tres para formar protones y neutrones. El
universo visible era como un súper núcleo atómico del tamaño de una naranja.
SAGREDO: ¡Vaya!, muy cercano al concepto de “átomo primigenio” imaginado por el cura
Lemaitre.
SALVIATI: De acuerdo. Entonces, decía que —cuando el universo tenía una millonésima de
segundo de edad— los 36 quarks y los seis electrones a partir de los cuales se formó Carla se
encontraban flotando muy agitadamente en una sopa de quarks. Cuando, debido a la expansión la
temperatura del universo bajó (a 10 000 millones de grados kelvin lo cual ocurrió un segundo
después de tiempo cero) los 36 quarks de Carla se agruparon en 12 bolsitas separadas (de a tres
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quarks por bolsita). Justo en ese momento encontramos los protones y los neutrones que
conforman todo lo que vemos en el universo. Las estrellas se encargan de fabricar con esa
materia prima los elementos de la tabla periódica.
SAGREDO: ¿De dónde vienen las partículas elementales que alimentaron el big bang?
SALVIATI: Han oído hablar del colicionador del CERN, ¿verdad?
SIMPLICIO: ¡Sí! El colicionador de ladrones.
SALVIATI: ¡No sea tonto Simplicio! No es el colicionador de ladrones sino el colicionador de
hadrones, que son entidades muy distintas a los ladrones. Los ladrones están hechos de hadrones.
El vocablo hadron viene del griego para “pesado” o “denso” y denota una familia de partículas
de las cuales el protón y el neutrón son miembros. Pues las partículas elementales, como los
hadrones, que alimentaron el big bang vienen de la energía inicial. La energía pura se puede
convertir en partículas elementales, tal como los físicos lo comprueban a diario en los grandes
aceleradores de partículas como el del CERN (de la sigla en francés para la Organización
Europea para la Investigación Nuclear) en Ginebra (Suiza). La energía inicial se convierte en
partículas elementales y fotones. Un fotón se convierte en un par de partículas y en ese par una
es la antipartícula de la otra y así la carga eléctrica total se mantiene igual a cero. Lo de
antipartículas no tiene nada de raro; son simplemente partículas hechas de antimateria, idénticas
en todo respecto a las partículas excepto que al entrar en contacto con la materia normal se
aniquilan y generan energía pura en forma de fotones. La antimateria se le apareció por primera
vez al físico Inglés Paul Dirac en una ecuación que anotó en un papel mientras intentaba
establecer una consistencia entre la naciente teoría cuántica y la relatividad de Einstein. Para
resaltar el carácter no misterioso de la antimateria les recuerdo que actualmente en la radiología
existen tecnologías que se basan en las reacciones entre la materia y la antimateria. Me refiero a
la tomografía por emisión de positrones (TEP), que se usa para producir imágenes en tres
dimensiones de tejidos de interés en el cuerpo humano. Para poner a funcionar la TEP, se inyecta
en el paciente un elemento radiactivo que sirve de trazador. La substancia radiactiva dentro del
paciente emite positrones —la anti-partícula del electrón— que se aniquilan con electrones del
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tejido y en el proceso emiten fotones (luz de alta frecuencia) que son recogidos en sensores. Las
tecnologías de detección se derivan del trabajo de los físicos experimentales que investigan las
partículas elementales. En la sopa de partículas y fotones del universo se pueden dar choques
entre partículas y antipartículas que se aniquilan al instante y producen fotones. Esos fotones a su
vez pueden dar origen a otros pares partícula antipartícula. Como vemos, las reacciones pueden
ocurrir en las dos direcciones: la generación de fotones o la generación de pares partícula
antipartícula. Por un momento existe un equilibrio en las reacciones y se ven fotones, partículas
y anti-partículas que se convierten entre ellos. Algunas partículas, como el neutrón, transmutan
su identidad y se convierten en otras partículas de menor masa. En el caso del neutrón, por
ejemplo, este decae en un protón, un electrón y un antineutrino. La simetría original entre
partículas y antipartículas, sin embargo, se rompe con estos decaimientos radiactivos los cuales
generan al final más partículas de materia que de antimateria. De no ser por esa asimetría en la
naturaleza, toda la materia en el universo se habría aniquilado con la antimateria y el universo
sería una aburridora bola de fotones — pero no, por fortuna las leyes de la naturaleza permitieron
que de la aniquilación de materia con antimateria quedara un pequeño residuo de materia
suficiente para formar 400 000 millones de galaxias. Como por cada par partícula-antipartícula
que se aniquiló resultó un par de fotones, contar el número de fotones relativo al número de
partículas de materia que quedaron nos da una idea de la magnitud de la asimetría: por cada
partícula de materia en el universo —como el protón o neutrón— existen 1 000 millones de
fotones.
SAGREDO: Y, ¿de dónde viene la energía original?
SALVIATI: Misterio. Existen varias hipótesis que ofrecen explicación física del origen de la
energía original, algunas más plausibles que otras, pero en este momento todas ellas clasifican
como especulación y por lo tanto no les gastaré saliva. Ahora bien, que yo admita que es un
misterio no quiere decir que el tema esté fuera del alcance de la ciencia. Piensen en la cantidad
de temas que en el pasado también eran considerados misterio y hoy aparecen en las páginas de
los textos de ciencia en clase de primaria.
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SIMPLICIO: Un momento, decir que toda la materia en el universo, todas las galaxias, las
estrellas, los planetas, las rocas, los mares y la gente se originaron de unas particulitas ahí… —
todo así tan fácil— es un cuentecito que yo no me trago entero. Usted narra la historia y las
épocas del big bang como si fuera una receta cualquiera, de esas que, como son fáciles, las ponen
de tarea para el proyecto de ciencias de la primaria. ¿Cómo es posible que el mundo tan rico, tan
variado y tan complejo que experimentamos a diario haya salido todo de una sopa de partículas
elementales? Me queda difícil aceptar esa idea.
SALVIATI: Simplicio, la ciencia no está esperando su aceptación para seguir adelante.
SIMPLICIO: Esa arrogancia no lo va a llevar muy lejos. Si esa va a ser la actitud tal vez
podemos despedirnos y terminar el monólogo.
SALVIATI: ¿Quién es el que está demostrando una actitud no conducente al diálogo? Mostrarse
despectivo con más de 110 años de investigación científica en partículas elementales y declarar
que todo es un “cuentecito” me comunica un mensaje muy claro: usted no tiene interés en
cambiar su mito de la creación. Yo no estoy aquí para tratar de convencerlo de nada; siempre se
tiene la opción de ignorar conocimientos probados que han generado invaluable beneficio a la
humanidad; es cosa suya, a mí no me importa. Los procesos que ocurrieron en el big bang a
partir de las primeras fracciones de segundo se han estudiado con teorías físicas maduras y
fundadas sobre una base empírica: la física nuclear y la física de partículas elementales. Como ya
mencioné, la física de partículas es tan real que la medicina de hoy usa la antimateria para
diagnosticar crecimientos celulares anormales y usa diferentes tipos de radiación para tratar el
cáncer. Si quiere resultados palpables le informo que —de acuerdo con el National Cancer
Institute— de 1950 a hoy la tasa de sobrevida de cinco años para todos los tipos de cáncer ha
aumentado del 35% al 80%. Esos resultados maravillosos se han logrado gracias a la física de
partículas y a los avances tecnológicos generados en aceleradores de partículas. Desde que
Joseph John Thomson descubrió el electrón en 1897, la naturaleza de las componentes subnucleares de la materia se ha estudiado intensamente y hoy gozamos de una teoría muy exitosa
cuyas predicciones se vienen probando a diario en reacciones producidas en aceleradores de
partículas como el de Fermilab, en Batavia (Illinois, Estados Unidos) y el CERN, en Ginebra. En
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estos aceleradores (mediante colisiones de haces de partículas aceleradas a velocidades cercanas
a la velocidad de la luz) se recrean las condiciones existentes en las primeras fracciones de
segundo del big bang. En el nuevo acelerador de CERN los choques entre protones acelerados
logran recrear las condiciones existentes cuando el universo apenas tenía una fracción de una
millonésima de millonésima de segundo o 0.000 000 000 000 001 segundos. Este aparato acelera
protones dentro de unos túneles subterráneos circulares de 27 kilómetros. Con la ayuda de más
de 1 600 imanes dos haces de protones se mantienen en movimiento en direcciones opuestas y a
velocidades cercanas a la velocidad de la luz. Luego los haces de protones son guiados hacia
regiones donde se han instalado instrumentos del tamaño de edificios enteros; allí colisionan para
recrear la sopa de quarks que existió durante los primeros instantes del big bang. La tarea de
analizar los datos arrojados por estos experimentos es complejísima, es como si una olla a
presión llena de frijoles bien cocinados explotara en medio de la cocina y en el proceso lanzara la
deliciosa frijolada hacia las paredes del recinto a velocidades cercanas a la velocidad de la luz.
Después de este monumental barullo los experimentadores intentan descifrar qué estaban
haciendo las partículas exactamente al momento antes de la explosión.
SIMPLICIO: ¿Cómo saben ustedes que las condiciones producidas en colisiones entre protones
en el acelerador del CERN son las mismas que existían durante las primeras fracciones de
segundo del universo?
SALVIATI: Después de los primeros instantes el universo observable era del tamaño de una
naranja y estaba compuesto de partículas elementales y de fotones que compartían un medio de
altísima densidad y temperatura. No existían átomos. No podrían formarse porque los choques
contra otras partículas los destruirían de inmediato. Para recrear esas condiciones, los físicos de
CERN extraen protones de un tanque de hidrógeno, los aceleran y los hacen chocar de frente. La
energía de la colisión es capaz de generar partículas nuevas que por un instante alcanzan la
densidad y la temperatura que tenía el universo a un tiempo de una millonésima de millonésima
de segundo después del tiempo cero. En ese momento ni siquiera existían los protones, pero sí
los quarks, los electrones y los fotones.
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Entonces, Simplicio, vemos que la procedencia de la materia y todo lo que se hace con ella,
incluyendo estrellas, planetas, océanos y montañas, se puede explicar a partir de los procesos
físicos que hemos domesticado a lo largo de 100 años de experimentación científica. ¿Qué
problema tiene usted con esto? Los sistemas complejos no emergen en un instante, como por arte
de birlibirloque. No es correcto pensar que un día teníamos una sopa de partículas elementales y
al día siguiente se levantaban montañas por encima del caldo. Al contrario, el proceso de
formación de lo que observamos en el universo fue lento y progresivo — cada estado exhibía
apenas cambios diminutos en relación con el estado anterior. Las primeras estrellas tardaron 100
millones de años en formarse. Pasaron 9 000 millones de años antes de que el sistema solar
comenzara a formarse a partir de una nube de materia enriquecida por el material que se emitió
cuando explotaron estrellas pertenecientes a generaciones anteriores. No debería asombrarnos
demasiado que de un sustrato elemental emerja algo complejo. Pensemos en los átomos. La tabla
periódica de los elementos químicos registra la existencia de 118 elementos, todos ellos
compuestos del mismo sustrato consistente de tres partículas: el neutrón, el protón y el electrón.
Del hidrógeno al ununoctio, estos elementos químicos presentan una asombrosa variedad de
comportamientos y características. Inclusive de un mismo elemento químico surgen substancias
muy distintas. La suerte de Carla fue la de convertirse al final en un simple átomo de carbono
dentro de una molécula del ADN de Simplicio — pero igual podría haber terminado como parte
del hermoso diamante que exhibe en el pecho una despampanante modelo, o también podría
haber acabado dentro de un tarro de grafito en una ferretería. El diamante y el grafito, ambos, no
son más que átomos de carbono dispuestos en configuraciones diferentes. Podríamos seguir en
una jerarquía de sistemas cada vez más complejos hacia las moléculas, que son agregados de
átomos ligados químicamente. Encontramos moléculas tan sencillas como el agua, compuesta de
un átomo de oxigeno y dos de hidrógeno, y tan complejas como el ADN. Es importante explicar
que a medida que el universo se enfría debido a la expansión, los protones y los neutrones
encuentran maneras de acomodarse que les resultan más ventajosas desde el punto de vista
energético. Así por ejemplo, cuando la temperatura del universo baja a medida que se expande,
algunos neutrones se ligan con protones y forman un núcleo de deuterio. Igual sucede con la
formación de los primeros núcleos de helio: dos protones y dos neutrones encuentran que es más
ventajoso unirse en un núcleo que andar libres. Las fuerzas nucleares y electromagnéticas
tienden a formar agrupaciones de átomos que antes no se podían dar debido a las altas
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temperaturas del medio. No obstante, a medida que el universo se enfría se pueden formar los
núcleos de helio y deuterio. No es difícil entender que un núcleo de helio es más complejo que
sus componentes —un par de neutrones y protones—sueltos y flotando a la loca. El siguiente
paso en la evolución del universo sería la formación de núcleos más complejos —como Carla—
en el centro de las estrellas. De esta forma podemos paso a paso ir reconstruyendo la formación
del universo hasta llegar a las montañas y océanos en la Tierra.
SIMPLICIO: Si he logrado entender algo, los físicos de partículas tienen unos juguetes costosos,
que llaman aceleradores, con los que pueden producir energía pura y prístina que controlan para
crear nuevas partículas cada vez más exóticas, como las que existieron en el universo primigenio
y luego con detectores monstruosamente grandes observan los productos de esas reacciones. La
confianza que les da este “juego” sobre la validez de sus teorías estriba en que esas
observaciones coinciden con las predicciones de la teoría. Por eso se sienten seguros de poderla
aplicar al universo en su totalidad cuando este reunía características comparables a las de los
laboratorios en Tierra.
SALVIATI: ¡Excelente! Yo no lo habría podido resumir tan bien. Debemos anotar que además
de las pruebas experimentales realizadas en los laboratorios de física de partículas, existen las
pruebas astronómicas. Aquellas consisten en que en todos los rincones del universo alcanzados
por los astrónomos con sus espectroscopios se ha observado la presencia de hidrógeno y de helio.
Los resultados de las mediciones de la abundancia relativa de los elementos en el universo (75%
es hidrógeno y 25% helio) también son compatibles con la predicción de la física nuclear
aplicada al big bang.
SIMPLICIO: Sí, pero yo leí en la Internet que la teoría del big bang no era válida porque no
existen estrellas hechas solo de hidrógeno y de helio, lo cual se esperaría ya que la materia prima
disponible para formar las primeras estrellas era la famosa mezcla primordial de hidrógeno y
helio.
SAGREDO: Simplicio, ¿Usted sí verificó bien la fuente de esa información? El tema de la
cosmología genera mucha agitación, no solo entre los académicos sino también entre magos,
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chamanes, curanderos cuánticos, meditadores trascendentales, ufólogos y vendedores de biblias
— hay que saber filtrar.
SALVIATI: Es cierto que las primeras estrellas debieron estar formadas por la materia prima
disponible en el momento y también es cierto que los astrónomos no han logrado ver estrellas de
la primera generación. Las primeras estrellas aparecieron 100 millones de años después del
tiempo cero. Esas estrellas no se han observado directamente debido a las dificultades obvias
inherentes a tratar de hacer mediciones del espectro de estrellas que están localizadas a distancias
tan remotas. Una de las dificultades estriba en la enormidad de esas estrellas cuya masa era 100 a
1000 veces mayor que la del Sol, y por lo tanto de vida muy corta (las estrellas de mayor masa
consumen su combustible nuclear más rápido). Al cabo de apenas unos millones de años esas
estrellas desaparecieron y dejaron sus átomos dispersos en el medio, es decir, las primeras
estrellas no permanecieron un tiempo suficiente para poder alcanzarlas con los telescopios más
potentes disponibles en la actualidad. Cuando la tecnología haya avanzado al punto de poder
obtener espectros de estrellas a distancias de 13 000 millones de años luz o más, entonces sí
debería ser posible observarlas. Sin embargo, que en la actualidad no exista la tecnología
necesaria para hacer ese tipo de observaciones no le quita validez a la teoría. La teoría general de
la relatividad de Einstein, por ejemplo, hizo predicciones que solo se han podido comprobar en
fechas muy recientes y aun así la teoría fue aceptada por la comunidad científica solo con base
en las primeras pruebas74. Existen otras predicciones del big bang que no se han observado
debido a la carencia de tecnologías adecuadas para penetrar las profundas distancias. Una
predicción del big bang que está al borde de ser alcanzada por los avances en radioastronomía es
la emisión del hidrógeno primordial que llenaba el espacio antes de la formación de estrellas. La
idea es que una vez desprendida la radiación cósmica de fondo el universo pasó por una etapa
oscura. Antes de la aparición de las primeras estrellas no existían objetos astronómicos que
brillaran en el cielo. Los átomos de hidrógeno y de helio a partir de los cuales se formaron las
primeras estrellas flotaban en el espacio oscuro que se enfriaba progresivamente. De igual
manera, como se observa en los laboratorios, se espera que esos átomos de hidrógeno emitan
radiación electromagnética cuando la configuración interna del hidrógeno cambia a un estado de
menor energía75. La luz emitida en ese proceso tiene una frecuencia de 1 420 mega-hercios, pero
con la expansión del espacio hoy esa radiación se manifestaría como un fondo de ondas de radio
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de frecuencias entre 60 y 200 mega-hercios, justo en el rango de las frecuencias que se usan para
transmisiones radiales en FM. En principio uno pensaría que esa radiación se podría detectar con
facilidad; al fin y al cabo cualquier radio FM puede sintonizarse para captar esa radiación con la
misma facilidad con que lo hacemos para escuchar un partido de fútbol, pero en realidad no es
tan fácil. El problema es que esa señal es extremadamente débil y al mismo tiempo en nuestra
vecindad inmediata existen otras fuentes naturales de ondas de radio que transmiten con una
intensidad 10 000 veces mayor en esa banda del espectro. Sería como tratar de escuchar el
zumbido de un zancudo en una discoteca. Otras predicciones del big bang fueron comprobadas
después de que la comunidad científica aceptara la teoría, por ejemplo la predicción de la
existencia de variaciones sutiles en la temperatura de la radiación de fondo que fueron
observadas por el COBE.
SIMPLICIO: Esas son mediciones muy complejas. Según tengo entendido, el satélite COBE fue
diseñado, ensamblado y puesto en marcha por un equipo que incluyó un total de 1000 personas
entre técnicos, ingenieros, científicos y administradores que trabajaron por más de diez años76.
Las antenas de microondas que supuestamente detectaron las variaciones en la temperatura eran
tan ruidosas que fue necesario esperar un año de toma de datos para que la señal de origen
cosmológico se asomara por encima del ruido. Cuando esos datos llegaron a la estación en
Tierra, fue necesario manipularlos con programas de computador que filtraban una buena
cantidad de las interferencias, entre ellas la emisión de radio de nuestra galaxia, la de la Luna, la
de Júpiter y la de la misma Tierra. Al cabo de un año de realizar análisis estadísticos, los
científicos del COBE salieron a decir que habían detectado la señal del big bang, pero resulta
que detectar esa señal no se parece a mirar una foto de la luna; más bien es como mirar “la
lluvia” en un televisor que no está sintonizado a un canal que transmite programación normal. Es
decir, lo que reportaron los del COBE fue algo así como: “…vean señores, aquí está el ruido que
detectaron nuestros instrumentos y, de acuerdo con nuestro análisis estadístico —que consumió
dos años de computador— parte de ese ruido es de origen cosmológico”. Y yo me pregunto
cómo pueden estar seguros de que ese ruido esté relacionado con el universo y no más bien con
algún efecto instrumental.
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SAGREDO: Yo añadiría al excelente comentario de Simplicio que el ejemplo de COBE pone en
vitrina el hecho de los experimentos complejos siempre estarán en riesgo de ser influenciados
por la teoría. Si me lo permiten, ilustraré mi idea con el juego de las nubes. Digamos que hay un
místico inquieto que está convencido hasta los tuétanos de que existen seres extraterrestres que
escriben mensajes en las nubes. Para demostrar su teoría pasa las horas del día tomándoles fotos
a las nubes y las horas de la noche procesándolas con Photoshop hasta que los mensajes
extraterrestres se hagan evidentes. La cuestión es así: uno puede contar con que tarde o temprano
cualquier persona firmemente convencida de la extraña idea de que las nubes encierran mensajes
encontrará patrones que asemejan los esperados mensajes. ¿Será posible que algo similar ocurra
en los experimentos científicos que requieren una excesiva manipulación de los datos? Me
refiero a que tal vez el análisis de datos de un experimento diseñado para demostrar la existencia
de un efecto específico puede correr el riesgo de favorecer los resultados buscados por la teoría.
SALVIATI: ¡Claro que sí es posible! Por eso es que antes de aceptar los resultados se espera que
otros investigadores confirmen de modo independiente las observaciones, posiblemente mediante
el uso de tecnologías más avanzadas. Además, los datos del COBE y los programas de
computador que utilizan los investigadores son públicos77, están disponibles en la Internet y
cualquier investigador puede reanalizarlos. Veo que hay algo de confusión sobre los hallazgos
del COBE. Primero, el COBE realizó tres experimentos separados: uno para medir la forma del
espectro de la radiación de fondo, otro para observar radiación difusa en el infrarrojo, y el tercero
para medir las pequeñas desviaciones en la temperatura de la radiación de fondo. Es este último
del cual estamos hablando. El instrumento —llamado radiómetro diferencial de microondas—
consistía de pares de antenas de microondas con forma de corneta y colocados de tal forma que
las cornetas apuntaban en dos direcciones y formaban una “V”. La diferencia de temperatura
entre las dos direcciones se obtiene comparando la intensidad de la señal proveniente de las
antenas. Es cierto que los instrumentos generan ruido debido al movimiento aleatorio de los
electrones en los circuitos, pero ese ruido es muy diferente a la señal producida por la radiación
cósmica de fondo. Mientras que la radiación de fondo brilla como un objeto con unas regiones
más brillantes que otras (esas variaciones en el brillo representan variaciones en la temperatura)
el ruido electrónico se presenta al azar y se puede reducir combinando múltiples observaciones
de la misma región del cielo. Entonces, a diferencia de lo que afirma incorrectamente Simplicio,
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observar la radiación de fondo sí es como observar la luna, aunque las variaciones de brillo de la
radiación de fondo son diminutas comparadas con la intensidad del ruido instrumental. Sucede lo
mismo cuando queremos tomarle una foto a un objeto en la oscuridad con una de esas cámaras
digitales modernas. Este es un experimento que se puede hacer en casa: de noche apagamos
todas las luces del cuarto excepto la de una linterna de bajo poder que ilumina una de las paredes
del cuarto. La idea es que la única fuente de luz disponible para la foto sea la tenue luz reflejada
por la pared. En esas condiciones tomamos la foto de una mesa en el cuarto asegurándonos de
que la cámara no vea directamente la pared iluminada por la linterna. Luego descargamos la
imagen en el computador y analizamos el resultado. Vemos que la foto es muy oscura y que la
mesa aparece como una mancha difusa y difícilmente discernible. Por medio de alguno de los
programas especiales para procesar fotografías digitales —programas ampliamente disponibles
hoy en día— se puede ampliar la imagen hasta ver los pixeles individuales y en las partes
oscuras de la foto podemos apreciar la presencia de ruido: los pixeles registran un nivel bajo de
luz pero entre pixel y pixel hay pequeñas variaciones aleatorias en el nivel de luz. Para obtener
mejores resultados en condiciones de baja luminosidad, un fotógrafo profesional tomaría la foto
de la mesa colocando la cámara sobre un trípode y configurándola para extender el tiempo de
exposición. Lo que ocurre ahora cuando la cámara observa la mesa por un período extendido de
tiempo es que los pixeles donde aparece la mesa acumulan más luz y por lo tanto crece el
contraste relativo al ruido electrónico en las partes oscuras de la foto. Como ya las cámaras
fotográficas nos resultan familiares, este experimento parece trivial pero, si bien lo piensan,
estamos hablando de un experimento bastante complicado: la superficie sensible de la cámara es
una placa semiconductora, preparada con impurezas de boro, donde se han tallado millones de
diminutos cajoncitos para almacenar cargas eléctricas. Los elementos almacenadores de carga,
colocados en una formación de filas y columnas, son los pixeles de la foto. Cuando un fotón de
luz (un paquete de luz) le pega a un pixel, el efecto fotoeléctrico convierte el fotón en uno o
varios electrones que quedan almacenados en el pixel. La cantidad de carga almacenada en cada
pixel es directamente proporcional a la cantidad de luz disponible donde está el pixel; por lo
tanto, la cantidad de carga eléctrica almacenada en los pixeles es una representación análoga de
la imagen. El contenido de carga en las cajitas se lee con un método que desplaza las cargas fila
por fila hasta llegar a un circuito que convierte esa información en una señal digital.
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SIMPLICIO: Y ¿qué tiene que ver eso con COBE?
SALVIATI: Estaba tratando de aclarar que la señal obtenida por el COBE no es solo ruido
electrónico. La detección y el procesamiento de las señales en una cámara digital no son, en su
complejidad, muy distintos al procesamiento que los instrumentos a bordo del COBE hacen de
las señales. El ejemplo de la cámara digital también nos muestra que la complejidad del
instrumento y del procesamiento de la señal no invalida la observación. Volviendo a la mesa mal
iluminada, supongamos que a un investigador que desconoce el contenido del cuarto se le
presenta la primera foto donde la mesa es difícilmente reconocible. Nuestro investigador —
después de un análisis cuidadoso y complejo— reporta a sus colegas también ignorantes sobre el
contenido del cuarto que la foto representa la imagen de una mesa. Es probable que no todos los
investigadores acepten el análisis. Sin embargo, sabemos que existe la posibilidad de comprobar
el descubrimiento de la mesa, ya sea mediante el uso de cámaras más sensibles o métodos de
fotografía más apropiados para las condiciones presentes. Llegará un momento en el que la foto
revele de manera definitiva e incontrovertible la presencia de una mesa. Así sucedió con la
observación de las variaciones en la temperatura de la radiación de fondo de acuerdo con la
dirección de observación: a partir de COBE varios experimentos realizados en observatorios en
picos de montañas, en la Antártida, en globos y en el espacio presentaron una imagen cada vez
más clara de las variaciones en temperatura de la radiación cósmica de fondo. Más adelante con
el experimento WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe o sonda Wilkinson de
anisotropías en el microondas) también de la NASA (la sonda fue lanzada al espacio en el año
2001) se estudiaron las fluctuaciones en la radiación de fondo producidas por ondas acústicas en
la sopa de partículas y radiación que era el universo primigenio. La tecnología del WMAP era
similar a la del COBE pero de mayor sensibilidad y capaz de medir la polarización de las ondas.
SAGREDO: Tengo entendido que un pequeño equipo de investigadores se le adelantó a los del
WMAP y publicó resultados de la detección de la señal de ondas acústicas en la radiación de
fondo recabados mediante el uso equipos que costaron una pequeña fracción de lo que costó
WMAP.
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SALVIATI: Correcto. Se utilizaron sensores elevados a bordo de un globo atmosférico. Esos
investigadores fueron los primeros en medir las fluctuaciones en la temperatura de la radiación
de fondo producidas por ondas acústicas en el universo cuando la radiación y la materia
compartían un ambiente de equilibrio. El experimento, llamado Boomerang, fue liderado por
Paolo de Bernardis, de la Universidad de Roma, y consistió en montar un telescopio dotado con
detectores de microondas muy sensibles en un globo que voló durante 10 días 37 kilómetros por
encima de Antártida. La idea es que como el vapor de agua en la atmósfera absorbe la radiación
en microondas, asomarse por encima de las capas más densas de la atmósfera permite recibir la
señal del cosmos con mayor claridad. Los resultados del experimento fueron consignados en un
artículo que salió publicado en abril del año 2000 y en el cual se reportó la detección de la señal
buscada. A partir de las características de esa señal se pudo deducir que el espacio de nuestro
universo es plano, es decir, no exhibe curvatura, lo cual era una posibilidad contemplada en la
teoría general de la relatividad. Al mismo tiempo otros dos experimentos confirmaron los
hallazgos del Boomerang. El proyecto Maxima, liderado por el profesor Paul Richards de la
Universidad de California en Berkeley, y el proyecto Microwave Anisotropy Telescope de Mark
Devlin, de la Universidad de Pensilvania, con un telescopio instalado en Chile también
detectaron las anisotropías en la radiación cósmica de fondo. Ofrezco ejemplos concretos de
resultados experimentales para mostrar que efectivamente sí existe un sustento empírico sólido
del big bang y que el carácter independiente, competitivo y tecnológicamente diverso de estos
experimentos refuerza la aceptación de la comunidad científica de la teoría del big bang. Los
sensores a bordo del WMAP consisten de antenas microondas en pares como las del COBE pero
con una tecnología más avanzada de amplificadores que producen bajo ruido. Estos
instrumentos, llamados radiómetros, son básicamente receptores de microondas sintonizados
como un radio a determinadas frecuencias. Las tecnologías usadas por los otros dos
experimentos mencionados son muy diferentes. Maxima usa detectores llamados bolómetros que
recolectan la energía de la radiación de fondo en una placa muy sensible que aumenta su
temperatura con la energía recibida de la radiación de fondo. Este efecto es el mismo que opera
cuando exponemos la palma de la mano a los rayos del sol y sentimos calor. Otra tecnología
radicalmente diferente de medición de la radiación de fondo se basa en el uso de interferómetros
que combinan la señal de varias antenas y así pueden medir la cantidad de energía de la señal
para cada frecuencia. Para el año 2002, 45 experimentos independientes con tecnologías
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diferentes habían observado distintas regiones del cielo con una diversa gama de resoluciones
angulares y habían reportado mediciones de la radiación cósmica de fondo78. Con estos
instrumentos montados en globos atmosféricos y en satélites en el espacio, mediante
observatorios construidos en picos montañosos de Chile, las islas Canarias, la Antártida y el
desierto de White Mountain (California) se ha podido confirmar la presencia de las anisotropías
en la radiación cósmica de fondo y se han medido sus características con gran precisión. El
maravilloso trabajo de 45 años en los que los físicos experimentales han generado evidencia
abrumadora a favor del big bang explica la razón por la cual los investigadores tienen confianza
en ese modelo del universo.
SAGREDO: Me parece que usted nos lanzó como muy alegremente la frase “… el espacio de
nuestro universo es plano” y eso no es tan sencillito. Pienso que nos debe una explicación.
SALVIATI: La forma de la trayectoria que sigue un rayo de luz depende de la geometría del
espacio: mientras que en un espacio curvo los rayos de luz se propagan en trayectorias curvas, en
un espacio plano los rayos de luz se propagan en líneas perfectamente rectas. Piensen en unas
creaturas planas, perfectamente planas, como una hoja de papel, que solo conocen dos
dimensiones: la dimensión norte-sur y la dimensión oriente-occidente. Sería una locura hablarles
a esos seres aplanados de una tercera dimensión arriba-abajo, no la pueden ni entender ni
experimentar. Existen dos familias, los planiboludos que viven sobre la superficie de un balón de
futbol y los planitabludos que viven sobre la superficie de un tablero plano y liso. Dibujemos una
línea perfectamente recta sobre el tablero, para los planitabludos esa línea es perfectamente recta.
Ahora bien dibujemos una línea lo más derecha posible sobre la superficie del balón. Para los
planiboludos esa línea es perfectamente recta, sin embargo nosotros, seres que vivimos y
experimentamos tres dimensiones, estamos viendo desde fuera al balón de futbol y sabemos que
la línea sobre el balón es una línea curva, porque la superficie del balón es curva. ¿Cómo hacen
los planiboludos y los planitabludos para saber si el espacio en el que viven es curvo o plano?
Existe una receta muy sencilla que los seres planos pueden seguir para hallar la respuesta: dibuje
un triángulo, mida los ángulos internos del triángulo, sume los tres ángulos internos. Si la suma
es igual a 180 grados entonces viven en un espacio plano, si es mayor a 180 grados entonces
viven en un espacio curvo. Y lo que acabo de decir se puede comprobar en casa: dibuje un
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triángulo sobre un balón de fútbol y sobre un tablero — se dará cuenta de la veracidad de este
simple hecho de la geometría. Pues bien, esa es justamente la medición realizada por los
experimentos que miden las anisotropías de la radiación cósmica de fondo. Aquí se están
midiendo las propiedades de un triángulo en nuestro universo formado por el observador aquí
sentado en la Tierra y por la base del triángulo hecha por las regiones calientes y frías del
universo remoto. Si hacemos un mapa de la temperatura de la radiación de fondo y usamos
colores para representar las variaciones de la temperatura, lo que resulta es un patrón aleatorio de
regiones calientes y frías. Esas regiones se ven en el mapa como parches irregulares o
“manchas”. El tamaño de esas manchas es una medida de la base del triángulo y las mediciones
revelan que el tamaño de las manchas en promedio es consistente con una geometría plana.
Quiero que guarden en memoria el siguiente hecho al cual tendremos que dedicar una buena
conversación más adelante porque es de suma importancia para entender lo que está ocurriendo
hoy en día en cosmología: la planitud de la geometría y las propiedades observadas en las
manchas de los mapas de la radiación de fondo fueron predichas por una teoría que explica el
origen del big bang: la teoría inflacionaria que de manera simultánea pero independiente
desarrollaron el ruso Alexei Starobinsky y el estadounidense Alan Guth.
SAGREDO: Dejando de lado la posibilidad de que los efectos de los instrumentos contaminen
los datos, ¿cómo sabemos que las variaciones observadas en la radiación de fondo no están
alteradas por los procesos físicos que ocurren a mitad de camino durante la propagación de la
radiación?
SALVIATI: El famoso astrofísico ruso Yacov Zeldovich trabajó con Rashid Sunyaev, quien
había sido uno de sus estudiantes, en el siguiente problema: ¿qué le pasa a la radiación de fondo
cuando en camino hacia nosotros se choca con el gas caliente que se encuentra en los cúmulos de
galaxias? Es un problema bien definido que cualquier estudiante de doctorado anhelaría tener.
Además, Sunayev no podría haber corrido con mejor suerte que la de estar trabajando al lado de
un experto tan hábil y sabio como el legendario Zeldovich. Este personaje fue para la astrofísica
rusa lo que Vaslav Nijinsky fue para el ballet ruso: tocó todos los temas de la astrofísica y en
todos ellos dejó su huella. De esta colaboración salieron en 1969 y 1972 los dos artículos ya
famosos donde quedó consignado el desarrollo teórico que explica lo que ocurre con la radiación
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de fondo cuando pasa por dentro de cúmulos galácticos. Voy a explicar este efecto con una
caricatura mental: estamos sentados en un teatro muy profundo y allí miramos las luces
proyectadas en el telón, al frente. En el fondo del teatro está el técnico de luces quien, con un
gigantesco proyector, manda un chorro constante de luz roja hacia el telón. El telón queda
iluminado de manera uniforme y cada centímetro cuadrado recibe la misma cantidad de luz que
las regiones vecinas. De repente ese fondo liso de luz roja comienza a perder su uniformidad y
vemos aparecer unas pequeñas manchas oscuras, como círculos negros de borde difuso. ¿Qué
está ocurriendo?, nos preguntamos. Al mirar hacia la parte de atrás del teatro encontramos lo que
está produciendo las manchas. Resulta que ingresaron al teatro unos personajes que portan gas
intergaláctico (les advertí que este sería un experimento mental) y que de alguna manera se
idearon cómo mantenerlo confinado en la palma de la mano, sin tener que meterlo en un
recipiente. El gas intergaláctico es la materia que se encuentra entre las galaxias que conforman
un cúmulo galáctico y está hecho de electrones libres y núcleos de varios elementos químicos
que se mueven a muy alta velocidad y provocan muchos choques entre ellas mismas. Entonces lo
que ocurre es lo siguiente: cuando la luz que sale del proyector penetra una de esas bolitas de gas
intergaláctico, los electrones allí dentro chocan con la luz y en el proceso les transmiten energía a
los fotones de luz. ¿Qué hace la luz con la energía ganada en la colisión? Dos cosas: uno, su ruta
hacia el telón cambia de dirección, y dos, cambia de color hacia uno de mayor energía como el
azul, el violeta o incluso ultravioleta que no podemos observar. Supongamos que la energía
ganada por la luz que sufre esos choques es lo suficientemente alta como para convertir la luz
roja en luz ultravioleta. Pues bien, con esto queda terminado el experimento mental y ya
podemos explicar las manchas oscuras observadas en el telón: las bolas de gas intergaláctico que
se interponen entre el foco de luz y el telón dispersan la luz y la convierten a un color que no
podemos ver, de tal manera que parte de la luz que pasa por las bolas no va a llegar al telón y no
la podemos ver — y así se originan las manchas oscuras. Ahora aterricemos y hagamos la
conexión con lo que está ocurriendo allá en el espacio profundo. La luz al fondo del teatro es la
radiación cósmica de fondo, las bolitas de gas intergaláctico son eso mismo, materia caliente que
se encuentra dentro de un cúmulo de galaxias y las manchitas oscuras sobre el telón serían
regiones en la radiación de fondo que exhiben menor brillo a bajas frecuencias. Este efecto,
naturalmente llamado “efecto Sunyaev-Zeldovich” (abreviado “efecto SZ”), es un ejemplo de un
proceso físico que altera la señal observada en experimentos de radiación de fondo. La manera
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como estas alteraciones afectan la radiación de fondo es predecible y se puede tener en cuenta
durante el análisis de datos. De hecho, el investigador inglés Mark Birkinshaw observó en 1984
por primera vez el efecto (aunque minúsculo), a través del radio telescopio de 40 metros del
Observatorio de Owens Valley, en California. John Carlstrom, de la Universidad de Chicago, ha
liderado un experimento más reciente en el cual, a partir del 2007, desde la Antártida, se ha
medido el efecto SZ con los mismos instrumentos del Telescopio del Polo Sur con los cuales se
han realizado observaciones precisas del efecto en varios cúmulos galácticos. Igualmente, los
datos del WMAP muestran que en dirección hacia los cúmulos de galaxias la temperatura de la
radiación de fondo sufre una disminución —consistente con lo que se esperaba— cercana a las
15 millonésimas de grados kelvin. El trabajo de Sunyaev es una maravilla porque demuestra de
una manera muy nítida la consistencia de la teoría del big bang. Las mediciones del efecto SZ se
han usado para obtener independientemente la distancia a los cúmulos galácticos — y en
combinación con mediciones de los desplazamientos rojos de esas galaxias se pudo verificar la
ley de expansión del espacio encontrada por Hubble. La rapidez de expansión obtenida de esta
forma resultó ser igual a la que se conocía con los métodos usados por Hubble. Volviendo a su
pregunta, concluimos que sí existen fenómenos físicos que intervienen durante la propagación de
la radiación de fondo. Sin embargo, las conclusiones de los experimentos no se ven afectadas si
estos posibles efectos se tienen en cuenta en el análisis de datos.
Galileo encontró el mismo reto en relación con sus observaciones telescópicas de manchas
solares y defectos en la luna. Quienes no querían aceptar el derrumbe del modelo reinante del
universo, según el cual los objetos astronómicos son necesariamente inmaculados, pusieron en
duda las observaciones de Galileo y adujeron razonamientos que afirman que las manchas
solares son producidas por efectos atmosféricos o instrumentales. La misma pregunta se aplica
en principio a cualquier experimento de laboratorio donde no hay contacto físico entre el sensor
y el objeto que se mide. Hablemos de un horno de altísima temperatura, por ejemplo, de los que
se usan para fundir metales. Digamos que se desea medir la temperatura del horno. Queda claro
que no podemos entrar en contacto directo con el metal fundido ya que un termómetro no
aguantaría las altas temperaturas. Para lograr nuestro objetivo usamos métodos indirectos, por
ejemplo observar el color de la luz emitida por el metal caliente. Sabemos que el color de un
cuerpo caliente cambia a medida que su temperatura aumenta. A temperaturas elevadas
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comienza a brillar con un tono rojizo, luego azul y, para las temperaturas más altas, hacia el
violeta. Es así como la temperatura de una estrella se puede inferir por su color. De igual forma
se deduce la temperatura de la radiación de fondo.
SAGREDO: Del resultado de esta medición lo único que podemos afirmar con certeza es que el
color del metal caliente es rojo o amarillo. Para afirmar que “la temperatura del metal es 3 000
grados centígrados” tenemos que apoyarnos en una teoría que conecta el color del metal con la
temperatura. Por ejemplo la teoría de radiación que desarrolló Max Plank a comienzos del Siglo
XX. La problemática es la siguiente: si el día de mañana la teoría de la radiación de Plank queda
suplantada por otra teoría más avanzada, la relación entre color y temperatura puede cambiar. La
lección es que las mediciones indirectas necesitan de una teoría para poder ser interpretadas. En
otras palabras, los que consideramos “hechos” empíricos están sujetos a cambio.
SALVIATI: Gracias Sagredo por iluminar nuestra conversación con encumbrados conceptos
epistemológicos. El problema con estos no es que sean erróneos sino que se emiten con la fuerza
de afirmaciones categóricas, lo cual apuntaría a que nosotros los científicos traficamos en
frivolidades. Cuando ustedes los sociólogos hablan de teorías, las meten todas en el mismo costal
como si especular sobre la existencia de once dimensiones fuese igual que hablar del modelo
ovoide de la Tierra. No es difícil apreciar que una teoría que ha sobrevivido 100 años de pruebas
de laboratorio y que empalma coherentemente con otras teorías es más confiable que una
especulación carente de contacto con el laboratorio. Sin embargo, las pomposas proclamaciones
de los sociólogos no dejan claro que unas teorías son más confiables que otras. Además,
volviendo al ejemplo de la medición de altas temperaturas, constituye un adefesio generalizar y
decir que los resultados experimentales están sujetos a caducidad por causa de
perfeccionamientos en la teoría. Las mediciones de temperatura a partir del color han sido
corroboradas usando otros métodos independientes. Además, un cambio en la teoría subyacente
no necesariamente invalida las mediciones realizadas con anterioridad. Por ejemplo, las
mediciones de masa en los laboratorios de química siguen empleando los métodos desarrollados
hace cientos de años a pesar de que el concepto clásico de masa ha sido remplazado por el de la
relatividad de Einstein. Los puentes construidos con la ayuda de cálculos que se basan en la
mecánica de Newton no comenzaron a caerse cuando Einstein introdujo la mecánica relativista.
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La teoría de Einstein subsumió la mecánica clásica pero no la suplantó. Quiere decir que los
cálculos de la teoría relativista tienden a coincidir con los de Newton en condiciones de bajas
velocidades. Más profundo aun es el significado filosófico, si me lo permiten: el avance de la
teoría de Newton a Einstein fue progresivo; Einstein extendió la teoría a situaciones de altas
velocidades pero aun así la mecánica de Newton sigue siendo válida para regímenes de bajas
velocidades.
Un episodio interesante en la historia de la ciencia que incide en la problemática en torno a
interpretar las observaciones y los datos experimentales fue el golpe asestado por el filósofo
inglés Thomas Hobbes a la naciente práctica de la experimentación científica79. Para Hobbes,
más conocido por su teoría política que por su crítica a la ciencia, la práctica experimental no es
confiable porque está sujeta a numerosas manipulaciones que la hacen vulnerable a influencias
de orden social. Cuando Galileo moría —el 8 de enero de 1642— bajo arresto domiciliario en su
residencia de Arcetri en las cercanías de Florencia el filósofo, físico y químico irlandés Robert
Boyle se encontraba por esos días en Florencia justamente estudiando los trabajos de Galileo. No
estoy seguro si el joven Boyle, que apenas tenía 15 años cuando pasó por Florencia, tuvo la
fortuna de conocer personalmente al gran maestro, pero la historia sí deja clara la gran influencia
que el maestro ejerció en Boyle, en particular en su aprecio por la experimentación. Guiado por
esa influencia, Boyle regresó a Inglaterra y se convirtió en uno de los más salientes promotores
de la ciencia experimental y se acercó a una posición filosófica diametralmente opuesta a la de
Hobbes, su acerbo rival. Para Boyle la única manera fiable de interrogar a la naturaleza es a
través de la experimentación. Con la ayuda de su amigo Robert Hooke, Boyle construyó una
bomba para extraer el aire de un recipiente y así demostró que el vacío existe y de paso también
mostró que el aire es necesario para la combustión, la transmisión del sonido, y la vida. Con este
aparato realizó los experimentos que condujeron a la celebrada Ley de Boyle que describe la
relación entre el volumen y la presión de un gas. La bomba de vacío de Boyle era un cacharro
tan complicado y costoso que pocos se aventuraron a reproducir sus experimentos — y quienes
lo hacían encontraban resultados diferentes. Para sustentar los resultados experimentales Boyle
se vio obligado a abrir su taller al público y a invitar testigos que pudieran dar declaraciones de
apoyo sobre los resultados que presentaría más tarde en sus publicaciones. Las complicaciones
que rodearon los experimentos de Boyle no hacían más que alimentar las críticas de Hobbes
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contra el método experimental. Según Hobbes, los experimentos científicos son complicados,
requieren equipos de difícil comprensión y se comportan bien solo bajo el manejo de artesanos
debidamente entrenados. Los resultados experimentales producidos por esas máquinas
laberínticas —según Hobbes— no son observaciones directas de la naturaleza. Por el contrario,
para su entendimiento se requiere cierta cantidad de supuestos y de manipulación de datos, de tal
forma que al final la aceptación de los resultados experimentales depende del buen manejo del
arte de la persuasión por parte del experimentador ante sus colegas científicos.
Con el trabajo de Galileo y Boyle la historia quedó preñada con la idea de que la ciencia
presentaba una solución legítima a los complejos problemas sociales que afligían el convivir
humano. Por esa época la vida sucumbía lentamente a manos del caos corrosivo provocado por
conflictos civiles, insurrecciones, guerras religiosas y plagas. La guerra de los 30 años se
propagaba por el continente europeo como pólvora, encendida y alimentada por el fervor
religioso de católicos y protestantes dedicados al tiquismiquis teológico. Este conflicto generó
destrucción inimaginable y cobró la vida de un tercio de la población, la mayoría campesinos y
ciudadanos que no formaban parte de ejércitos. La monarquía y las instituciones religiosas
perdieron la autoridad para instaurar el orden y más bien eran vistas como parte del problema, no
de la solución. Boyle apareció en medio de un ambiente hostil a las instituciones del pasado —
un caballero de estirpe noble, con un concepto novedoso que proponía un método transparente
para ganar conocimientos confiables. El método experimental usado por Boyle encontró suelo
fértil en medio de la confusión reinante y ganó aceptación inmediata, en gran medida por la
admiración y respeto que Boyle logró despertar. Boyle se presentaba como un humilde
observador de la naturaleza, un ciudadano honesto y profundamente respetuoso de los
conocimientos establecidos con base empírica. Boyle no trabajaba para un jefe que persiguiera
intereses preestablecidos ni era mercenario de nadie. Él financió los experimentos con sus
propios fondos, un factor importante que, sumado a su prestigio, virtud y honestidad lo hacen
creíble y altamente fiable. Boyle proyectaba un aura de autoridad comparable con la que en
otrora fuera patrimonio exclusivo de los altos sacerdotes. Él encarnaba la imagen romántica del
científico como ser desinteresado, amante de la verdad, motivado en su búsqueda solo por
vocación y altruismo, convencido de que la razón y la interacción directa y sistemática con la
naturaleza ofrecen una alternativa más apropiada para resolver los problemas sociales. En la
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sociedad contemporánea esa imagen angelical del científico es decididamente objetada y para
algunos sociólogos y filósofos es motivo de desdén. Sin embargo, sea como sea, de Galileo y de
Boyle en adelante la ciencia y el científico forman parte sustancial del tejido de nuestra sociedad.
Hobbes insistía en que el método experimental no era fiable, pero su posición filosófica lo
acercaba más al escolasticismo — en rápido descenso. Hasta qué punto las ciencias empíricas
son válidas como generadoras de conocimiento fiable es un debate espinoso que continúa hasta
el día de hoy; y tomar una posición de uno u otro lado nos enemista de inmediato con el
contrario. En todo caso, sin menospreciar la importancia de reconocer que los resultados
experimentales están sujetos a interpretación, las mediciones que se hacen en los laboratorios o
las observaciones astronómicas no son el producto de un proceso arbitrario y frívolo. Mi punto
de vista, que estoy seguro es injurioso para algunos de mis colegas, es que los resultados
experimentales sí tienen una ventaja en comparación con otras maneras de obtener
conocimientos. Los resultados experimentales son intensamente examinados por otros científicos
—que también compiten por ser los primeros— y son corroborados o enviados al cesto de la
basura. Con el tiempo este proceso les confiere mayor credibilidad y fiabilidad a los resultados
experimentales. Durante 2 300 años —desde los presocráticos hasta las primeras observaciones
extra galácticas— la cosmología fue apenas una sumatoria de conjeturas alejadas de contacto con
el experimento. Solo a partir de las observaciones astronómicas de Hubble en 1924 se pudo
comenzar a hablar de un modelo científico del universo como un todo.
SAGREDO: Interesante, pero no perdamos el hilo de la conversación. Estamos hablando sobre
cómo es posible medir objetos astronómicos que se encuentran a una distancia de millones y
millones de kilómetros. El caso concreto que estamos examinando es la supuesta radiación de
fondo que proviene del universo cuando era una “naranja” y queremos entender cómo saben los
experimentadores que los procesos que pueden ocurrir en el recorrido hacia nosotros de la señal
finalmente detectada por el COBE y el WMAP no la han alterado.
SALVIATI: Pues fue usted quien desvió la conversación cuando interpuso su fastidiosa
hermenéutica. Así como podemos estimar la temperatura de un metal en fundición al observar el
color de la luz que emite, igual podemos estimar la temperatura de una estrella. La luz que
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proviene de una estrella, o de cualquier otro objeto astronómico en la distancia, trae consigo
información detalladísima sobre lo que ocurre en la estrella. ¿Y qué decir entonces sobre la
posibilidad de que otros procesos afecten la luz en su camino al telescopio? Puede ocurrir, en
efecto, y justamente lo que tanto dificulta y encarece las observaciones astronómicas con
pretensiones cosmológicas es la eliminación de efectos foráneos. Cuando el COBE fue lanzado
al espacio (el 18 de noviembre de 1989) las primeras señales del big bang aparecieron en
pantalla apenas pocas horas después de haberse puesto en órbita80. Sin embargo, pasaron más de
dos años antes de que se presentaran los resultados de la detección de las esperadas desviaciones
en la uniformidad de la temperatura del fondo de radiación del big bang. ¿Por qué dos años?
Durante ese tiempo el equipo de científicos del COBE se dedicó con denuedo superlativo a
verificar que se eliminaran todas las posibles fuentes de contaminación de los datos. Las
publicaciones donde se presentaron los primeros resultados del COBE entregan el contenido
científico final en unos pocos párrafos, mientras que el análisis de los efectos sistemáticos y las
correcciones requeridas abarca el mayor número de páginas. Como se puede apreciar, la tarea
del experimentador no es nada fácil. En el análisis de los datos se deben explorar de manera
minuciosa todas las posibles fuentes de contaminación y ni siquiera eso, de por sí, es suficiente.
Antes de que un resultado experimental sea aceptado como válido, fuera de toda duda, es
necesario que equipos independientes —por medio de métodos distintos— repitan múltiples
veces el mismo resultado.
SIMPLICIO: Aún no estoy convencido. Lo que usted me sugiere es que tenga fe en los
resultados de un sinnúmero de ecuaciones, complejísimas transformaciones numéricas, modelos
instrumentales y cálculos estadísticos avanzados que un señor Smoot escribió en un artículo. No
pretenderá que yo pueda digerir semejante galimatías. Una cosa es medir el perímetro de esta
mesa; otra muy diferente es afirmar que —con una señal extraída del ruido electrónico que sale
de un sensor y que ¡ha sido manipulada por computadores durante dos años! — estamos
observando el universo como era hace 13 700 millones de años. Usted quiere que yo acepte estos
resultados, es decir que crea en ellos. ¿Acaso no es contradictorio? ¿No dizque en la ciencia no
hay lugar para la fe, que la ciencia se basa en hechos observables y no en creencias?
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SALVIATI: No. No se trata de creer, se trata de aceptar o no aceptar la evidencia experimental.
Les contaré lo que me pasó cuando dictaba una clase de introducción a la física a los muchachos
de primer semestre en la universidad. Cuando llegamos al tema del big bang y de la posibilidad
de explicar el origen del universo con base en la investigación científica, un estudiante, que por
cierto recuerdo que era muy aplicado y muy serio, se puso de pie en medio de la clase y me
preguntó: Profesor ¿usted cree en todo eso? Yo sabía para dónde iba con su pregunta — tenía mi
“preaviso” porque ya otros estudiantes me habían contado que este alumno invitaba a sus
compañeros a unas charlas místicas en la residencia universitaria donde él vivía. Para ser sincero,
la pregunta me puso en un aprieto porque soy consciente de que el tema del origen del universo
—visto desde la ciencia— puede entrar en conflicto con la cosmovisión de algunas personas. No
quería retar al estudiante en medio de la clase porque pienso que las creencias de cada persona y
las diferencias culturales se deben respetar. Por otra parte, tenía que explicar que ciertos hechos
científicos tienen bases experimentales tan firmes que en su caso el vocablo “creer” pierde
sentido. Cualquiera es libre de creer que la Tierra es plana. Sin embargo, la Tierra es esférica —
ovoide para ser más precisos— y esa es una realidad empírica incontrovertible de modo que
tendría mucho sentido preguntar si uno cree en ese hecho o no. Se acepta o no se acepta. Veo que
Sagredo miró despectivamente cuando pronuncié la frase “realidad empírica”. Estoy hablando de
mediciones de la Tierra. Si determinamos mediante un ejercicio de medición que la estatura de
Juan es de dos metros, pensaría que podemos estar de acuerdo en cuanto a lo que ese ejercicio
significa: cuando se compara la estatura de Juan con un patrón, la cabeza de Juan llega a la
marca de los dos metros. Por ende, preguntarle si cree que Juan mide dos metros no sería una
pregunta pertinente. Se acepta o se rechaza. Y si una determinada persona no lo acepta será casi
con seguridad por un problema de semántica: hasta que no se acuerde la definición de “metro”,
la afirmación “Juan mide dos metros” no será aceptada por todos los interlocutores. En este
sentido podríamos decir que la ciencia es un proceso que convierte las preguntas fundamentales
de la naturaleza en problemas de semántica. Vuelvo a mi historia con el estudiante. Al final
terminé respondiendo así: Mire, yo estoy ofreciendo una exposición honesta del estado de los
avances, tanto experimentales como teóricos, en el campo de la cosmología — y es un hecho que
desde la segunda década del Siglo XX la ciencia ha ganado terreno a toda velocidad en un campo
que tradicionalmente pertenecía a la filosofía y a la teología. El papel que espero desempeñar
ante ustedes no es pedirles que crean en una teoría o en la otra. Les presento las teorías y el
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sustento experimental que las respalda, así como aquellos aspectos de la teoría que están poco
desarrollados y que aún están sometidos al debate de los mismos investigadores. Aceptar esos
conocimientos o rechazarlos es por entero un asunto personal suyo.
SIMPLICIO: Y ¿qué dijo el estudiante?
SALVIATI: Se quedó callado. No es ningún tonto. Pienso que por medio de la pregunta
pretendía tomarle la temperatura al debate para ver si podía influir sobre este y sembrar dudas.
Al final se dio cuenta de que podía irle mejor si se quedaba calladito.
SIMPLICIO: Hay una gran diferencia entre aceptar que Juan mide dos metros y aceptar los
resultados de mediciones indirectas que un equipo de científicos tuvo que someter a dos años de
análisis para poderlas transformar en resultados publicables.
SALVIATI: Apartándonos de ciertas trivialidades —como “Acá hay cuatro mesas”— que se
pueden aprender por experiencia directa, el 90% de los conocimientos que usamos implícita o
explícitamente en nuestra vida diaria no forman parte de nuestra experiencia directa y los
aceptamos, no por dogma, sino porque proceden de fuentes confiables. Nosotros no
experimentamos la forma ovoide de la Tierra, ni el movimiento de la Tierra en torno al Sol, ni
los rayos cósmicos, ni la fusión nuclear en el centro del Sol, ni el campo magnético de la Tierra,
ni las ondas electromagnéticas. Sin embargo, usted confía en lo que le enseñaron en la escuela o
lo que leyó en los textos de astronomía. Usted confía cuando el médico le receta antibióticos, o
cuando los geólogos advierten que una actividad volcánica es inminente. De no ser por esta
confianza la sociedad no podría funcionar, pero ¡ojo! Existe una diferencia abismal entre confiar
en los conocimientos aprendidos y tener fe. Yo acepto las conclusiones a las cuales se ha llegado
con respecto a las propiedades de la radiación cósmica observada por el COBE y otros — no por
fe ciega sino porque sé que detrás de ese conocimiento está la reputación de cientos de
científicos serios y honestos; porque sé —como ya lo había mencionado— que las publicaciones,
los datos y los métodos son públicos; y sé que los estudiantes de física de mi universidad o de
cualquier centro de investigación en el mundo pueden penetrar ese material y llegar a las mismas
conclusiones, ¡o controvertirlas! Sí; cuestionar los resultados científicos que presentan los
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colegas es una práctica común entre los investigadores. Las teorías tienden a robustecerse y a
ganar en confiabilidad gracias a la intensa crítica que se origina en la competencia entre los
pares. Pensar que la actitud frente a los resultados científicos debe ser la de creer o no creer en
ellos es tan erróneo como decir que yo tengo que depender de un acto de fe cuando consulto a un
inversionista para algo relacionado con el manejo de mis ahorros. Si quiero decidir cómo invertir
para mi jubilación tengo dos alternativas: una, consultar con un experto confiable gracias a que
goza de reconocimiento en su campo como profesional destacado y responsable; la otra, estudiar
los libros y convertirme yo mismo un experto. Si termino aceptando el concepto del experto no
es porque tuve que dar un salto de fe; eso solo sería cierto si no existiese la posibilidad de acudir
a los libros para hacer un estudio independiente.
SIMPLICIO. Según lo que usted dice, quienes no hemos tenido una educación científica formal
no tenemos acceso directo a los conocimientos más avanzadas sobre el universo.
SALVIATI. ¿Por qué?
SIMPLICIO. Usted dibuja una situación en la cual el cosmólogo —teórico o experimental— se
encuentra en la cima de una montaña y desde esa posición privilegiada observa el horizonte
lejano. Valiéndose de un código de fórmulas y algoritmos que para quienes no hablamos la
lengua son un acertijo indescifrable, el astrónomo les describe a sus colegas las maravillas que
observa en el universo. En otras palabras, nosotros no podemos ascender a la montaña del
astrónomo para experimentar el conocimiento directo.
SALVIATI. Parece que usted alimenta la noción caricaturesca de que la práctica de la ciencia
está reservada para los miembros de un club exclusivo.
SAGREDO. La ciencia es un club exclusivo. Nada más claro para demostrar esa afirmación que
recordar cómo su admirado héroe Robert Boyle y sus amigos fundaron en 1662 la primera
sociedad profesional de científicos — la Sociedad Real para el Avance de la Ciencia Natural.
Que el club tenía un carácter exclusivo quedó plasmado en el hecho de que solo se aceptaban
como miembros personas seleccionados por ellos mismos. Sobra decir que Thomas Hobbes no
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fue invitado a ser miembro y esa omisión dejó secuelas graves que entorpecieron el diálogo entre
las humanidades, la filosofía y las ciencias. Desde un comienzo, cuando fueron inventadas por
los griegos, la filosofía y la ciencia eran parte del mismo esfuerzo por hallar una aproximación
racional al mundo. No existía una diferencia entre el filósofo y el científico. A los filósofos más
inclinados por el estudio de los fenómenos naturales se les denominó filósofos naturales. Sin
embargo, Boyle y sus amigos quisieron distanciarse de los filósofos y crearon una sociedad
privada, compuesta por miembros selectos que se reunían semanalmente en Londres a realizar
experimentos y discutirlos bajo el estricto acuerdo de no permitir la especulación filosófica. Para
hacer más explícita esa diferencia con los filósofos, los mismos socios del club se idearon el
rótulo de científico.
SALVIATI: ¡No! La ciencia no es un club privado. Esa idea no es más que una distorsión. Una
muestra clara del carácter incluyente de la ciencia es que cualquier estudiante en cualquier parte
del mundo (con Internet o con una buena biblioteca) tiene acceso a los resultados científicos más
recientes y puede participar activamente y contribuir al avance de un campo científico. Por
ejemplo, los proyectos COBE y WMAP de la NASA, que cuestan cientos de millones de dólares
y que involucran cada uno un personal cercano a las 1 000 personas, han puesto en la Internet los
datos crudos para que cualquier persona interesada en analizarlos lo pueda hacer. La base de
datos de artículos en astrofísica (que también es de libre acceso en la Internet81) consultada
recientemente (2010) muestra 173 artículos donde aparece el término “COBE” en el titulo, y 400
donde aparece “WMAP”. De estos artículos solo aproximadamente el 10% fueron producidos
por miembros del equipo original. Quiere decir que 90% proviene de análisis independientes.
Los datos experimentales y el conocimiento que de estos se deriva no solo se abren y se ponen a
completa disposición de otros investigadores sino también al público en general. Conozco más
de 40 títulos de libros de divulgación científica82 sobre cosmología que han aparecido en los
últimos 20 años. El libro de Stephen Hawking83, por ejemplo, ha vendido más de 10 millones de
ejemplares. En esos libros, la mayoría de ellos escritos por investigadores reconocidos, se
entregan de manera clara y completa, sin estafar al lector con versiones diluidas, los conceptos y
los avances del conocimiento acerca del cosmos. Sería ridículo proponer que solo un músico
profesional puede entender y gozar una sinfonía de Beethoven. Es obvio que yo no puedo
componer un concierto si no tengo las bases de la teoría y la notación musical, pero mi
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ignorancia en notación musical no impide que pueda comprender y admirar un concierto. Igual
sucede con la ciencia. Para mí, un científico que no sea capaz de explicarles su trabajo a las
personas que no son especialistas en el tema es simplemente un científico que no entiende lo que
está haciendo. En la universidad ofrecemos un curso abierto a estudiantes de todas las carreras
donde enseñamos la teoría cuántica y la de la relatividad. Seguramente ninguno de estos
estudiantes llegará a ser un científico, pero quien asista a la clase con el deseo de apreciar los
conceptos básicos va a entender la teoría de la relatividad y la teoría cuántica igual que un
estudiante de física. Los estudiantes no van a poder calcular la energía liberada en las reacciones
nucleares en el Sol, pero sí van a entender el concepto de conversión entre masa y energía.
SIMPLICIO. Yo leí el libro de Hawking y no entendí nada.
SALVIATI: ¡Ja, ja, ja! Me esperaba esa salida, Simplicio. Stephen Hawking es uno de los
pioneros en cosmología y en las teorías de agujeros negros, que es una de los temas más
abstractos de la teoría de la relatividad, más aún cuando esta se mezcla con la teoría cuántica,
como él lo hizo. El libro de Hawking, en particular, presenta un mayor nivel de dificultad.
Recuerdo que lo usaba en clase de física y dedicábamos clases enteras a analizar párrafo por
párrafo. Un problema con el libro de Hawking es que cuando expone el big bang no hace una
distinción clara entre lo que está firmemente establecido y aquello que pertenece al ámbito de la
conjetura y que por lo tanto está sujeto a los cambios normales que se dan en una teoría en
crecimiento. La teoría del big bang abarca diversos regímenes físicos según la época de la
evolución del universo a la cual nos referimos. Los procesos físicos que ocurren a partir del
primer segundo después del tiempo cero —cuando comienza la núcleo-síntesis de los primeros
elementos— pisan suelo firme con el apoyo de observaciones de la radiación de fondo, la
expansión del espacio y las abundancias de los elementos ligeros. Sin embargo, lo que ocurrió en
el big bang al tiempo cero y durante las primeras fracciones de segundo es motivo de intensa
actividad entre los teóricos y al día de hoy no existe una alternativa que goce de suficiente apoyo
empírico. A mi parecer Hawking gastó demasiada tinta en la minucia de los modelos que se han
propuesto para explicar las condiciones durante los primeros segundos del big bang.
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SIMPLICIO: Bueno, tal vez me voy a apartar de los agujeros negros porque estoy pensando en
cacerolazos; así que antes de que lleguen nuestras respectivas señoras, es hora de hacer un
resumen y dar término a la jornada de hoy. La historia de Carla —el átomo de carbono en mi
sangre— nos mostró que somos polvo de estrella y que lo complejo puede surgir de lo simple a
medida que el universo se enfría. Todas las partículas que forman todos los átomos de nuestro
cuerpo y de todo lo que nos rodea tienen una conexión con los primeros instantes del universo.
En esos primeros instantes —a partir de la energía inicial— se formaron las partículas
elementales. Estas existieron —antes de que aparecieran las primeras estrellas— en una sopa de
partículas caliente y densa. Sobre el origen de la energía inicial no podemos decir mucho, más
allá de quejarnos por el precario estado de las teorías de gravedad cuántica y distraernos con las
propuestas de carácter conjetural que presentan las llamadas teorías inflacionarias. Salviati gastó
mucha saliva tratando de convencernos de que las observaciones astronómicas que dan sustento
a la cosmología del big bang son tan sólidas como las prácticas de laboratorio en la universidad.
Su argumento es que la física que explica el origen de los elementos químicos en el big bang y
luego en las estrellas es la física nuclear que conocemos desde 1930 y que nos ha dado
importantes aplicaciones en medicina. Para terminar, se habló de la complejidad de los
experimentos y de la excesiva manipulación de los datos relacionados con la radiación de fondo.
Sin embargo, Salviati nos asegura que al final los resultados son aceptados después de muchas
confirmaciones independientes. También nos dijo que la ciencia opera bajo una transparencia
total de modo que si en el análisis e interpretación de los datos surgen errores, estos sean
imposibles de “esconder” porque tarde o temprano la competencia intensa entre científicos los
pondrá al descubierto. En otras palabras, la garantía de escrutinio estriba en que ¡no hay nada
más placentero para un científico que encontrar errores en el trabajo de su rival y anunciarlo a
bombo y platillo!
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Cuarta jornada
Los puntos de vista de nuestros personajes están separados por diferencias abismales y por ello
es importante reconocer el gran esfuerzo que han hecho por escuchar y entender las ideas del
otro. Es necesario tener en cuenta que en temas tan fundamentales como la cosmología es
imposible alcanzar un estado de consenso absoluto —eliminar todas las diferencias— lo cual
hace más meritoria la actitud abierta de Simplicio, Salviati y Sagredo y la altura de su debate.
Esperamos que en esta última jornada nuestros amigos hagan gala otra vez de su capacidad para
el diálogo civilizado. Esta jornada es de especial importancia porque será la hora de la verdad, el
momento de saber si, a pesar de los puntos de vista que se debatieron en las jornadas pasadas, se
descubre una posibilidad de convergencia entre la diversidad de ideas.
SIMPLICIO: Buenas tardes a todos y bienvenidos a nuestra última reunión, en la cual espero
podamos llegar a una conclusión que sirva de compendio a nuestros esfuerzos por entender el
universo. Yo por mi parte todavía miro con cierta reserva algunos aspectos del big bang, sobre
todo en lo relacionado con las “condiciones iniciales”, es decir con la pregunta, ¿cómo se originó
el big bang? Me parece que la teoría, aunque explica de manera innegablemente exitosa una
inmensa cantidad de observaciones astronómicas, aun tiene unos vacíos demasiado grandes. Para
explicar la expansión acelerada del espacio, la teoría del big bang se ve obligada a introducir una
sustancia mágica y foránea, la energía oscura, una sustancia reminiscente del éter luminífero de
finales de Siglo XIX. La energía oscura no es otra cosa que la cosificación de una sustancia
etérea que permea el espacio, ¿cómo es posible que los científicos tengan el coraje de incorporar
en sus teorías científicas semejantes hechizos? Me pregunto si más bien esa maniobra de los
teóricos no será sintomática de una crisis de la cosmología, similar a la crisis que atravesaba la
física clásica cuando se introdujo el éter luminífero. Hace unos días Sagredo y yo caminábamos
desprevenidos por la calle, nos cruzamos y terminamos en una taberna cualquiera donde nos
pusimos a discutir asuntos del big bang — ¡y hasta hicimos cálculos! Imagínese usted, Salviati, a
este par de genios matemáticos botando corriente en ecuaciones y números. Por si no me lo cree,
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aquí traje la servilleta donde quedaron consignados nuestros cálculos magistrales. Y, ¿sabe cuál
es la mejor parte de la historia? ¡Logramos probar que la teoría del big bang no funciona!
SALVIATI: Me parece excelente. Muchos teóricos se pondrán felices cuando se enteren de esa
importante contribución al avance de la cosmología. ¡Sí!, la ciencia progresa a base de falsificar
teorías y es así como logra despojarse de errores. Bien, ahora veamos cuáles son los poderosos
argumentos que destruyeron el big bang.
SIMPLICIO: Iremos paso por paso, pero preste mucha atención a la cadena lógica. Estoy seguro
de que al final no tendrá más remedio que claudicar. Comencemos con la siguiente pregunta: ¿Es
cierto que el universo se expande y que debido a la expansión la temperatura de la radiación de
fondo disminuye?
SALVIATI: Sí, correcto. La temperatura de la radiación de fondo hoy es de 2,73 grados kelvin,
pero en el pasado era más alta debido a que el universo era más denso.
SIMPLICIO: Según lo que nos cuenta el autor en el Capítulo 3, durante los primeros 380 000
años del universo esa radiación de fondo estuvo atrapada en un medio donde la luz sufría
choques continuos con electrones y por lo tanto no podía viajar libremente. Para la luz ese medio
era como una melaza que le impedía viajar de un lado al otro sin desvíos — lo que el autor
explica con la analogía medio tonta del “cosmobús”.
SALVIATI: No se burlen del autor, por favor. Aunque parezca tonta, la historia del cosmobús
logra explicar el origen de la radiación de fondo. Sí, correcto, la luz, para poderse liberar, tiene
que esperar a que la temperatura del plasma descienda por debajo de un umbral en el que los
electrones dejan de molestar. Ese umbral se cruza a los 380 000 años después del tiempo cero. A
partir de ese momento el medio es transparente y la luz viaja libremente, lo cual constituye la
famosa radiación de fondo.
SIMPLICIO: ¿Me podría decir usted cuál era la temperatura del universo cuando este cumplía
380 000 años de edad?
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SALVIATI: Sería cerca a los 3 000 grados kelvin.
SIMPLICIO: Ese dato no depende de mediciones astronómicas; lo podemos derivar mediante el
uso de la física básica que se usa para cuantificar los choques de la luz con los electrones en un
plasma, ¿verdad?
SALVIATI: Es un ejercicio que mis estudiantes pueden hacer de tarea. La idea es considerar un
medio compuesto de electrones, protones y luz y calcular la temperatura a la cual un gran
porcentaje de esos electrones se ligan con protones para formar átomos neutros de hidrógeno.
SIMPLICIO: Recapitulo: sabemos entonces que a los 380 000 años el fondo de radiación tiene
una temperatura aproximada de 3 000 grados kelvin, y que por la expansión el universo se enfría
y por lo tanto la temperatura del fondo de radiación es ahora 2,73 grados kelvin
—
aproximadamente un factor de 1 000 más bajo. ¿Bien?
SALVIATI: Muy bien.
SIMPLICIO: En alguna ocasión usted mismo nos explicó que la temperatura de la radiación de
fondo desciende en idéntica proporción al aumento de las distancias en el universo debido a la
expansión. Quiere decir que si el universo se expande de tal forma que las distancias crecen en
un factor de 10, entonces la temperatura de la radiación de fondo baja en un factor de 10.
¿Correcto?
SALVIATI: Correcto.
SIMPLICIO: Sigamos entonces con el razonamiento. Si la reducción de la temperatura de la
radiación de fondo es inversamente proporcional al aumento de las distancias a medida que el
universo se expande y si la temperatura de la radiación de fondo ha sufrido una disminución de
un factor de 1 000 desde que se desprendió, quiere decir que el radio del universo observable hoy
era un factor de 1 000 más pequeño a los 380 000 años cuando la radiación de fondo se liberó.
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SALVIATI: Todo lo dicho hasta el momento es correcto, por lo menos en el marco teórico del
big bang.
SIMPLICIO: Quiere decir que el radio de lo que hoy es el universo visible era de 14 millones de
años-luz cuando el universo tenía 380 000 años de edad.
SALVIATI: De acuerdo, el radio del universo visible hoy es 13 700 millones de años-luz o
aproximadamente 14 000 millones de años-luz, simplemente porque esa sería la distancia que la
luz puede viajar durante un intervalo de tiempo igual a la edad del universo y 14 000 millones de
años-luz dividido por el factor de 1 000 nos da el valor que usted mencionó.
SIMPLICIO: La temperatura de la radiación de fondo es casi perfectamente uniforme. Las
mediciones realizadas por WMAP indican que las desviaciones de la temperatura con respecto a
su valor promedio no superan el 0,02 por ciento.
SALVIATI: Cierto.
SIMPLICIO: ¡Ajá! Y ahí usted queda acorralado. Usted ha aceptado todo lo dicho hasta el
momento, de manera que implícitamente también ha aceptado la conclusión lógica a la que el
racionamiento nos lleva. Mire el dibujo que hicimos en la servilleta: tenemos una esfera que
representa la parte del universo que es visible hoy para nosotros. Mejor dicho, el universo es
prácticamente infinito, pero nosotros sólo podemos ver una región limitada del universo porque
la luz sólo ha tenido un tiempo disponible para viajar hacia nosotros que está limitado por la
edad del universo. Según lo que se concluye de lo hablado, esa esfera tiene un radio de 14
millones de años-luz. Todos los puntos de esa esfera, incluidos los puntos diametralmente
opuestos, tienen la misma temperatura (más o menos 0,02 por ciento). Esa conclusión es una
imposibilidad física porque transcurridos los primeros 380 000 años del universo no ha habido
suficiente tiempo para que por algún proceso físico las temperaturas en todas partes de la esfera
sean iguales. La velocidad límite del universo es la velocidad de la luz y por ende lo de esperarse
es que a los 380 000 años solo regiones de extensión comparable a 380 000 años-luz hayan
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igualado su temperatura. ¿Cómo es posible que regiones a 14 millones de años-luz de distancia
hayan alcanzado a igualar casi perfectamente la temperatura? La situación es absurda: 380 000
años no fueron suficientes para que el universo alcanzara el equilibrio térmico y para que la
temperatura fuera igual en puntos diametralmente opuestos que estaban separados por una
distancia de 28 millones de años-luz. Repase otra vez el ejercicio que nos trajo a este punto y se
dará cuenta de lo que esto significa.
Figura 4-4. El problema del horizonte
SALVIATI: Bonito esfuerzo, pero lamento informarle que sus tersos argumentos son una falsa
alarma. Se nota que no leyó bien la parte final del Capítulo 3, donde se habla de la teoría de
inflación que resolvió el problema.
SAGREDO: Ni crea que se puede escabullir así de fácil. Simplicio ha expuesto muy bien un
problema que tiene el exótico rótulo de “problema de horizonte”. Es un problema fundamental
del big bang. El modelo de inflación no ha sido probado y por lo tanto no es otra cosa que un
puñado de manipulaciones teóricas que sirven para esconder el problema debajo de la alfombra.
Los cosmólogos ya no le prestan atención a ese inmenso hueco sobre el cual se construyó el
edificio del big bang y confían en que la teoría de la inflación lo arregla todo, pero no se dan
cuenta de que esa teoría no ha sido probada. No me explico cómo los cosmólogos cantan victoria
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y se vanaglorian de un desastre tan espectacular de la cosmología. Los cimientos del edificio del
big bang están hechos de naipes.
SALVIATI: O usted está mal informado o no ha entendido los méritos de la teoría. La de la
inflación es una teoría respetable que hasta el momento goza del respaldo de varias
observaciones astronómicas importantes. Fueron justamente los problemas del horizonte y de la
planitud (vuelvan una vez más al Capítulo 3) los que motivaron a Alan Guth a pensar en el
modelo inflacionario. Según Guth todo comenzó con una expansión súper acelerada del espacio
en la cual en una billonésima de billonésima de billonésima de segundo el universo pasó del
tamaño de una partícula fundamental a un tamaño espectacularmente grande. Como antes de la
inflación el universo en su totalidad estaba confinado a una región de ínfimas proporciones,
todas las partes del universo gozaban de la misma temperatura — así desaparece el problema del
horizonte. El problema de la planitud también desaparece porque la inflación borra cualquier
posible curvatura, de la misma manera que la superficie de un globo se hace más y más plana a
medida que se infla el globo. El modelo inflacionario predijo que el tamaño angular promedio de
las manchas en los mapas de radiación de fondo es de un grado, lo cual concuerda con las
observaciones de WMAP. La inflación también explica las características de las agrupaciones de
galaxias en cúmulos y súper cúmulos. Para terminar, la inflación predijo la existencia de un
fondo de ondas gravitacionales. Así como el big bang dejó un fondo de radiación
electromagnética, también dejó —según afirma la teoría de la inflación— un fondo de ondas de
gravedad. Esas ondas de gravedad son de muy baja energía y ello hace muy difícil observarlas de
manera directa. Sin embargo, si de verdad existen deben dejar en la radiación de fondo una
huella que se manifiesta en unos patrones característicos de la polarización. Existe una
predicción que afirma que debe existir polarización circular en la radiación de fondo y que si esta
no se detecta ello sería motivo para rechazar la teoría de la inflación. De modo que la teoría de la
inflación viene con su propio instrumento para hacerse el harakiri en caso de no ser consistente y
por tanto no es fruto de una especulación alocada.
SIMPLICIO: ¿Polarización?
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SALVIATI: Sí, como en “gafas polarizadas”. Las gafas de sol polarizadas se usan para filtrar el
reflejo de la luz solar en una superficie lisa. La próxima vez que se ponga sus gafas de sol con
lentes polarizados haga el siguiente experimento: en un día de mucho sol mire ladeando la cara
hacia el suelo en una calle asfaltada o hacia la superficie de un lago. Observe bien los cambios en
la manera como su vista percibe la imagen. Lo que ocurrirá es que el piso se va a ver más
brillante al ladear la cara. Este fenómeno sucede porque la lente polarizada solo deja pasar la luz
que vibra en una dirección; la luz reflejada de una superficie como el agua vibra en una dirección
preferencial — por eso se puede filtrar con este tipo de lentes. En todo caso, volviendo a la
radiación de fondo, sabemos que esa radiación es parcialmente polarizada. En la historia del
universo, algunos años después de que la radiación de fondo se liberara y comenzara a viajar sin
restricción hacia nosotros, ocurrió un evento físico importante que afecta la radiación de fondo.
Cuando se formaron las primeras estrellas, su brillo era tan fuerte que era capaz de sacar
electrones libres al golpear los átomos neutros de hidrógeno que se encontraban en el medio. La
radiación de fondo choca con estos electrones libres y se dispersa de tal forma que queda
polarizada, como la luz del sol que es reflejada por el agua. Esa polarización es otra predicción
de la teoría del big bang y ya fue observada por el WMAP. Existe otra forma de polarización, la
polarización circular, que aun no se ha observado y que es predicha por la teoría de la inflación.
Es una forma de polarización especial producida por ondas gravitacionales.
SAGREDO: La inflación no es una teoría compacta que ofrece mecanismos físicos concretos
para explicar cómo sucedió la gran expansión original. La teoría de la inflación es más bien una
especie de marco teórico en el que los físicos pueden probar sus especulaciones sobre cuál es el
agente que causa la expansión exponencial original. Todo depende de un campo —así como el
campo magnético— pero de naturaleza completamente distinta, que causa la expansión. De resto
todo es especulación. No se sabe cómo debe ser ese campo, de dónde salió o qué características
tiene. Tampoco se sabe qué mecanismo frena la expansión exponencial que, según las
ecuaciones, debe seguir para siempre. Los físicos andan como locos inventando campos con todo
tipo de características y su teoría posee tantos parámetros libres que al final del día les permite
ajustarla arbitrariamente para acomodar cualquier cantidad de observaciones que se les ponga de
frente. Por ejemplo, hasta finales de la década comenzada en 1990, las observaciones indicaban
que el universo no tenía una geometría plana (ahora se afirma que la geometría del universo sí es
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plana). Por el contrario, en ese entonces todos los cosmólogos promulgaban un universo abierto
y con geometría curva — y los teóricos ajustaron con toda comodidad sus modelos de inflación y
anunciaron a voz en cuello que sus teorías eran asombrosamente exitosas porque explicaban el
universo abierto de los cosmólogos. Ahora sucede algo parecido y los teóricos dicen que su
modelo explica la geometría plana del universo observada por WMAP y corroborada por otros
experimentos de radiación de fondo. Presentar una teoría tan elástica y con tantos parámetros se
parece a lo que hizo Kepler quien, para explicar los movimientos planetarios, dijo que se movían
por causa de los angelitos. Una buena teoría debe ser robusta y falsificable. La inflación está
lejos de serlo porque, repito, la introducción de tantos parámetros ajustables les permite a los
teóricos manipularlos hasta obtener los resultados que encajan con cualquier observación que se
les presente.
SALVIATI: Los modelos inflacionarios sí son falsificables. Hacen predicciones que se pueden
contrastar con observaciones. Y esas observaciones ya están comenzando a dar pie para rechazar
algunos de los modelos inflacionarios. Por ejemplo, las propiedades estadísticas de las manchas
en los mapas de la radiación de fondo producidos por WMAP ya dejan por fuera una familia de
modelos inflacionarios. La teoría de inflación predice la presencia de polarización circular
impresa como un sello en la radiación cósmica de fondo. Mientras que la polarización originada
por choques con electrones es polarización de forma lineal, aquella producida por ondas
gravitacionales sigue un patrón circular. El 14 de mayo del 2009, la Agencia Espacial Europea
lanzó al espacio el satélite Plank con el objetivo de hacer —con una sensibilidad 10 veces
superior a la ofrecida por el WMAP— mapas precisos de la temperatura y de la polarización de
la radiación de fondo. Se espera que después de dos años de observaciones se pueda detectar —si
es que en realidad existe— la polarización circular de la radiación de fondo. De no ser detectada
esa polarización, la teoría de la inflación se debe rechazar. En ese sentido es una buena teoría
científica. Otro efecto predicho por la inflación es una propiedad específica de las variaciones de
temperatura en la radiación de fondo. Sin ánimo de confundirlos con términos extravagantes pero
sí para mostrar que existen predicciones concretas que tienen nombre propio, les diré de qué se
trata esa predicción. La inflación predice que las pequeñas variaciones aleatorias en la
temperatura de la radiación de fondo deben seguir una distribución gausiana (les advertí que
usaría términos peculiares — y no es “gusana” sino gausiana, en memoria de Carl Friedrich
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Gauss). Esto quiere decir que se comportan como ruido de igual magnitud para todas las
frecuencias. Pues bien, hasta el momento el análisis de datos de radiación de fondo indica que las
características de las variaciones de temperatura son consistentes con las predicciones de la
inflación. En el momento en el que se detecten desviaciones de temperatura que no sigan la
propiedad gausiana, entonces se tendrá que rechazar la inflación. Con esto queda claro que los
modelos inflacionarios sí son falsificables y por lo tanto clasifican como ciencia, no como
especulación filosófica.
SIMPLICIO: Aun si las predicciones de los modelos inflacionarios se comprueban, a mí todavía
me parece que el hueco más grande de todos no se ha tapado. ¿De dónde viene la inflación? Ese
campo del cual hablan los físicos, ¿qué es y cómo se originó?
SALVIATI: En este momento no hay respuesta satisfactoria pero son temas legítimos para
confrontarlos a la luz de la ciencia — y no me sorprendería si en un futuro cercano la ciencia
encuentra una solución. Se están explorando alternativas. Por ejemplo, Paul Steinhardt, de
Princeton, y Neil Turok, del Perimeter Institute, en Canadá, propusieron la teoría ekpirómana
(del griego, proveniente del fuego) en la cual no es necesaria la inflación. El universo es eterno y
el big bang es el producto de una colisión entre dos membranas en un espacio de 10
dimensiones. Otra posibilidad que contemplan los teóricos es la posibilidad de que el big bang
con su chispa inflacionaria inicial haya saltado del vacío sin necesidad de un mecanismo causal,
en otras extensiones de la inflación multiples universos brotan todo el tiempo del vacío como
palomitas de maíz.
SIMPLICIO: ¡Tonterías! ¡¿Qué andan fumando ustedes?!
SALVIATI: ¿Fumando? Nada de nada. Lo que ocurre es que ustedes los aristotélicos están
acostumbrados a ver todo lo que ocurre en la naturaleza como una cadena causa-efecto. Todo
efecto tiene una causa, reza el adagio aristotélico. La naturaleza no siempre sigue ese dictamen.
En todos los lugares tenemos núcleos atómicos radiactivos que, de manera por completo
impredecible, transmutan de un elemento a otro de la tabla periódica. En un momento tenemos
un núcleo del elemento radio y un instante más tarde este se convierte espontáneamente en un
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núcleo del elemento radón. Nadie puede calcular el momento en el que ese decaimiento
radiactivo va a ocurrir. Y cuando decae, ocurre sin una causa. Es espontáneo.
SIMPLICIO: Pues yo no acepto eso.
SALVIATI: Lo sabía.
SIMPLICIO: Piénselo bien. Si el genio Galileo se apareciera en este momento entre nosotros y le
explicáramos el big bang, ¿qué diría? Ilustre señor Galileo Galilei, le informamos que el
universo apareció espontáneamente de un improbable vacío cuántico en el cual un campo
misterioso sufre una transformación que en los primeras fracciones de segundo hace expandir el
espacio por un factor de un billón de billones de billones de billones, inyectando en el proceso
una cantidad suficiente de energía para generar una sopa de quarks, electrones y luz que luego al
enfriarse formó estrellas, galaxias, y planetas donde surgieron seres humanos curiosos. Ah…
sí… y en el universo solo el 4% son átomos normales, el resto es materia oscura y energía
oscura.
SALVIATI: Usted está ridiculizando los avances de la cosmología científica. Cualquier campo
científico en estado de madurez indiscutible exhibió rasgos de especulación cuando apenas daba
sus primeros pasos. Trasladémonos al año 1928 y escuchemos a Paul Dirac haciendo una
presentación a sus estudiantes y colegas de Cambridge: Estimada audiencia, les informo que si
modificamos las ecuaciones de la mecánica cuántica que describen el electrón y les imponemos
los postulados de la teoría especial de la relatividad de Einstein, encontramos que debería existir
una partícula elemental idéntica al electrón pero de carga opuesta y dotada de una propiedad que
hace que cuando entra en contacto con un electrón se aniquila la masa tanto del electrón como de
la partícula hipotética. Hemos hablado sobre cómo la antimateria hoy en día es tan común que
hasta encuentra aplicaciones en la medicina. Me resultaría fácil ridiculizar la idea de la existencia
de una antimateria — pero lo único que lograría con ello sería revelar mi ignorancia.
SIMPLICIO: Ya veo. Siempre sale con la misma acusación. Cuando uno no está de acuerdo con
usted, resulta que es porque uno es ignorante. Acá estamos tratando de entender lo que significa
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la cosmología científica y explorando su significado en un entorno que trasciende el de unas
ecuaciones áridas y escuetas. Empero, usted entorpece la tarea queriendo meter todas las ideas en
dos cajones inflexibles: el de “realidad científica” y el de “especulación filosófica”, como si la
realidad se ajustara irremediablemente a esa pobre dualidad.
SALVIATI: Dígame, Simplicio, qué significa para usted la cosmología del big bang.
SIMPLICIO: La teoría del big bang es simplemente la interpretación de unas observaciones
astronómicas que hasta el momento ha logrado explicar una gran cantidad de fenómenos
observados, pero que aún no ha resuelto el problema fundamental de la cosmología, que es cómo
se originó el universo. Usted mismo nos ha dicho que el big bang explica los eventos que
ocurrieron en el pasado del universo a partir de la fracción de segundo cuando el universo era la
proverbial sopa caliente de quarks, luz y electrones. Sin embargo, la ciencia no ha explicado el
verdadero origen del big bang. Eso de las teorías inflacionarias no me parece convincente y aún
si logran consolidarse y ganar pruebas, al final la pregunta fundamental continúa sin resolver:
¿De dónde viene la inflación y qué la originó? Yo no hallo un significado trascendental en un big
bang “frío” y mecánico, como tampoco hallo un significado trascendental en cualquier
explicación científica sobre un fenómeno natural. Si usted me pregunta, por ejemplo, qué
significa para mí la teoría geológica de capas tectónicas, pues yo diría lo mismo: es simplemente
la interpretación de unas observaciones geológicas. Con esto no estoy restándole meritos ni
validez al conocimiento científico; lo que deseo es resaltar el carácter frío, distante y seco de una
teoría científica sobre el universo.
SALVIATI: Simplicio, yo sé que usted no acepta la teoría del big bang. Solo quiero entonces
que me responda lo siguiente: ¿Qué prueba lo convencería de que esa teoría sobre el origen del
universo es una teoría veraz?
SIMPLICIO: Humm… Es una pregunta interesante. Tengo que pensar…
(Un silencio de catedral nocturna y sin feligreses invadió la sala y multiplicó en horas los
minutos de la espera; tanto los contertulios como los demás clientes del café quedaron en un
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congelamiento surrealista. Los despertó del tiempo suspendido la respuesta susurrada por
Simplicio)
SIMPLICIO: La verdad es que no lo sé.
(Brotaron murmullos ininteligibles de asombro desde todos los rincones de ese café en el cual
una audiencia anónima ya se había acostumbrado a asistir a las tertulias cosmológicas).
SALVIATI: Y a usted, Sagredo, lo veo muy callado. ¿Qué significa para usted la cosmología del
big bang?
SAGREDO: Les diré lo que pienso al respecto, pero antes quisiera escuchar su respuesta a la
misma pregunta. Salviati, ¿qué significa el big bang para usted?
SALVIATI: Vivimos en una época maravillosa y privilegiada para la cosmología porque por
primera vez en la historia de la humanidad tenemos acceso a observaciones astronómicas que
revelan cómo es el universo en su totalidad. Antes de 1929, cuando Hubble observó la expansión
del universo, no era posible contrastar las teorías del origen del universo con datos que las
pudieran respaldar o rechazar. Hoy, por el contrario, tenemos una teoría del origen del universo
que explica de modo coherente una inmensa variedad de observaciones astronómicas que van
desde los detalles de las reacciones nucleares al comienzo del universo hasta la aceleración del
espacio en su totalidad. La teoría no es completa; aún quedan dos grandes islotes de ignorancia:
la materia oscura y la energía oscura. Sin embargo, es un buen mapa que tenemos de nuestro
universo. Es un mapa que ha hecho posible que se amplíe nuestra visión del universo. Antes
navegábamos a oscuras y sin mapa, ahora tenemos un mapa. La cosmología geocéntrica que
dominó la conciencia occidental durante 2 000 años —desde los griegos hasta Copérnico—
ofrecía una noción pobre y homocéntrica del mundo y daba una sensación falsa de que, dentro de
esa jaula de cristal, el ser humano era el centro de los acontecimientos. La cosmología moderna
descorrió telón tras telón, nos amplió el horizonte y nos dio por primera vez un asomo hacia la
verdadera dimensión cósmica del ser humano. Dejamos de ser niños que juegan dentro de una
burbuja y por primera vez abrimos una ventana por la cual podemos asomarnos a contemplar la
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profundidad del cosmos. Nos dimos cuenta de que nuestro planeta Tierra es un pequeño grano de
arena dentro de nuestra galaxia y de que a su vez nuestra galaxia es un puntito insignificante
dentro de un fluido cósmico de estructuras galácticas que posiblemente tiene extensión infinita.
Experimentamos un despertar cósmico que nos sacudió del letargo en el que nos había sumido la
ceguera de autoridades desinformadas y sin embargo radicales en sus convicciones. Nos
encontramos con que el universo quizás no tiene propósito pero al mismo tiempo accedimos al
poder liberador que significa dejar atrás la ignorancia con respecto al universo en su totalidad.
Dejamos de andar persiguiendo deidades quiméricas que satisficieran nuestra necesidad de
encontrarle respuestas al devenir humano porque nos dimos cuenta de que lo único que
poseemos es un diminuto punto azul que flota en la inmensidad impensable del espacio. Uno
esperaría que el nuevo mapa del universo que hemos descubierto nos sirva para comprender que
eso es todo lo que tenemos: un punto azul diminuto que flota en el espacio. Debería servirle al
ser humano para convencerse de que no vale la pena andar armando guerras y destruyendo el
planeta como si fuera posible reemplazarlo por otro nuevo. Quizá los líderes del pasado,
acostumbrados a la idea de que el ser humano estaba incrustado y entronizado en el centro del
universo, abrigaron en sus pequeñas cabezas la esperanza de que fuera posible conquistar y
comandar el universo desde su posición geocéntrica. Tal vez esa falsa ilusión de poder ha sido la
que ha impulsado a los seres humanos a destruirse unos a otros en guerras absurdas. En lo
personal, la visión cosmológica moderna me dice que la vida es un fenómeno pasajero y
maravilloso que debemos gozar aquí en la Tierra a plenitud, mientras la tengamos. Nunca antes
en la historia de la humanidad habíamos tenido la oportunidad de comprender tan a fondo que los
seres humanos somos de verdad y en todo iguales: surgimos del mismo sustrato primordial,
somos polvo de estrella, los mismos átomos —de origen común y sujetos a las mismas leyes
físicas— nos componen a todos. Esta idea nos debería servir para resaltar cuán absurdo es
hacernos daño y causar destrucción por creernos unos superiores a otros. A riesgo de pasar por
petulante me atrevo a declarar que la teoría del big bang es el logro intelectual más imponente en
toda la historia de la humanidad. Desde que nuestros ancestros homínidos se bajaron del árbol y
desde que hace tres millones de años Lucy y sus compañeros Australopitecos comenzaron a
deambular sobre la superficie del planeta Tierra, la humanidad no ha experimentado un avance
tan trascendental como el despertar cósmico que se ha logrado en los últimos 90 años.
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(Unos aplausos tímidos resonaron en el recinto)
SALVIATI: Ahora, Sagredo, es su turno. ¿Qué significa el big bang para usted?
SAGREDO: Todas las culturas han elaborado una cosmología que les explica el origen del
mundo y el tipo de relación que los seres humanos deben tener con el mundo, ya sea para
prevenir catástrofes o para cultivar una conducta pro-social que beneficie al grupo. Nuestros
antepasados elaboraron diversos mitos de la creación que les permitieran aplacar el deseo natural
por entender su origen. En ese aspecto, la cultura contemporánea no es distinta a la de nuestros
antepasados. El big bang es el mito moderno de la creación. Si entendemos el verdadero
significado de la cosmología moderna, podemos ahorrarnos el ejercicio fútil al que nos llevaría
indagar sobre la veracidad de la teoría del big bang; la cosmología moderna no es otra cosa que
una construcción social que obedece a los deseos y expectativas del grupo. En ese sentido refleja
lo que el pensamiento colectivo del grupo quisiera ver en una teoría del origen del universo en
nuestra sociedad tecnológica, laica y acostumbrada a la seguridad que se deriva de contar con
conocimientos respaldados por la autoridad de la ciencia. Presten atención: esto no implica que
la sociedad acepte abiertamente la cosmología moderna. En la medicina, por ejemplo ocurre algo
similar: con el fin de cuidar su salud mucha gente acude a curaciones cuánticas esotéricas, a
energías ocultas, a los poderes curativos de unas gotas mágicas diluidas en agua y cosas por el
estilo, pero cuando se les presenta una enfermedad grave, esas mismas personas corren al
hospital sin albergar ninguna duda sobre la capacidad de la medicina moderna para ayudarles con
sus emergencias médicas. En los últimos 150 años la ciencia ha avanzado de manera imponente
y ha generado conocimientos y tecnologías transformadoras para la sociedad, pero ni siempre de
manera positiva. La gente se ha dado cuenta de que la ciencia no puede ofrecer una respuesta
certera a las preguntas que ella misma se ha apropiado. Por ejemplo, la pregunta sobre el origen
del universo (que pertenecía a otras disciplinas alejadas de la ciencia) es un asunto al cual la
ciencia comienza a ofrecer una respuesta pero ésta viene acompañada de inmensas lagunas. En el
caso de la cosmología el estado no acabado de la teoría da pie a una actitud de reserva y
desconfianza. He aquí la razón por la cual la cosmología del big bang es vista con recelo por
mucha gente, a pesar de que esa teoría es una construcción social. Sin embargo, yo creo que en el
fondo la cosmología del big bang goza de una aceptación amplia —aunque ciertamente no
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siempre explícita— debido a que es una construcción social que se ajusta a la cosmovisión del
Génesis. El big bang propone un punto inicial en el tiempo a partir del cual surge el universo. En
la cabeza de mucha gente esa propuesta se puede hacer compatible con la idea de un ser creador
que ordenó las cosas para que se diera ese big bang. En 1952 el papa Pío XII anunció que la
cosmología del big bang afirmaba la noción de un creador trascendente y que por tanto está en
armonía con el dogma Cristiano. Sobra decir que el extravagante pronunciamiento papal no les
supo nada bien a los teóricos que por esos años se esmeraban en demostrar que el trabajo en
cosmología era serio y que el tema era lícito para la investigación científica. Por otro lado, los
físicos son unos seres arrogantes que actúan como si fueran dueños del tema de la cosmología,
creen que tienen licencia para despreciar la cosmovisión popular y presentan sus modelos como
realidades incontrovertibles. Dicen que sus modelos están soportados por hechos empíricos y por
observaciones astronómicas innegables. ¡Qué tontos son! Si estudiaran un poquito de historia se
darían cuenta de que el geocentrismo, la teoría de los epiciclos, la teoría del calórico y otros
cuantos mitos también fueron sustentados por observaciones y experimentos. Ellos no se dan
cuenta de que todo resultado experimental requiere una interpretación, lo cual abre la puerta para
que terminen imponiéndose las ideas del investigador más influyente en la comunidad. Existe un
trasfondo cultural desde donde las influencias personales y sociales decretan la aceptación de
unas teorías científicas y el rechazo de otras. Los cosmólogos se aferran a esa noción caduca
según la cual allá afuera existe un cosmos y la ciencia tiene la receta para acceder a un
conocimiento inequívoco y objetivo sobre esa realidad externa. Sin embargo, contrario a lo que
afirma esa quimera, la ciencia no está exenta de dejarse influir por valores, no es neutral ni
objetiva, incorpora juicios no lógicos, y es susceptible a las influencias ideológicas y a los sesgos
personales. Sería ridículo pensar que apenas al cabo de 80 años de observaciones astronómicas
del cielo profundo ya hubiéramos llegado a la teoría final sobre el origen del universo.
(El discurso fue recibido entre el público con aplausos por una parte y abucheos por la otra; a
estas alturas ya la audiencia se había metido a fondo en el debate, había tomado partido, y
quedaba claro que las tertulias cosmológicas del Café Literatura se habían convertido en
eventos populares que atraían a un buen número de espectadores)
ALCIBÍADES: ¡Un mo-ho-mento! ¡Es mi tu-hurno de hablar!
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(Un personaje visiblemente borracho, con cara de aldaba y apariencia grasienta se materializó
de la nada y se acercó dando tumbos hacia el medio de la sala. A juzgar por el recibimiento
caluroso, parecía que para el público no era persona desconocida. Se trataba de un tal
Alcibíades, un borrachín de inteligencia descomunal que acostumbraba deambular por la
ciudad dando discursos y haciendo comentarios incisivos sobre política, filosofía, economía o
cualquier otro tema que le pusieran. Una especie de Sócrates contemporáneo. Nunca se le veía
sobrio y en todos los rincones eran famosos los alborotos que armaba en plaza pública con sus
arengas irreverentes y sus peroratas interminables. Las leyendas sobre Alcibíades abundaban,
incluyendo aquella que afirmaba que podía recitar de memoria los textos de Jacques Derrida.
Claro está que no sería tan fácil distinguir entre las incoherencias de un borrachín y los brotes
soporíferos de verbosidad inconsecuente que emanaron del iconoclasta pensador francés. En
todo caso, Alcibíades ya empezaba a pontificar sobre el universo; el tufo denso que salía de su
boca y que emanaba de su cuerpo lo rodeaba casi como un aura que por alguna mágica razón
atrajera aun más a su audiencia).
ALCIBÍADES: ¡Ustedes, ilustres señores están todos equivocados! He seguido con mucha
atención su conversación —alrededor de un tema sobre el cual he leído bastante— y me doy
cuenta de que ustedes viven en una burbuja. ¿Cómo es posible que en una conversación sobre el
cosmos no figure el ser humano para nada? “El hombre es la medida de todas las cosas”, decía
mi amigo Protágoras. Esa afirmación sabia debería ser el patrón para interpretar todas esas cosas
que dicen los cosmólogos. Sin embargo, el universo que ustedes dibujan es un universo
indiferente a las preocupaciones de los seres humanos. Para nada sirve una teoría sobre el mundo
si no hay conciencia humana donde esa teoría pueda residir. Para nada sirve una teoría del
universo si esta no incluye los poderes de la mente. Me refiero a la mente universal, a esa energía
que permea el universo y de la cual nosotros formamos parte sin darnos cuenta — excepto las
mentes más avanzadas. Yo me puedo trasladar a ese plano astral sin necesidad de sus
observaciones astronómicas que ofuscan la claridad de la mente. No necesito de sus satélites
costosos para penetrar la verdadera profundidad del cosmos que está dentro de mí. Además
usted, señor Salviati, nos está engañando porque solo nos presenta la información que se ajusta al
modelo del universo que nos quiere vender. Existen otros científicos que han realizado
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descubrimientos que niegan el big bang. El respetadísimo científico Jajant Narlikar, graduado de
la universidad de Cambridge, ha comprobado los errores del big bang y sin embargo ustedes no
le han escuchado a Salviati ni una sola palabra alusiva a las importantes contribuciones de
Narlikar a la cosmología. El profesor Robitaille, radiólogo de la Universidad de Ohio, ha
comprobado que la radiación cósmica de fondo, supuestamente uno de los pilares del big bang,
no es otra cosa que radiación de cuerpo negro emitida por el agua de los océanos. De manera que
el big bang es un engaño y ustedes los científicos dogmáticos encargados de proteger la
ortodoxia del big bang están suprimiendo a Narlikar, Robitaille y a todo aquel que se desvíe del
dogma oficial.
(Como era de esperarse, la oratoria contundente y apasionada de Alcibíades suscitó una efusiva
respuesta por parte del público el cual, ya tan avanzada la noche, estaba naturalmente más
interesado en el espectáculo que en el debate académico. Hubo algo de alboroto, Salviati le
pidió a Simplicio que hiciera algo para calmar lo que parecían multitudes que atestaban el
recinto. Empezaban a perder el control de la situación, pero Salviati no quería terminar la
sesión del día sin haber aclarado los puntos que distorsionaban por completo el debate.
Simplicio y Salviati coordinaron en voz baja su estrategia y decidieron que Salviati haría unos
comentarios finales y que después darían por terminada la sesión. También acordaron —a
pesar de la divergencia de Sagredo con esa postura— que las incoherencias de Alcibíades no
merecían respuesta).
SALVIATI. ¡Calma por favor! Ya estamos finalizando la conversación de hoy y solo quisiera
hacer unas aclaraciones cortas. Quisiera responder a las inquietudes expresadas por Sagredo.
(Nótese que a estas alturas ya Salviati estaba consciente de que su audiencia no se limitaba a
sus contertulios)
SALVIATI: Durante 2 000 años, gracias a la influencia del filósofo Aristóteles, los cuerpos
celestes fueron considerados purísimos ejemplares de la perfección atribuida a los dioses. Los
planetas y las estrellas —según Aristóteles— estaban hechos de un elemento especial, la
quintaesencia, que, tal como lo sugiere su nombre, era una sustancia no terrenal reservada a las
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esferas carentes de defecto que adornan el orbe de los astrónomos. La Luna, sin embargo, parecía
contradecir el edicto aristotélico. A simple vista se pueden notar en la faz de la Luna unas
sombras sospechosas que se empeñan en delatar la falsedad de la anhelada perfección. Hace 400
años el profesor Galileo documentó sus observaciones telescópicas de la Luna en unos finos
dibujos de la superficie lunar que muestran irregularidades, valles, protuberancias, cráteres y
otros atributos orográficos similares a los observados en nuestro propio planeta. Antes de
Galileo, proponer que el Sol tenía manchas o que la superficie de la Luna estaba salpicada de
cráteres y montañas era una aseveración riesgosa que retaba la doctrina oficial y que muy
probablemente sería considerada una manifestación de demencia. Hoy aceptamos la presencia de
cráteres en la Luna como una realidad empírica incontrovertible. La existencia de cráteres en la
Luna es tan real como la existencia de esta mesa que podemos sentir con el tacto. Hace 40 años
el astronauta Neil Armstrong se paró encima de uno de esos cráteres. Yo fui uno de los 600
millones de espectadores que esa noche mágica del 20 de julio de 1969 vieron atónitos cómo una
nave espacial parecida a un zancudo gigante —tripulada por dos astronautas— se posaba sobre la
superficie selenita en el Mar de la Tranquilidad. A eso de las ocho de la noche aparecieron las
señales de este monumental acontecimiento sobre la pantalla de nuestro televisor: en blanco y
negro y con mucho granizo en la imagen se veía el suelo árido de la luna, lo que Armstrong
describiría como “magnifica desolación”. Seis horas más tarde, bien entrada la madrugada, mis
padres nos dieron el permiso excepcional de ver televisión a esas horas prohibidas. Fue así como
presenciamos cuando Armstrog descendió del módulo lunar en cámara lenta, dejó impresa la
primera huella de un ser humano sobre el polvoriento regolito e hizo la famosa declaración: “Un
pequeño paso para un hombre, un salto gigante para la humanidad”. Pregunto entonces: ¿Cómo
pasamos de la ignorancia sobre la existencia de cráteres en la Luna a la certeza absoluta de su
existencia? Lo que este ejemplo muestra es que sí es posible generar conocimiento certero sobre
la naturaleza. Otro ejemplo que da testimonio sobre la posibilidad de desvelar el mundo natural
es la historia sobre cómo pasamos de la ignorancia total sobre la existencia de las galaxias al
reconocimiento sólido de su existencia. A comienzos del Siglo XX los astrónomos pensaban que
el universo consistía de millones de estrellas confinadas en un volumen limitado por la Vía
Láctea, nuestra galaxia. En otras palabras, la Vía Láctea comprendía todo el universo. Los
astrónomos también habían identificado unos cuerpos celestes, diferentes a las estrellas, que
vistos por el telescopio aparecían como nubes, algunas de ellas de forma espiral, por lo cual las
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llamaron nebulosas espirales. Hoy ningún astrónomo niega la existencia de las galaxias. ¿Cómo
pasamos de la situación de 1920 —cuando no sabíamos nada sobre las galaxias— a la de hoy
cuando nadie niega su existencia?
(Murmullos de fondo)
Todos hemos visto esas imágenes astronómicas nítidas y maravillosas producidas por el
telescopio espacial Hubble y por otros observatorios avanzados. Aparecen las imágenes de
Andrómeda, la Nube de Magallanes, el Sombrero, el Remolino, Ursa Menor y otras imponentes
galaxias. Podemos apreciar sus formas espirales e irregulares, podemos inclusive observar
estrellas individuales y gas interestelar en esas galaxias lejanas. Los astrónomos han medido sus
espectros para revelar su constitución química y su movimiento de rotación. Sabemos más sobre
lo que ocurre en nuestras galaxias vecinas a millones de años-luz que sobre lo que ocurre en el
apartamento del vecino. Sin embargo, hace apenas 90 años no sabíamos qué eran esas motas de
luz difusa ni sabíamos si eran inquilinos de nuestra Vía Láctea o ciudadanos errantes del espacio
profundo. En abril del año 1920 dos gigantes de la astronomía, Harlow Shapley y Herber Curtis,
se reunieron en las salas del Museo de Historia Natural del Smithsonian, en Washington, para
debatir sobre la naturaleza de las nebulosas espirales. Cada uno de ellos sustentó su tesis, opuesta
a la del otro, con argumentos serios. Curtis decía que las nebulosas espirales eran sistemas
estelares como nuestra galaxia y que se encontraban a distancias muy lejanas que las ponían
fuera de la Vía Láctea. Shapley, por el contrario, argumentaba que las nebulosas espirales eran
meras nubes de gas en nuestra propia galaxia y que fuera de ella no había nada más. En 1920 no
se sabía con certeza quién tenía la razón entre Curtis y Shapley. Sin embargo, hoy en día todos
los astrónomos aceptan la existencia de las galaxias tal como Curtis lo había propuesto. Vuelvo a
preguntar, ¿Cómo pasamos de la hipótesis a la certeza? No es difícil aceptar que la existencia de
sistemas estelares galácticos fuera de la Vía Láctea se puede afirmar con certeza cuasi-absoluta,
es decir la existencia de galaxias es una realidad empírica incontrovertible. Hay que volverse a
preguntar entonces ¿cómo es posible pasar de la ignorancia absoluta a la aceptación de realidades
empíricas incontrovertibles? Antes de Galileo, afirmar que en la Luna existen cráteres se
consideraba fruto de una especulación desviada y peligrosa; hoy la existencia de cráteres en la
Luna es una realidad empírica incontrovertible. A la entrada del Siglo XX nadie sabía qué era
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una galaxia y sin embargo hoy la existencia de galaxias es una realidad empírica
incontrovertible. Vemos entonces que sí se puede generar conocimiento certero sobre el
universo. Los cráteres lunares y las galaxias son apenas un par entre miles de ejemplos que se me
pueden ocurrir. Piensen en cualquier realidad empírica incontrovertible sobre el universo y se
darán cuenta de que en algún momento de la historia ese conocimiento no existía o tenía carácter
conjetural. El proceso científico nos muestra que las observaciones sí convergen con realidades
empíricas estables e incontrovertibles. Nótese que dije incontrovertibles, no irrefutables, ya que
—como bien lo mencionó Sagredo— ciertos hechos empíricos que se consideraban firmemente
establecidos pasaron a la postre a considerarse erróneos con base en demostraciones. Decir que
podemos aceptar la existencia de realidades empíricas incontrovertibles no implica que se esté
afirmando la tesis aristotélica hipotético-deductiva según la cual el conocimiento científico se
construye a partir de primeros principios que por necesidad son verdaderos. Resumida de manera
algo burda pero que sirve a nuestra síntesis, la historia de la astronomía es la historia de cómo
ciertas observaciones hechas al borde de la sensibilidad de los instrumentos fueron más adelante
juzgadas como espurias o se establecieron como realidades empíricas incontrovertibles. Los 400
años de avances en observaciones astronómicas desde Galileo han demostrado que sí es posible
generar conocimiento certero sobre el mundo externo. Sin embargo, amigos, para Sagredo las
teorías científicas y las especulaciones de los charlatanes que venden aceite de culebra en la
plaza de mercado tienen el mismo valor como generadoras de conocimiento sobre la naturaleza.
Según Sagredo, el método riguroso experimental para contrastar teorías científicas tiene tanta
validez como la palabra del predicador que dice haber recibido la verdad por revelación divina o
el iluminado que afirma que fueron seres extraterrestres quienes le infundieron la verdad. Sí, las
teorías científicas son una construcción social, ¿acaso no eran humanos los seres que concibieron
la teoría de la gravedad, del electromagnetismo, de la mecánica y de la termodinámica? Sin
embargo, no todas las construcciones sociales cuentan con mecanismos intrínsecos para eliminar
errores. Estoy seguro, mi amigo Sagredo, de que si su hija se enferma de gravedad usted acudiría
a los mejores especialistas que pudiera encontrar en todo el planeta y la sometería a las
radiografías y procedimientos que pidiera el doctor. Pues bien, esos equipos y esos
conocimientos que pueden salvar la vida de su hija también son construcciones sociales. Yo
preguntaría, Sagredo, si los hechizos del curandero cuántico en la plaza de mercado también son
una construcción social, ¿por qué más bien no acudir al curandero en busca de mejorar la salud
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de su hija? Daría igual: la tomografía de emisión de positrones del hospital y los cristales de
cuarzo del curandero son rituales producidos por construcciones sociales, entonces ¿para qué
molestarse con los elevados costos del hospital?
(La conversación sobre el universo tocaba sin excepción a todos los espectadores y para un
observador externo habría sido interesante ver cómo la audiencia —a juzgar por sus gestos y
comentarios sotto voce— comenzaba a alinearse espontáneamente con los diversos puntos de
vista expuestos por los contertulios. Es probable que el lector también esté en el proceso de
tomar partido y de sopesar los méritos de los argumentos que se esgrimen en uno y otro lado del
debate. La conversación sobre los asuntos del universo no se les puede dejar exclusivamente a
los físicos y a los astrónomos — todos tenemos interés en el tema y poseemos esa curiosidad
natural por saber más sobre nuestro mundo. Esa premisa sabia se hizo realidad palpable en el
Café Literatura durante las cuatro intensas jornadas que estamos por concluir. Reflexionando
sobre la experiencia, Sagredo comentó que consideraba un error no haber abierto el debate a
todos los concurrentes. Salviati, por temor a que las diferencias de opinión se convirtieran en
altercados incontrolables, recibió con frialdad la idea de Sagredo. Empero, justo cuando se
preparaba para hacer un comentario concluyente, Salviati notó que una dama de porte elegante
y muy segura de su facultad discursiva se paraba en medio de la atenta muchedumbre y sin
mediar preámbulo ni permiso se apropiaba de la última palabra).
LUCY: Mis muy doctos y adormecidos señores: ¿Acaso ustedes no se dan cuenta de que la
visión que tienen del universo se debe al trabajo de varias mujeres? Comencemos por Lucy84, mi
tocaya, nuestro ancestro homínido, quien hace tres millones de años se aventuró a dirigir los ojos
hacia el firmamento y a mirar el vacío de frente y sin miedo. Pasemos después por Caroline
Herschel, Cecile Payne, Henrietta Leavitt, Vera Rubin, y cientos de mujeres del presente y del
pasado que destaparon la olla del universo con coraje y decisión frente a los impedimentos
irracionales que el género masculino nos imponía; señores, fueron mujeres quienes obtuvieron la
llave del universo. Caroline Herschel construyó telescopios con William, su hermano; fue la
primera mujer en descubrir un cometa y en compilar un catálogo estelar. Henrietta Leavitt
descubrió en las estrellas variables el método que permitió medir las distancias a las galaxias —
y por extensión permitió descubrir la expansión del universo. Leavitt descubrió la ley que
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relaciona el brillo de una estrella variable con el período de su variabilidad, lo cual hizo posible
la determinación de distancias extra-galácticas. Los logros de Hubble no habrían sido posibles
sin el trabajo de Leavitt. Ella y sus compañeras del Observatorio de Harvard estudiaron más de
300 000 placas fotográficas acumuladas de observaciones realizadas desde 1880, desarrollaron el
método que hasta hoy usan los astrónomos para clasificar las estrellas según su brillo y
características espectrales. Williamina Fleming, la ayudante de Edward Pickering, director del
Observatorio de Harvard, se convirtió en experta en el análisis de espectros, catalogó más de
10 000 estrellas y descubrió las estrellas enanas blancas. Annie Jump Cannon —también de
Harvard— midió y registró el color de 300 000 estrellas, lo cual permitió establecer la
clasificación espectral de las estrellas. Pickering contrató cerca de 80 mujeres, a mitad del salario
de los hombres que hacían un trabajo equivalente, para que analizaran la montaña de placas
fotográficas que estaban almacenadas en el observatorio. Los estudios de Cecile Payne sobre la
composición química de las estrellas fueron fundamentales para poder construir la cosmología
moderna. Con su estudio de las atmósferas estelares ella demostró que las estrellas tienen en
promedio la misma composición consistente en hidrógeno y helio, el dato que motivó a Gamow
para desarrollar la teoría del big bang. Fue Vera Rubin —quien por medio de sus mediciones de
la rotación de galaxias espirales— estableció la presencia de materia oscura en el universo. Ella
se dio cuenta de que la masa de la galaxia inferida de la materia visible no explicaba la gran
velocidad de rotación de las galaxias. Hoy sabemos que sin la materia oscura, la teoría del big
bang se desmorona. La astrónoma Wendy Freedman hizo la medición definitiva de la constante
de Hubble, que indica la rapidez de la expansión del universo, y resolvió de este modo un dilema
que había obstaculizado durante años el trabajo de los astrónomos por 60 años. Ustedes los
hombres no se dan cuenta de que para entender el universo es necesario tener los pies en la tierra,
hace falta estar libre de cualquier ideología que enturbie la claridad de la razón. No se han
podido despojar de la odiosa ideología aristotélica que tanto frenó el avance de la cosmología.
Encuentro ofensiva la filosofía aristotélica porque consideraba inferior a la mujer. Muchos de los
“hombres” que hicieron contribuciones importantísimas a la humanidad eran en realidad mujeres
que tuvieron que hacerse pasar por hombres para hacer escuchar su voz por encima de prejuicios
arraigados.
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Lucy calló y las últimas palabras que había pronunciado siguieron haciendo eco en el recinto que
ahora, lejos de todo bullicio, estaba sumido en un silencio sepulcral. Salviati, Simplicio y
Sagredo, quedaron atónitos, al igual que el resto de la concurrencia — pasmados como si se les
hubiera aparecido un ser extraterrestre. De repente esa efímera suspensión del tiempo fue
interrumpida de un sacudón por un gatuperio descomunal que se formó cuando a las estridentes
protestas de los escandalizados se les sumaron los gritos de los admiradores. Aquello se convirtió
en un desmadre de proporciones épicas. Los transeúntes y los vecinos pronto se dieron por
enterados de la conmoción y acudieron en tropel para presenciar de primera mano el irregular
jolgorio. Manuel, el administrador del café, se percató del problema que tenía entre manos y
marcó el número de emergencia. A los pocos minutos se hicieron presentes tres policías que le
ayudaron a cerrar con tranca las puertas del negocio. Uno de los testigos que alcanzó a
vislumbrar lo que ocurría quedó por fuera, en la calle, después del intempestivo cierre y se
convirtió ipso facto en el narrador oficial de lo ocurrido. Según el afortunado individuo ahora
colmado de atención, los sabios que dialogaban dentro del café conocían los secretos del
universo y los estaban repartiendo a todo el que quisiera escuchar. La noticia se propagó como
llama en un pajar — y hasta en los pueblos aledaños se sintieron los remesones sísmicos del
acontecimiento cósmico. Por doquier circulaban mensajes de texto que se transmitían por vía
electrónica y que anunciaban la presencia de grandes sabios que traían al mundo portentosas
revelaciones. En menos de lo pensado se empezaron a armar tumultuosas romerías de curiosos,
magos y otros sabios que sentían que una profunda fuerza universal los atraía hacia la verdad. En
la calle los curiosos que no pudieron entrar protestaban con vigor e insistían en que se les querían
ocultar secretos importantes. Entre tanto el regocijo y la rabia continuaban dentro del
establecimiento y a Manuel, viendo que no podía controlar la chusma, se le ocurrió subir el
volumen de la música (la pista que sonaba en ese momento era “Decisiones”, del panameño
Rubén Blades). Sacudida ahora por el ritmo de la salsa que invadía el ambiente y contagiaba a la
concurrencia de la necesidad de moverse, la fiesta viró de rumbo. En una esquina los
escandalizados se rasgaban las vestiduras, en la otra se hacían brindis improvisados de prosa
florida y barroca — y el reducido espacio libre se convirtió en pista de baile. Los enamorados
reiteraban sus promesas de amor eterno, ahora renovado y cósmico, y algunos llegaba hasta a
declarar que su unión se había iniciado en verdad millones de años atrás en el centro candente de
una estrella lejana cuando los amantes conformaban un único sustrato de átomos. Los personajes
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más susceptibles de caer en disquisiciones seudo filosóficas se dejaron llevar por el señuelo del
vino, bajo el influjo del cual pronunciaban frases grandilocuentes y expresiones como “el quid
del asunto es…” o “… la problemática de la hermenéutica asociada con las observaciones
aminora la validez del big bang”. Asaltados y poseídos por el ritmo, Lucy, Alcibíades, Simplicio,
Sagredo y Salviati encontraron pareja y se lanzaron al ruedo donde empezaron a bailar con
desenfreno mientras vociferaban la letra de “Decisiones” e improvisaban coplas. El alboroto
duró hasta la mañana del día siguiente cuando, trasnochados y apaciguados, nuestros
protagonistas lograron con sigilo y discreción abrir el portón de atrás y escabullirse sin ser
notados por la multitud aglomerada frente al establecimiento. Allí había brotado toda una aldea
improvisada de carpas poblada por curiosos, profetas, brujos y tarotistas que esperaban con
ansias la revelación inminente de las verdades del universo. En medio de la muchedumbre, neo
hippies mechudos vendían medallones de cuarzo para atraer energías positivas y limpiar el aura y
chamanes de todos los orígenes ofrecían ungüentos curativos y poderosos elixires que daban la
inmortalidad. En torno a distintos predicadores que ofrecían todo tipo de recetas cósmicas para
prolongar la vida o alcanzar el estado de claridad perfecta se formaban aglomeraciones menores.
Un experto en ufología anunciaba en mensajes crípticos la visita inminente de alienígenas,
informaba sobre la existencia de mundos paralelos, agujeros gusano y naves de plasma. La
audiencia seguía hipnotizada las laberínticas explicaciones del ufólogo y aseguraba que el
personaje era un “contactado” que tenía las pruebas científicas para comprobar la existencia de
extraterrestres. Entre tanto, en una carpa vecina, el tema era la mejora de las relaciones
personales y los avances de la tecnología de la auditación para maximizar el desarrollo del poder
mental del ser humano. Más allá un gurú de la Nueva Era explicaba los intríngulis del calendario
Maya y cómo el fin del mundo era inevitable y estaba predicho para el 21 de diciembre del 2012.
Los astrónomos Mayas —decía el experto— vaticinaron para ese día una secuencia interminable
de calamidades planetarias portentosas. La certeza de la sentencia radicaba en la precisión
matemática del ciclo calendárico Baktun, de 394 años que completa su décima tercera y última
instancia en ese día nefasto. Para que no quedara duda alguna sobre la seriedad del asunto, el
sabio informó a la transfigurada audiencia que la predicción Maya quedaba científicamente
confirmada con los estudios astronómicos del ciclo de precesión de los equinoccios — que cada
25 800 años produce una alineación especial entre el Sol y el centro de la galaxia, el cual ocurrirá
justamente el 21 de diciembre del 2012. El flujo ininterrumpido de personas continuaba
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alimentado el ansia colectiva por las anunciadas revelaciones de los sabios del Café Literatura.
Sin darse cuenta que dentro del establecimiento la fiesta ya se había extinguido, se propagó el
rumor de que los sabios saldrían al mediodía y harían un anuncio de gran importancia para la
humanidad.
quod erat demonstrandum
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Capítulo 5
COSMOLOGÍA, CIENCIA y SOCIEDAD
La ciencia está construida de hechos al igual que de ladrillos una casa.
Pero así como un montón de piedras no hace una casa, igual una
colección de hechos no es ciencia.
Henri Poincaré
¿Cómo es posible que las matemáticas, siendo un producto de la mente
humana independiente de la experiencia, se ajuste admirablemente a los
objetos reales? ¿Es la razón humana, aislada y con el mero pensar capaz
de comprender las propiedades de los objetos reales?
Albert Einstein
Figura 5-1. ¿Qué se esconde debajo del velo?
¿Qué necesidad tenía el autor de dejar entrar a un borrachín, unos neo hippies y unos cuantos
espectadores anónimos confundidos a un diálogo sobre cosmología? Aun sin la compañía de
esos elementos peregrinos, Simplicio, Sagredo y Salviati parecían estar bastante confundidos.
Simplicio encontró que la teoría del big bang no portaba el sello indeleble de certeza que él
esperaría de una teoría científica y terminó no aceptando el big bang. Salviati, a pesar de estar
bien informado, no entendió porqué los argumentos perfectamente racionales y la abundancia de
evidencia a favor del big bang que él expuso no fueron suficientes para persuadir a Simplicio y
Sagredo sobre la validez de la teoría. Sagredo no rechazó el big bang pero redujo su estatus al
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mismo nivel de cualquier mito de la creación. La situación se empeora cuando el autor cede el
micrófono a Alcibíades, Lucy y todos los otros curiosos que quieren participar en el diálogo
cosmológico.
En los 25 años que llevo dando clases y presentaciones a todo tipo de público sobre el origen del
universo he aprendido que el tema le interesa a toda la gente, independiente de su edad o
preparación académica o raíces culturales, sin embargo la mayoría de las veces la reacción es la
misma: una combinación de admiración, curiosidad, rechazo, incredulidad y desinformación. En
resumen, confusión. Justamente como lo encontramos reflejado en los personajes del diálogo. La
conversación que mantuvieron los interlocutores y los extras que aparecieron en la cuarta jornada
contiene todos los elementos que se encuentran en situaciones reales en torno a la cosmología y
para recrear la confusión fue necesario incluir seres aparentemente extraños y posiciones
atarantadas. ¿Por qué tanta confusión? La respuesta inexorablemente nos mete en aguas
turbulentas debido a que estamos penetrando el terreno azaroso de la conducta humana
individual y en sociedad. Si analizamos cuidadosamente la posición en la que terminaron los
interlocutores del diálogo nos damos cuenta que los factores que provocaron ese resultado se
pueden agrupar en tres categorías amplias: cosmovisión popular, ruido y relativismo. En temas
relacionados con las preguntas fundamentales sobre nuestro origen la cosmovisión popular ejerce
una influencia que en algunas personas puede neutralizar cualquier tipo de raciocinio y evidencia
científica. Para Simplicio la teoría del big bang no estaba alineada con su cosmovisión y eso es
suficiente para que él no la aceptara. En ese caso la evidencia científica es irrelevante, tal como
quedó ilustrado cuando Simplicio no pudo mencionar ninguna prueba que lo convenciera de la
validez del big bang. El público en general acepta conceptos y resultados científicos sin ningún
problema excepto en casos que tocan su cosmovisión. Las personas tienden a rechazar la
información si esta reta su sistema de valores. Observen lo que está ocurriendo con el
calentamiento global: los estudios muestran que la gente cree en el calentamiento global y en la
conexión con causas humanas no por la evidencia científica sino por el grado en que el concepto
cuadra con el ideario y los valores de su grupo85. Esta conducta explica la fuerte correlación que
existe entre la creencia en calentamiento global y la ideología que permea el ambiente donde está
sumergida la persona. Ruido, el segundo factor que citamos como fuente de confusión, se refiere
al tráfico indiscriminado de información sobre el tema. Una búsqueda en el internet sobre “big
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bang” o sobre cosmología resulta en una indomable mezcla de artículos que van desde elevadas
disquisiciones académicas hasta interpretaciones esotéricas, pasando por el profesor de física que
niega el big bang y el periodista científico que desorientado pregona la muerte al big bang.
Dentro de ese abrumador océano de información caótica e incoherente, ¿cómo hace un estudiante
para discriminar entre contenido valedero y basura? ¿Qué puede hacer un profesor de escuela
que no posee una especialización en astrofísica para detectar información engañosa en una
exposición envenenada por ideología pero vestida de traje académico? Alcibíades mencionó dos
nombres de científicos que niegan el big bang, Robitaille y Narlikar. No son los únicos críticos
del big bang, existe toda una gama de enemigos del big bang, entre los cuales se incluyen
agentes programados para avanzar su agenda ideológica. Robitaille publicó un artículo en el
New York Times86 donde niega el big bang usando argumentos totalmente idiotas y falsos, sin
embargo la percepción para un lector que no sea astrofísico es que si lo dice un profesor
universitario que porta el título PhD la teoría del big bang debe estar en problemas serios.
Narlikar, por otro lado es un físico que ha hecho su carrera cuestionado la teoría del big bang. Su
actividad se podría calificar de “normal” dentro del debate académico que rodea la gestación de
teorías que apuntan a lo fundamental. Sin embargo, en cosmología, el debate interno entre los
especialistas desbordó en la arena pública. El tercer punto — relativismo — concierne un intenso
debate milenario sobre la objetividad del conocimiento adquirido siguiendo el método científico.
Grandes filósofos, científicos y sociólogos se han pronunciado al respecto en un debate de 2 600
años que aun no muestra los síntomas de haberse resuelto. Inmiscuirse en ese debate sería como
pelear con molinos de viento, sin embargo debido a la fuerte incidencia del debate en el discurso
cosmológico no lo podemos dejar a un lado. El reto para mí es el de extraer los puntos más
relevantes del debate para entender la cosmología moderna y la recepción que esta ha tenido por
parte de la sociedad.
Cosmología y cosmovisión
Cuando hablamos de cosmovisión en términos genéricos nos podemos referir a la manera de ver
el mundo a nivel individual o a nivel grupal. Simplicio, Sagredo y Salviati exhiben los tres
alineamientos característicos de la cosmovisión popular, la relativista y la científica
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respectivamente. Aquí el lector va a querer que le recordemos la definición de cosmovisión que
ofrecimos en el capítulo introductorio: es el conjunto de ideas que permiten interpretar y ordenar
los eventos que suceden en el mundo, incluyendo eventos naturales y aquellos relacionados con
la conducta humana.
La cosmovisión de un individuo no solamente se nutre del ambiente cultural en su entorno sino
también — y en mayor medida — en el sentido común, esa brújula que con base en la
experiencia directa nos informa sobre cómo es el mundo que los sentidos nos presenta. Cuando
llegamos a adultos, normalmente el cerebro ha desarrollado una serie de guiones que nos sirven
para analizar situaciones y sacar conclusiones. El sentido común se puede entender como
conocimiento práctico no especializado. La física de Aristóteles es tan fácil de asimilar
precisamente porque es la física del sentido común: los cuerpos más pesados caen al piso más
velozmente, el movimiento de un objeto cesa cuando se retira la fuerza que lo genera, la Tierra
está en el centro del universo y el Sol gira en torno a la Tierra. Estos son ejemplos de
observaciones que a primera instancia nos parecen obvias porque son consistentes con la
experiencia directa, ¿experimentamos directamente el movimiento de la Tierra alrededor del Sol?
¡No! El sentido común que guió a los filósofos de la época de Aristóteles les indicaba que la
Tierra no se mueve, es el Sol el que se mueve. En ese sentido todos somos aristotélicos, sin
embargo, aquí existe un pequeño problema: la naturaleza no se comporta de acuerdo a los
dictados del sentido común. Aunque no lo experimentemos directamente la Tierra se mueve en
torno al Sol, un cuerpo sigue en estado de movimiento cuando se retira la fuerza que lo genera y
todos los cuerpos caen al piso con la misma aceleración. El desarrollo de las teorías físicas más
exitosas de siglo XX — la relatividad y la mecánica cuántica — nos mostró de manera punzante
que la física del sentido común falla estrepitosamente y que tenemos que despojarnos del bagaje
del sentido común para abordar el camino hacia el entendimiento del universo en su totalidad.
La experiencia directa y el sentido común nos entregó el modelo geocéntrico del universo. Con
De Revolutionis Copérnico propone un modelo abstracto que no corresponde con la experiencia
directa, sin embargo algunos filósofos naturales de la época de Copérnico y Galileo se oponían a
la tesis heliocéntrica no solamente por razones bíblicas sino porque el modelo geocéntrico
explicaba bien las observaciones astronómicas acumuladas en ese entonces y porque el modelo
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propuesto por Copérnico no gozaba de evidencia experimental: según Copérnico la distancia que
separa la Tierra del Sol es tan extensa que en un período de medio año la Tierra se trasladaría a
una distancia de 300 millones de kilómetros (datos modernos) al otro lado de su órbita en torno
al Sol lo cual quiere decir que estamos observando el cielo desde otro punto completamente
distinto e implica que la posición aparente — relativa al fondo de estrellas — de objetos
astronómicos no muy lejanos debería ser diferente. Este efecto — llamado paralaje — lo
podemos experimentar de la siguiente manera: con la mano derecha extendida y con el ojo
derecho tapado observe cuidadosamente su dedo pulgar y ponga atención a la posición que el
pulgar ocupa relativo al paisaje en el fondo lejano. Ahora abra el ojo derecho y cierre el
izquierdo cuidando de no mover la mano extendida. Observará que el dedo pulgar ha cambiado
de posición relativa al paisaje lejano. En la versión astronómica de este sencillo experimento el
paisaje lejano serían las estrellas fijas en un fondo muy profundo, el dedo pulgar sería una
estrella relativamente cercana a la Tierra, y las observaciones del ojo derecho y del ojo izquierdo
serían observaciones astronómicas realizadas cuando la Tierra se encuentra en dos puntos de su
órbita que se encuentran diametralmente opuestos. Las observaciones astronómicas en la época
de Copérnico y Galileo no mostraban el efecto de paralaje que se esperaba en el modelo de
Copérnico.
Galileo observó que el planeta Venus — como la Luna — exhibe fases y en el fenómeno
reconoció la evidencia de que los planetas sí se mueven en torno al Sol. El argumento, sin
embargo, perdió tracción porque existía otro modelo geocéntrico, el de Tycho Brahe, que
también explicaba las fases de Venus. La prueba definitiva del modelo heliocéntrico de
Copérnico sólo viene establecida muchos años más tarde (1830) con la observación del paralaje
estelar87 y viene con el agravante de ser disponible sólo a individuos ilustrados en los métodos de
los astrónomos. El modelo geocéntrico es rechazado y de paso se desacredita al sentido común
como método para generar conocimientos validos acerca del mundo. Todo eso a un alto costo,
puesto que se revela una realidad externa que encierra conceptos más complejos y abstractos de
lo que la experiencia directa indica. A partir de este momento queda claro que no podemos
construir un modelo del universo con una mera acumulación de observaciones. La tarea del
cosmólogo se hace más complicada al requerir una elaboración de deducciones lógicas que
emanan de la teoría y que después de mucha manipulación entran en contacto con las
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observaciones. En otras palabras, los datos son sujetos a interpretación a la luz de la teoría. Una
vez que aceptamos que para elaborar una teoría se requiere procesar las observaciones para
extraer de ellas la información “escondida”, surge la siguiente pregunta: ¿qué nos trata de decir
una teoría: algo sobre el mundo externo, algo sobre el pensar del humano o algo sobre la cultura
del grupo que generó la teoría? La pregunta es lícita y nos ocuparemos de ella más adelante, por
ahora lo que queda claro es que nos tenemos que despojar del aristotelismo y del sentido común
para poder entender la cosmología moderna. Los dolores de cabeza de Simplicio cuando
manifestaba su incapacidad de entender conceptos relacionados con distancias de millones de
años-luz y otros acertijos cosmológicos bajo el pretexto de que “eso no tiene sentido” radican en
su fuerte aferramiento a la lógica del sentido común.
El segundo lastre que tenemos que abandonar son las ideologías. Lucy tenía toda la razón, el
control de la cosmología es intensamente deseado por los sistemas de poder. Basta con
mencionar unos casos históricos para mostrar el daño que la ideología inflige en la investigación
científica sobre el cosmos. En el año 1543 salió publicado el modelo heliocéntrico de Copérnico
se inventó. En vez de colocar a la Tierra inmóvil en el centro del universo Copérnico mandó a la
Tierra a moverse en una órbita circular alrededor del Sol. A pesar de simplificar el modelo,
Copérnico no logra deshacerse completamente de los epiciclos debido a que en realidad las
orbitas de los planetas en torno al Sol no son circulares sino elípticas, sin embargo el modelo
copernicano es aceptado, en gran medida, debido a que en su modelo — contrario a lo que ocurre
con el ptolemaico — el movimiento de los planetas en sus orbitas es circular uniforme, es decir a
velocidad constante. Este era un asunto de vital importancia para los astrónomos del siglo XVI
porque satisface el antiguo principio de estética en el que los movimientos de los cuerpos
estelares deben ser uniformes y circulares (o compuestos de estos)88. La tarea de revisar las
copias del libro de Copérnico recayó en el teólogo de Núremberg Andreas Osiander, quien
previendo el incendio que provocaría la idea de destronar la Tierra de la posición central
asignada en las sagradas escrituras, adhirió un prefacio anónimo donde advierte que las ideas
propuestas por Copérnico son apenas un instrumento de carácter hipotético para facilitar los
cálculos astronómicos y que de ninguna manera se pretendía afirmar algo sobre la verdadera
organización del cosmos. Como la iglesia estaba interesada en el mantenimiento del calendario
litúrgico y el cálculo de la fecha de pascua, inicialmente la iglesia permitió el uso del modelo
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heliocéntrico porque daba resultados más precisos. El libro de Copérnico fue expurgado y
depurado de errores y la iglesia permitió su uso siempre y cuando se entendiera como un
instrumento de ayuda a los cálculos astronómicos mas no como afirmación sobre la realidad de
las posiciones y movimientos del Sol, la Tierra y los planetas.
El 16 de junio de 1933 la Sagrada Congregación de la inquisición condenó a Galileo por el delito
de vehemente sospecha de herejía. La condena consistió en prisión indefinida, además su libro
Diálogo fue prohibido y se le obligó a abjurar sobre su posición favorable a la cosmología
copernicana. La suerte de Galileo se debió a que él retó a los teólogos en relación a la
interpretación de las sagradas escrituras sobre asuntos de la naturaleza, lo cual era un problema
central en la confrontación con los protestantes. Él sostenía que la biblia no era un texto
científico, lo cual dejó plasmado en el astuto adagio que dice “la biblia enseña cómo se va al
cielo, no cómo va el cielo”.
Con Diálogo Galileo logró desatar la ira del papa Urbano VIII
(Maffeo Barberini) por sostener el modelo copernicano y — según algunos jesuitas que
asesoraban al papa — por burlarse de los argumentos aristotélicos sostenidos por el mismo papa.
Uno de los argumentos usados por el inquisidor Vincenzo Maculano fue la acusación contra
Galileo de haber desobedecido la orden de no promover el sistema cosmológico heliocéntrico.
En 1616 el cardenal Roberto Bellarmino por orden del papa Paulo V amonestó a Galileo y le
ordenó que se abstuviera de propagar la noción falsa y contraria a las sagradas escrituras de que
el Sol está inmóvil en el centro del mundo y que la Tierra se mueve alrededor del Sol89.
La cosmología del big bang no ha sido inmune de atropellos ideológicos. Quizá el ejemplo más
irónico se dio cuando el mismo Einstein, influenciado por concepciones aristotélicas, no vio el
big bang que posaba frente a él. Allí muy placido reposando sobre el papel donde escribía
ecuaciones el big bang le hacía muecas a Einstein, sin embargo él no las vio porque en su cabeza
el universo no podía ser dinámico, lo cual es un residuo del aristotelismo. En la Unión Soviética
los controles de pureza ideológica, que hicieron tanto daño al campo de la genética con el trabajo
de Lysenko90, también afectaron a la cosmología. La filosofía oficial del sistema — el
materialismo dialéctico — no toleraba el trabajo de investigación en la teoría del big bang por no
alinearse con la ideología marxista. Por mandato el universo tenía que ser infinito en extensión,
eterno, sin principio ni evolución. Friedrich Engels y Karl Marx incorporaron en el materialismo
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dialéctico las nociones mecanicistas que ofrecía la ciencia de sus días, las cuales les sirvieron
para responder a las críticas del Marxismo provenientes de posiciones teístas. No había lugar
para dios en un universo ilimitado y sin comienzo, alegaban los defensores del materialismo
dialéctico. Obviamente tampoco había lugar para la cosmología del big bang en un régimen
comunista. Cuando los cosmólogos soviéticos comenzaron a interesarse por el big bang sus
publicaciones tenían que pasar por la censura del régimen y las que lograban pasar las pruebas
ideológicas venían acompañadas de advertencias al estilo Andreas Osiander indicando que el big
bang era usado como una mera hipótesis de trabajo que nada tenía que ver con el mundo real91.
Una situación similar sufrían los cosmólogos en la China. En 1972 cuando el astrofísico chino
Fang Lizhi publicó un artículo sobre cosmología del big bang fue severamente hostigado por el
aparato político chino y acusado de propagar ideas seudo científicas que iban en contra de los
intereses de la clase trabajadora92. Fang Lizhi tuvo que abandonar China y buscar refugio
político en Estados Unidos. La década de 1950 no fue nada favorable para la teoría del big bang,
los físicos no la tomaban en serio y algunos sospechaban de un modelo sobre el origen del
universo propuesto por un teólogo (Georges Lemaitre). Para empeorar la situación recordemos el
pronunciamiento papal que mencionó Salviati, cuando Pio XII anunció que la cosmología del big
bang era compatible con el dogma Cristiano. Es incalculable el daño que estas palabras le
causaron a la cosmología del big bang: hubo estampida de científicos que quisieron distanciarse
de un concepto asociado a una ideología marcada por la autoridad religiosa. Queda claro, la
ideología obstruye el estudio del universo. Lucy tenía la razón.
Ciencia y cultura popular
Cuando Simplicio intenta entender el big bang capta bien los conceptos que Salviati le explica y
aprecia el valor de la evidencia, el problema es que cualquier crítica que escucha sobre el big
bang, seria o insustancial, lo desorienta y termina otorgando en su cabeza el mismo peso a la
información superficial que leyó en un sitio en el internet o a sólidos conocimientos científicos
que llevan 80 años acumulados de experimentación y observaciones.
Para alguien no
especializado en el tema de la cosmología es difícil navegar un terreno intelectual donde bullen
todo tipo de ideas, algunas de las cuales son ecos del debate interno entre los astrofísicos,
mientras que otras son ideas torcidas que siembran los enemigos del big bang. Han salido libros
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dedicados a derrumbar al big bang, unos promovidos por agentes ideológicos, otros por
personajes del mundo académico que quieren ventilar sus disputas en el espacio público. Los
autores maquillan muy bien sus argumentos, llenan las páginas de citas importantes, cifras,
resultados muy elaborados, nombres de científicos que refuerzan sus argumentos, pruebas
contundentes que ponen en duda todo el edificio del big bang, y acusaciones de dogmatismo y
ortodoxia a los cosmólogos del big bang. Simplicio no sabe a quién creer, está confundido.
La fuente de confusión que más daño causa son los mismos cosmólogos cuando no son capaces
de mantener confinada en su debido lugar la batalla de los egos y salen en foro público acusando
a sus colegas de dogmatismo y deshonestidad. Entiendo la frustración de Salviati cuando escucha
las quejas de los físicos y astrónomos anti big bang que con fervor de activismo político
pregonan ser víctimas de persecución académica. Está bien que Alton Arp rete en publicaciones
profesionales la interpretación cosmológica del desplazamiento rojo con observaciones de
sistemas cuásares ligados físicamente, está bien que Narlikar rete la interpretación del origen
cosmológico de la radiación cósmica de fondo, así es como avanza la cosmología, las bases de
datos electrónicas están llenas de artículos que ponen retos a los supuestos y a los resultados de
la cosmología moderna. La indagación científica en asuntos fundamentales como la evolución, el
origen de la vida, al origen del universo, siempre vienen rodeadas de controversia. En esos casos
es mucho lo que está en juego, la combinación de grandes egos con el afán de protagonismo hace
que el debate cobre un lustre de dimensiones épicas. La historia está repleta de esas batallas de
los egos. El padre jesuita Christopher Scheiner y Galileo mantuvieron notables escaramuzas en
torno al descubrimiento e interpretación de las manchas solares 93. La disputa iba más allá de la
justa atribución del descubrimiento de manchas solares, en juego estaba uno de los pilares de la
cosmología aristotélica: si el Sol verdaderamente tiene manchas cae al piso el dogma aristotélico
de la perfección e incorruptibilidad de los cuerpos celestes. La interpretación de Galileo decía
que las manchas solares eran defectos del Sol que posaban sobre su superficie — y que a
propósito dicha interpretación guió a Galileo a descubrir que el Sol tiene un movimiento de
rotación de aproximadamente 25 días — mientras que Scheiner, para salvar apariencias y
proteger al Sol de injurias anti-aristotélicas, mantenía que el Sol era el cuerpo perfecto que
esperábamos y que las manchas eran producidas por pequeños planetas en órbita cercana al Sol.
Con esta pelea Galileo se echó de enemigos a los poderosos jesuitas de Roma y así quedó sellada
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su suerte: años más tarde los jesuitas llenaron el oído del papa que lo condenó. La historia de la
ciencia nos ofrece muchos otros ejemplos. Robert Hook acusó a Newton de plagiarismo y
alegaba que él había desarrollado la ley de gravedad antes que Newton. En su reporte a la
Sociedad Real sobre el tratado Óptica de Newton, Hooke salió con acusaciones similares
diciendo que el contenido del tratado ya había sido desarrollado por él mismo. Newton y Leibniz
encendieron una pelea mordaz en torno al descubrimiento del cálculo infinitesimal. Einstein y
Hilbert polemizaron sobre la formulación de las ecuaciones de la relatividad general. Los
encuentros entre Curtis y Shapley sobre la naturaleza de la galaxia fueron recreados en el
segundo capítulo. Como era de esperarse las batallas campales no escasearon en la cosmología
moderna. Vimos cómo Hoyle obstinado por mantener su modelo estacionario se peleó con
Gamow hasta el punto que Gamow, hastiado por la mezquindad de la confrontación, abandonó la
cosmología. Hoyle aprovechaba cuanta oportunidad se le presentara para despotricar en contra
de los científicos que trabajaban en la teoría del big bang, acusándolos de deshonestos y
anticientíficos94. Las pataletas de Arp, Burbidge, Narlikar y los otros amigos de Hoyle — que
hoy en día continúan rezongando — son el residuo de la batalla entre el modelo estacionario y el
big bang. Estos individuos publican libros, cartas y sitios en la Internet donde comparan a la
ciencia del big bang con la inquisición alegando que es una ortodoxia que no acepta
desviaciones, censuran las publicaciones que retan el big bang y controlan los presupuestos de
investigación para suprimir deliberadamente cualquier intento a remover el dogma oficial95. Los
enemigos del big bang que tienen una agenda ideológica adoran este tipo de acusaciones porque
como vienen de otros científicos pueden armar un fuerte argumento que dice “¡aja! el big bang
no es cierto, ni los mismos científicos están de acuerdo”. El trabajo en ciencia es duro y cruel, a
mí y a todos mis colegas nos han rechazado artículos y no exactamente porque no complacieron
a los guardianes de la ortodoxia. Narlikar y compañía desarrollaron un modelo alterno al big
bang — llamado modelo cuasi-estacionario — reciclando el modelo estacionario de Hoyle y
sobrepasando los obstáculos impuestos por la inquisición del “santo oficio del Astrophysical
Journal” su trabajo ha salido publicado en los journals profesionales96. ¡Fantástico! ese es el foro
apropiado y entre más retos reciba el big bang mejor porque así es como saldrán expuestas las
fallas del modelo que hay que corregir o arrojarlo al cesto de la basura si finalmente no es
consistente con los datos. El problema con el modelo cuasi-estacionario es que no es consistente
con los datos de la radiación cósmica de fondo, en particular las predicciones que hace el modelo
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sobre el espectro angular de la radiación de fondo (lo que hemos llamado la “curva de camello”
en el tercer capítulo) están muy lejos de las mediciones reportadas por numerosos experimentos,
WMAP siendo el más notable.
¿Cómo emerge una teoría científica?
¿Podemos confiar en la teoría del big bang? ¿Tiene esa teoría algo que ver con la realidad? Me
parece que si queremos entender lo que la ciencia dice sobre el universo es importante saber la
respuesta a estas preguntas fundamentales. Vimos a Salviati y Sagredo enfrascados en una
polémica cuasi-filosófica sobre estos temas, pero debido a la dificultad del asunto al final fue
más confusión y chispas que claridad. La tensión entre Sagredo y Salviati refleja dos posiciones
opuestas ante el conocimiento científico del universo que tienen una larga historia. Esos dos
puntos de vista constituyen el eje de un debate milenario en torno a otro conjunto de preguntas
relacionadas pero de carácter aun más fundamental: ¿se puede conocer la realidad externa?
¿Tenemos los humanos acceso directo a la realidad del mundo? O ¿estamos inexorablemente
supeditados a una realidad vista desde la distorsionada perspectiva humana? Los filósofos han
tomado posiciones en todos los lugares que se encuentran entre los dos extremos. Las posiciones
de Salviati y Sagredo son una caricatura de las manifestaciones modernas de ese debate. Por un
lado Salviati defiende una visión realista basada en la existencia de una realidad objetiva que
puede ser alcanzada por el método científico, por otro lado está Sagredo con su provocativa
afirmación de que una teoría científica es una construcción social que responde a los deseos de la
comunidad mas no a la realidad externa. Queridos lectores, la situación es mucho más compleja
de lo que cabe en irrisorias caricaturas. Veamos cómo llegamos aquí.
Comienzo del problema
Todo comenzó el día 28 de mayo del año 585 a.C. en un rincón de Turquía. Los ejércitos de los
Medios se enfrentaban contra los Lidios en un episodio más de una guerra que parecía
interminable. En plena batalla el día se hizo noche inesperadamente, el ambiente se llenó de un
misterioso frio que confundió a los soldados quienes dándose cuenta del mal humor manifestado
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por los astros leyeron en el recóndito evento un presagio que los impulsó a suspender la batalla y
hacer las paces. Según el historiador griego Heródoto de Halicarnaso el eclipse solar que puso fin
a la guerra de los Medios y Lidios fue predicho por el sabio Tales de Mileto. Los documentos
históricos y el análisis astronómico muestran que efectivamente el eclipse sí tuvo lugar 97. Tales
fue un gran filósofo, astrónomo y matemático a quien se le atribuye el origen de la ciencia y la
filosofía98 — disciplinas que llegaron al mundo en el mismo paquete. Se especula que para el
cálculo de la fecha del eclipse Tales se ha podido basar en el conocimiento de los ciclos que
regulan los eclipses y que recibió de los astrónomos asirios y babilónicos del siglo VI a.C.
Aristóteles reporta que para Tales el principio constituyente de todas las cosas, es decir el arjé,
era el agua. ¿Por qué no? En su pueblo natal a orillas del Mediterráneo se veía agua por todos los
lados, los seres vivos estamos llenos de líquido, los metales fundidos se convierten en líquido, las
plantas crecen a orillas de los ríos, el aire está lleno de vapor de agua y el agua forma cuerpos
sólidos cuando se convierte en hielo. El punto que se quiere resaltar es que Tales buscó una
explicación natural y racional al mundo. La manera de pensar de Tales se contrapone a la
costumbre de los poetas de invocar a las musas para extraer de ellas un cuento — un mito, del
griego mutos — que dé explicación al mundo. Antes de Tales se acudía a los poetas con sus
mitos para hallar respuestas a las preguntas fundamentales, la mitología griega contenida en la
obra poética Teogonía de Hesíodo era la fuente que ofrecía respuestas sobre el origen y
organización del mundo. En el poema de Hesíodo el mundo apareció del abismo y luego surgió
el dios Eros — el amor — que permitió engendrar otras deidades que crearon a otras deidades y
así hasta llegar a los ríos, pájaros y humanos. A partir de Tales la historia del pensamiento
occidental se divide en dos: los seguidores de Tales (cosmovisión científica) y los seguidores de
los poetas (cosmovisión relativista). Tales con la noción de que el cosmos se puede entender y
explicar bajo la guía de la razón — logos — le quitó a los dioses el poder insustancial, otorgado
por la imaginación humana, para explicar el mundo. Tales dio una explicación correcta al eclipse
del 585 a.C. — la Luna se interpone entre el Sol y la Tierra — y con la predicción del eclipse
demostró que la razón es más precisa y productiva que la costumbre de llenar los huecos de
ignorancia con dioses anónimos y arbitrarios. Liberando los fenómenos naturales de la
intervención de deidades improbables Tales sembró la semilla de la ciencia, el resto es historia.
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Después de Tales cabe resaltar al personaje presentado por Alcibíades como un verdadero
humanista que vuelve a traer al humano al centro de la cosmología. Protágoras de Abdera vivió
por los años 485 — 415 a.C. y perteneció a un grupo de instructores errantes, llamados sofistas,
que enseñaban el buen uso de la palabra, servicio por el que cobraban jugosas sumas. Para ellos
la retórica era un instrumento necesario para ganar poder político. Los sofistas decían a sus
discípulos que en cualquier disputa existen dos posiciones opuestas, que siempre era posible
elaborar buenos argumentos a favor de un lado o el otro y que al final no existían valores ni
verdades absolutas, el lado victorioso de la disputa pertenecía a aquel quien manejara la retórica
con mayor destreza. Sin duda los servicios de los sofistas encontraron gran demanda en la Atenas
de la época de Protágoras donde se practicaba la democracia. Allí los políticos contrataban a los
sofistas como una especie de agentes de relaciones públicas99. En los sofistas vemos encarnada
la cosmovisión relativista de forma explícita: no existe una verdad absoluta, las verdades son
fabricadas por las comunidades de acuerdo a convenios. Esta formulación del relativismo quedó
plasmada en el aforismo de Protágoras “el ser humano es la medida de todas las cosas” que niega
la posibilidad anhelada por Tales de Mileto y otros filósofos pre-socráticos de llegar a un
conocimiento certero del mundo. En otras palabras el conocimiento científico no es posible, todo
es opinión. Si me prolongué demasiado con los sofistas es porque aquí encontramos las raíces
del relativismo expuesto por Sagredo, el relativismo está muy de moda en nuestra sociedad
contemporánea y los sofistas no son una curiosidad de la antigua Grecia, hoy se llaman
“postmodernistas” y los encontramos muy activos en sus cátedras académicas donde siguen
ejerciendo una influencia desmedida.
Platón vivía enfurecido con los sofistas y dedicó gran parte de sus diálogos a corregir — según él
— la abominable aberración del relativismo. Para Platón la razón es la única fuente de
conocimiento seguro y el mundo es inconcebible sin la existencia de verdades y valores
absolutos. Un elemento central de su filosofía es la existencia de “formas puras” o “ideas puras”
que hacen referencia a las ideas universales e inmutables que contienen todo lo que es común a
un objeto o valor. En el diálogo Teeteto Platón ofrece una vigorosa refutación del relativismo
consiste en usar los mismos argumentos relativistas para desvirtuar el relativismo. Para explicar
este argumento vamos a adaptarlo al ambiente académico actual. Los sociólogos de la ciencia
estudian el quehacer del científico y tratan de entender cómo las teorías científicas ascienden y
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son aceptadas. Una línea de sociólogos sostiene la noción expuesta por Sagredo que dice que una
teoría científica es una construcción social, es decir no refleja necesariamente algo sobre una
realidad externa sino más bien refleja un acuerdo entre la comunidad de científicos y por lo tanto
está sujeta a cambios que responden a factores sociales. Así respondería Platón: “mis queridos
señores postmodernistas, si aceptamos su tesis quiere decir entonces que su misma tesis es una
construcción social, por lo tanto no le voy a prestar mayor atención ya que es una noción sujeta
al cambio y el día de mañana será reemplazada”. En resumen, Platón les dice a los sofistas que si
ellos quieren ganar sabiduría, lo cual parece ser algo que les interesa de lo contrario no cobrarían
altas sumas de dinero por sus servicios de enseñanza, entonces tendrían que abandonar el
relativismo ya que el relativismo niega la posibilidad de adquirir conocimiento certero sobre el
mundo.
Cuando Platón murió en el año 348 a.C. seguramente estaba muy cerca de su lecho uno de sus
estudiantes más brillantes, un muchacho de 36 años procedente de Macedonia que llevaba 20
años siendo su discípulo. Se trata de nuestro amigo Aristóteles de quien tanto hemos hablado en
este libro. Al pobre Aristóteles le hemos dado palo todo el tiempo, en Diálogo Galileo arremetió
contra él como si fuera diversión y aquí estamos culpándolo del retraso de la cosmología
científica. Es hora de darle un descansito y brindarle un bien merecido reconocimiento. Cuando
uno estudia a Aristóteles y alcanza a apreciar la envergadura de su obra filosófica uno queda
absolutamente maravillado. La coherencia del corpus aristotélico es aplastante, la lógica de sus
argumentos es contundente y su acumen filosófico pareciera que no tiene fondo. Aristóteles
escribió los tratados en biología, zoología, sicología, astronomía, meteorología, matemáticas,
retórica, política, ética, lógica, física y metafísica que sirvieron de base para el curriculum de las
universidades europeas desde que fueron fundadas. No obstante la grandiosa contribución de
Aristóteles al avance del conocimiento, con respecto a la ciencia su papel es problemático. Por
un lado Aristóteles compartía con Platón su rechazo al relativismo y su obra cimentó la
aproximación racional al conocimiento de la naturaleza. Existe una realidad objetiva allá fuera
independiente del humano, decía Aristóteles. Por otro lado, su confianza en los fenómenos y en
nuestra percepción directa de ellos fue la causa del retraso en el avance de la cosmología del que
tanto se quejaba Galileo. La cosmología de Aristóteles se basa en el sentido común y en la
observación directa de la naturaleza, sin embargo, por noble que parezca esa directriz engendró
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un modelo cosmológico erróneo — el modelo geocéntrico. Cabe preguntarnos, ¿por qué perduró
la influencia de Aristóteles por tantos siglos? La respuesta tiene que ver con teología. Veamos
cómo: durante los primeros 1 000 años del cristianismo los padres de la iglesia solo conocían el
platonismo, sin embargo a mediados del siglo XII surgió gran interés por Aristóteles por parte de
filósofos musulmanes como Averroes y Avicena y judíos como Maimonides. Las autoridades
eclesiásticas, aunque inicialmente miraban con sospecha el aristotelismo, tomaron nota y
mandaron a uno de sus teólogos más brillantes a ver qué era lo que pasaba con Aristóteles.
Efectivamente, el teólogo Tomás de Aquino se encargó de estudiar las traducciones de
Aristóteles al latín realizadas por su colega dominicano el padre William de Moerbeke. Tomás
de Aquino cursó estudios en los centros de educación de alto calibre de su época, la Universidad
de Nápoles, el Instituto Dominicano en Colonia (Alemania), y la Universidad de Paris donde
obtuvo un doctorado en teología en 1256, poseía un erudición exorbitante, tenía una inteligencia
bestial y leía los tratados de Aristóteles como si fueran cuenticos de niños. El famoso doctor de
la iglesia enfocó su agudo acumen filosófico en sintetizar la obra de Aristóteles e incorporarla en
la teología cristiana. El curriculum de las universidades durante el siglo XIII estuvo dominado
por el paquete aristotélico tal como fue preparado por Tomás de Aquino — programa que es
conocido con el nombre de escolasticismo. A partir de Tomás de Aquino, desde las pruebas de la
existencia de Dios hasta la explicación de la transubstanciación incorporan la filosofía de
Aristóteles. He aquí la razón por la cual se propagó el error del geocentrismo y porqué los
ataques de Galileo al aristotelismo fueron castigados tan severamente por las autoridades
eclesiásticas. Los teólogos de la época se dieron cuenta de que si los principios aristotélicos
estaban en error el entero edificio de la teología del catolicismo caía al piso. Para los teólogos
censurar a Galileo era un imperativo para salvar a la iglesia con mayor razón cuando los
protestantes andaban pinchándola por otro lado.
Racionalismo contra empirismo
Mientras que Galileo y Newton perpetraban la revolución más importante en la entera historia
del pensamiento occidental los filósofos debatían la cuestión sobre cómo ganamos conocimiento
del mundo externo. Surgieron dos formulaciones rivales: el racionalismo continental versus el
empirismo británico. Los racionalistas (René Descartes 1596-1650, Baruch Spinoza 1632-1677 y
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Gottfried Wilhelm Leibniz 1646 -1716) siguiendo a Platón, pensaban que el mundo es
inteligible, que tenemos ideas innatas, y que basta con la razón pura para ganar conocimiento
seguro sobre el mundo. Los filósofos insulares (John Locke 1632-1704, George Berkeley 16851753 y David Hume 1711-1776) por el contrario fueron más precavidos y reconocieron los
peligros a los que puede llegar el raciocinio puro sin contacto con la experiencia. Ellos advertían
que con la sola razón podemos llegar a construir quimeras que nada tienen que ver con el mundo
real. Piensen en un caballo con alas, es perfectamente racional, todos hemos visto las alas y los
caballos, con la razón le pegamos alas al caballo formando un objeto nuevo, pero ¿quién ha visto
un caballo con alas? La razón nos puede conducir a conceptos completamente erróneos si los
primeros principios en los que estos se basan son erróneos. La respuesta que dieron los
empiristas sigue la línea de Aristóteles de confiar en la observación. Negando la posibilidad de
que la conciencia albergue ideas innatas, la tesis de los empiristas decía que mediante las
experiencias, es decir la información que nos entregan los sentidos, vamos elaborando un mapa
mental de lo que es el mundo externo. En resumen, el conocimiento sobre el mundo se deriva de
la experiencia. Nótese que tanto los racionalistas como los empiristas admiten la existencia de
una realidad objetiva, la diferencia entre ellos está en la manera como ganamos acceso a esa
realidad. Más adelante Immanel Kant (1724-1804) desarrolló una tesis filosófica donde mezcla
racionalismo con empirismo diciendo que las percepciones sí son la base del conocimiento y
tambén reconoce que existe en la conciencia ciertas condiciones innatas que determinan la
manera como vemos el mundo.
Si tuviéramos a Simplicio aquí presente nos estaría
preguntando, bueno y ¿Quién ganó, los racionalistas o los empiristas? Veamos: si examinamos
cómo se desarrolló la teoría de la relatividad de Einstein, la balanza se inclina favorablemente al
lado de los racionalistas ya que los fenómenos relativistas no están al alcance de la experiencia
humana. Por otro lado, los teóricos han desarrollado multitud de teorías perfectamente racionales
que nada tienen que ver con el mundo. Los teóricos han creado un vasto zoológico de quimeras
que, como caballos alados, nadie ha observado: axiones, squarks, higgs, monopolos, neutralinos,
wimps, super cuerdas y otras fantasías exóticas. En la cosmología moderna también podemos
encontrar ejemplos de los riesgos de la razón: se postula la existencia de la energía oscura para
explicar la observación de la aceleración de la expansión del universo. Se llega a la predicción de
esa componente de energía en el universo siguiendo un raciocinio que parte del supuesto de que
el universo es homogéneo, pero ¿qué pasa si el universo en realidad no es homogéneo? En ese
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caso es posible que la energía oscura sea una hipótesis de algo que no existe, la expansión
acelerada podría ser simplemente manifestación de una asimetría en la expansión causada por la
no homogeneidad del universo. Y ¿qué podemos decir con respecto al empirismo? La
cosmología aristotélica con la Tierra en el centro y el Sol dando vueltas correspondía a las
experiencias ofrecidas por los sentidos, un modelo empirista que resultó ser completamente
erróneo. En conclusión, la tarea de teorizar sobre cómo conocemos el universo es un asunto
difícil que se resiste a ser caracterizado por recetas simples, tanto la razón como los sentidos nos
pueden engañar. La actividad científica tal como es practicada hoy en día tiene una componente
empirista y una racionalista, aunque la ciencia moderna a grandes términos es eminentemente
empírica, no podemos decir categóricamente que se ajusta a la aproximación empirista, si
hacemos una visita a cualquier departamento de física de cualquier universidad encontraremos
físicos teóricos y físicos experimentales.
En el año 1687 salió publicada el Principia, la obra máxima de Sir Isaac Newton donde presentó
las leyes de movimiento y de la gravedad universal con las cuales se pudo explicar la forma
elíptica de la órbita de los planetas en torno al Sol y fueron usadas por los astrónomos para
realizar cálculos precisos de los movimientos planetarios, eclipses y otros fenómenos
astronómicos. El éxito de la teoría de Newton fue tan contundente que en poco tiempo otras
disciplinas comenzaron a emularla. Los Principia y lo que el mecanicismo newtoniano acarreó
fue decisivo para el desarrollo de la sociedad en los siglos venideros. A partir de ese momento la
ciencia se convirtió en una componente estructural de la sociedad. Podemos afirmar sin temor a
exagerar que los avances científicos del siglo XVII fueron el agente inspirador de los ideales de
la Ilustración y el motor de la revolución industrial. La entrada al siglo XX quedó marcada por la
exagerada confianza en la ciencia que a su vez, y por esa misma época, comenzó a provocar una
reacción de rechazo en contra de lo que era percibido como un imperialismo de la ciencia.
Algunos de los filósofos que se interesaron por seguir los triunfos de la ciencia reconocieron que
la ciencia, como actividad generadora de conocimientos seguros, presenta ventajas porque los
productos de la actividad científica son confiables. Un grupo de particular interés — el
positivismo lógico — que se formó en la Viena de la década de 1930 se interesó por identificar
qué criterios diferencian la ciencia de la seudo ciencia y de otras disciplinas con pretensiones
científicas. Los nombres de Karl Popper y Bertrand Russell se destacan, especialmente Popper
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por definir un criterio muy claro de demarcación que ya fue mencionado en el tercer capítulo en
relación al modelo cosmológico de su amigo austriaco Thomas Gold. Popper, quien fue profesor
de la Escuela de Economía de Londres (LSE), es aclamado como uno de los pensadores más
influyentes de nuestro tiempo. Él quedó impresionado con los resultados experimentales que
confirmaron la teoría de la relatividad general de Einstein. Sigamos en detalle la historia de esta
medición porque nos ayudará a ver con claridad la idea de Popper. Después de haber completado
la formulación de la teoría general de la relatividad en 1916 Einstein predijo con su teoría que
durante un eclipse de Sol la posición aparente de una estrella detrás del Sol se debería desplazar
por una cantidad de media milésima de grado (los astrónomos miden la posición de una estrella
sobre la bóveda celeste en grados, es decir el ángulo relacionado con la dirección hacia donde
apunta el telescopio). Media milésima de grado es equivalente al ángulo que subtiende un balón
de futbol a una distancia de 30 kilómetros, un ángulo bastante pequeño pero suficientemente
grande para ser medido con buena precisión por los telescopios disponibles en esa época. El
desplazamiento de la posición aparente de la estrella se debe a la desviación que sufre la luz de la
estrella al pasar en cercanías del Sol. En la teoría de Einstein el Sol deforma el espacio a su
alrededor — esto es lo que causa la atracción gravitacional — y por lo tanto la luz de la estrella
se desvía. En 1919 se presentó la oportunidad para hacer la medición durante el eclipse solar del
29 de mayo que sería visible en totalidad desde lugares cercanos al ecuador terrestre. Los
astrónomos Frank Watson Dyson director del Observatorio de Greenwich y Arthur Stanley
Eddington de quien ya hemos hablado bastante, los dos muy versados en astrometría, se
encargaron de organizar una expedición para observar el eclipse y ver si el efecto predicho por
Einstein era real o no. Eddington viajó a la isla de Príncipe en la costa de África occidental y
Dyson mandó dos de sus asistentes a una estación en el norte de Brasil. El efecto fue observado y
la medición entregó resultados que mostraron inequívocamente la validez de la teoría de
Einstein. Dicho sea de paso, ya que estamos hablando de filosofía y de ciencia, que una
interpretación de esta observación que es popular entre filósofos e historiadores de la ciencia dice
que los resultados de Eddington fueron manipulados para entregar el resultado deseado. ¡No! no
fue así, un reanálsis de las placas fotográficas originales demostró que no hubo manipulación de
los datos, además, después de Eddington se han realizado numerosas mediciones adicionales que
corroboran los resultados de Eddington100. Pero no nos desviemos, estamos hablando de Popper.
Para él una teoría gana peso cuando hace predicciones atrevidas que puedan ser usadas para
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rechazarla si los datos no soportan la predicción. Salviati expresó la idea muy adecuadamente
diciendo que toda teoría científica debe incorporar su propio instrumento para hacerse el harakiri
en caso de no ser consistente con los datos. Las teorías científicas buenas tienen que hacer
predicciones verificables y de alto riesgo. Las predicciones débiles no sirven. Si mi teoría predice
que “hoy tendrás un encuentro con una persona agradable” nunca se podrá comprobar: por una
lado tener encuentros con personas durante el día es una ocurrencia normal, por otro lado, que
una persona le parezca a uno agradable es algo subjetivo que no se puede determinar
inequívocamente. Las predicciones tienen que ser robustas, específicas y algo atrevidas como “la
posición de esa estrella se va a desplazar dos milésimas de grado durante el eclipse solar”.
Nótese la gran utilidad del criterio de Popper: si la predicción de Einstein no se hubiera
verificado la teoría se tendría que rechazar. Por otro lado, si la predicción pasó la prueba eso no
quiere decir que la teoría quedó comprobada porque otras predicciones de la misma teoría
pueden no concordar con los datos. En otras palabras, Popper nos dijo cómo probar que una
teoría es falsa mas no cómo probar que es correcta.
SIMPLICIO: ¿Funciona el criterio de Popper? ¿Qué pasa si se aplica al big bang?
(Parece que Simplicio no se ha dado cuenta que para él ya ha bajado el telón, sin embargo
gracias a su insistencia logró negociar con el autor un rol muy reducido con el único fin de
ayudar el flujo de la exposición con preguntas pertinentes y bien atinadas.)
Los científicos han reconocido la utilidad de la idea de Popper y por lo general en la práctica
científica se ha adoptado su criterio como una guía. El modelo cosmológico estacionario de
Hoyle fue rechazado porque predecía que la densidad de galaxias en el universo es la misma en
el pasado que en el presente, lo cual no es consistente con las observaciones astronómicas que
revelan un universo más denso y caliente en el pasado. En gran medida el big bang ha sido
aceptado porque sus varias predicciones específicas y audaces que hasta el momento han sido
observadas y corroboradas con exquisita precisión por cientos de experimentos. La lista es larga:
la existencia de la radiación cósmica de fondo, el espectro térmico de la radiación cósmica de
fondo, las anisotropías en la radiación cósmica de fondo, la polarización de la radiación cósmica
de fondo, la abundancia de hidrógeno, helio y litio en el universo, las características de la
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distribución de galaxias en el espacio y la expansión del espacio. Yo creo que la pregunta más
relevante sería ¿Cómo hubiese reaccionado Einstein si Eddington hubiese reportado las malas
noticias de no haber observado el efecto predicho por la teoría? ¿Hubiera Einstein rechazado su
teoría en estas circunstancias? Mi sospecha es que Einstein le hubiera respondido a Eddington
algo así: “mi querido Eddington devuélvase por favor a su observatorio y revise sus aparatos que
no están funcionando bien, mi teoría es correcta, hubo algún error en sus observaciones”. De
hecho así fue su reacción cuando se le informó que un resultado experimental relacionado con la
masa del electrón no estaba de acuerdo con la teoría especial de la relatividad que predecía el
aumento de la masa del electrón a medida que su velocidad aumenta. Cuando Einstein formuló
su teoría especial de la relatividad en 1905 el físico experimental alemán Walter Kaufmann
realizó mediciones de la masa de electrones a altas velocidades concluyendo que los resultados
no favorecían la teoría de Einstein. Los resultados de Kaufmann estaban de acuerdo con la teoría
alterna de Max Abraham que le competía a la relatividad. Después de revisar el reporte del
experimento y al no poder encontrar una falla aparente en el trabajo de Kaufmann, Einstein
comentó que a pesar de los datos contrarios a su predicción la teoría de la relatividad debe ser
correcta porque su poder explicativo abarca coherentemente un dominio más amplio y a nivel
más fundamental que las otras alternativas. Más tarde se demostró que había errores en los
experimentos de Kaufmann101.
La historia de la física ofrece una abundancia de ejemplos similares al incidente EinsteinKaufmann que exponen los peligros del criterio de Popper. La mecánica de Newton con la que
construimos puentes y edificios, por ejemplo, es una teoría falsa — de acuerdo a Popper —
porque hace predicciones contrarias a las observaciones y por lo tanto tendríamos que rechazarla.
Este criterio es como un cuchillo para cortar basura, el problema es que si lo siguiéramos
religiosamente terminaríamos rechazando casi todas las teorías científicas ya que la práctica
experimental es enredada y sucia, raramente los experimentos entregan resultados absolutamente
claros y libres de toda ambigüedad. Además, lo que observamos en la práctica científica es que
los teóricos no abandonan su teoría ante resultados experimentales adversos: ellos la ajustan. El
termino ajustar la teoría se ha convertido en la crítica favorita de los enemigos del big bang.
Con esto queremos decir que la teoría del big bang — como cualquier otra, incluyendo el
modelo cosmológico alternativo de Narlikar — está formulada en términos de unos parámetros
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que se pueden cambiar de acuerdo a las observaciones. Esta práctica es normal, así se construyen
las teorías científicas, sin embargo es común encontrarse con críticos del big bang que se
escandalizan porque los parámetros de la teoría se ajustaron para acomodar los datos. Así es, las
teorías tienen cierta elasticidad que les permite modificarse — hasta cierto punto — cuando
aparecen datos nuevos. Claro, una teoría que goza de plasticidad sin límite sería una teoría tonta
y poco útil, como la teoría que dice que “hoy tendrás un encuentro con una persona agradable”.
Lo que está manifestando la elasticidad de las teorías es que el criterio de Popper después de
todo no es tan útil, lo cual es el elemento principal de la crítica a Popper realizada por otro de los
grandes filósofos de nuestro tiempo, el profesor de Harvard Willard Van Orman Quine. Las
teorías no son cuerpos aislados, las teorías vienen rodeadas de hipótesis auxiliares — dice Quine
— que se pueden rechazar, para salvar la teoría, cuando no están de acuerdo con los datos102. La
tesis de Quine implica que dado un conjunto de datos experimentales existe un gran número de
teorías que se pueden ajustar para explicar los datos. Con ello Quine, sin abogar por el
relativismo, término socavando el ideal de los positivistas de poder escoger entre teorías por
medio de experimentos cruciales que den pie para eliminar las teorías falsas.
A finales del siglo XIX y comienzos del siglo XX el entusiasmo por lo científico y lo racional
inundó la mente de los intelectuales de la época quienes llegaron a pensar que bastaba con solo
un poco de tiempo para llegar a una visión unificada de la ciencia donde todos los fenómenos
serán explicados científicamente. Se pensaba que ramas de estudio como la sicología y la
sociología se podrían reducir algún día a ciencias formales como la física. Manifestaciones de
este estado de euforia aparecieron en posiciones mecanicistas extremas a favor del determinismo
causal como la de Pierre-Simon Laplace quien afirmó que bastaba con conocer el estado presente
de movimiento de los átomos para poder predecir el futuro. Como era de esperarse hubo una
fuerte reacción por parte de intelectuales del lado de las humanidades. El sentimiento de rechazo
al cientifismo quedó ásperamente plasmado en palabras de Ernesto Sabato cuando dijo que la
ciencia se convirtió en un nuevo fetichismo, dogmática y peligrosa103. Vino la primera guerra
mundial, luego Hiroshima y Nagasaki, 170 000 seres humanos quedaron evaporados en cuestión
de pocos segundos víctimas de dos bombas atómicas que para algunos fueron dos hijos bastardos
de la ciencia. Luego la historia nos trajo la guerra de Viet Nam y la carrera armamentista de la
guerra fría donde las superpotencias terminaron acumulando más de 6 000 bombas nucleares
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suficientes para destruir la civilización. La sociedad comenzó a percibir un lado siniestro de la
ciencia al enterarse de científicos que trabajaban en el desarrollo de armamentos nucleares cada
vez más monstruosos y de otros “productos de la ciencia” potencialmente nefastos y
destructivos. La ciencia y la tecnología se convirtieron en una cuestión que afecta al público,
como quedó reflejado en el famoso libro Primavera silenciosa de Rachel Carson en 1962 donde
la autora expone los daños que causan los pesticidas al ambiente y las mentiras diseminadas por
la industria química para mantener a la sociedad en ignorancia. Durante los años 60 surgió el
movimiento ambientalista y el movimiento pacifista que en común tenían un sentimiento de
desconfianza y de rechazo a la ciencia. Para muchos intelectuales de izquierda la ciencia era vista
como un instrumento asociado a los regímenes de poder. En este ambiente surgió una de las
críticas más severas que se hayan atestado en contra del llamado imperialismo cultural de la
ciencia. La chispa de la protesta fue encendida por Thomas Kuhn, un físico de Harvard
convertido en historiador de la ciencia del cual es obligatorio hablar en cualquier discusión sobre
la sociología de la ciencia. Kuhn propinó el golpe final a la ya moribunda idea de los positivistas
lógicos con la publicación en 1962 de su libro Estructura de las revoluciones científicas cuyos
cimbronazos sacudieron el mundo académico y los remesones aun se sienten en los
departamentos de sociología y filosofía de nuestras universidades.
Los estudios de la ciencia — inspirados en Kuhn — han generado excesiva controversia, muchas
chispas y poca luz, sus ideas no han sido entendidas por los científicos y en la década de 1990 el
desacuerdo generó la denominada “guerra de las ciencias”. Hubo posiciones extremas, al borde
de la histeria, en los dos lados de la confrontación. Para algunos científicos esos sociólogos y
filósofos son una pandilla de incompetentes, charlatanes, farisaicos que no tienen ni idea de qué
es una fuerza pero sí pontifican sobre lo que es y no es la ciencia. En gran medida la reacción
negativa por parte de los científicos no es del todo culpa de ellos, basta con considerar las
posiciones extremadamente ridículas a la que llegaron algunos expositores de esta nueva
disciplina. Mencionaré solo dos ejemplos que no necesitan comentario. El filósofo austriaco Paul
Feyerabend considerado por algunos como una de las vedettes más iluminadas de los círculos
anti ciencia, para otros un anarquista radical, para otros un payaso, básicamente sostenía que la
ciencia y el vudú tienen los mismos derechos a reclamar validez epistémica, en una ocasión
proclamó: “Aplausos a los fundamentalistas religiosos de California que lograron remover la
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teoría de la evolución en los textos escolares para remplazarla por lo que dice el libro del
Génesis.”104 Otra estridencia viene del feminismo radical en boca de Sandra Harding cuando en
una crítica a la ciencia masculina compara las leyes de Newton con un manual de violación de
mujeres105. Dejando las chispas a un lado, vale decir que los estudios de la ciencia han hecho
contribuciones importantes al entendimiento de la actividad científica, esclareciendo el
significado y los límites de una teoría científica, señalando que el proceso científico es
vulnerable a influencias y sobretodo salvándonos del cientifismo ciego.
Kuhn declaró que si miramos apropiadamente la historia de la ciencia nos daremos cuenta que la
supuesta objetividad de la ciencia es una falsa pretensión. La historia de la ciencia contada por
los mismos científicos — dice Kuhn — está llena de héroes popperianos que luchan
valientemente por descubrir la verdad absoluta e inmutable de la naturaleza que yace allí afuera a
la espera de ser descubierta. Nada de eso — continúa Kuhn — es cierto cuando ponemos
atención al contexto social en torno al proceso científico. Observando apropiadamente la historia
de la ciencia se identifica un patrón en la manera como trabajan los científicos que se caracteriza
por períodos normales interrumpidos esporádicamente por cambios revolucionarios. Lo que hace
el científico día a día, levantarse, ir al laboratorio, ajustar los aparatos, hacer mediciones, hacer
cálculos, volver al laboratorio, hacer más ajustes a los aparatos, hacer más medidas, etcétera, es
la ciencia normal. Esta actividad se desarrolla dentro de un paradigma, y si se sospecha que la
palabra paradigma ha sido abusada, eso sería culpa del mismo Kuhn quien, de acuerdo a la
contabilidad de un filósofo, ¡usó la palabra paradigma en su libro Estructura con 21 significados
diferentes! Un paradigma es un marco conceptual fabricado de común acuerdo por una
comunidad de practicantes, en otras palabras un paradigma es la teoría dominante. La ciencia
normal es dogmática y se resiste al cambio pero cuando la teoría de turno se encuentra avasallada
por una tormenta incesante de resultados experimentales adversos llega un punto en el que a los
científicos no les queda otra alternativa que admitir el estado de crisis insostenible y rendirse. En
ese ambiente se fragua un cambio de paradigma, o revolución, que para Kuhn es un proceso que
no está regido por la lógica y la razón sino más bien por presiones sociales. Más injurioso aun
fue su noción de que no existe una manera neutral de seleccionar paradigmas porque los
experimentos están contaminados por la teoría. Los experimentos científicos no son neutros,
están diseñados dentro de un paradigma y los científicos están condicionados a ver los datos bajo
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la óptica del paradigma al cual se subscriben. Otra objeción lanzada por Kuhn a la posibilidad de
que la ciencia progresa cuando se da un cambio de paradigma es la “inconmensurabilidad” o
imposibilidad de comparar los nuevos conceptos con los viejos. De todo esto se deriva la
devastadora sentencia de que la ciencia no progresa hacia la verdad, el conocimiento generado
por la ciencia no es seguro ni objetivo. No puede serlo si la ascensión de un paradigma está
supeditada a factores sociales. Con esto, Kuhn derrumbó la noción angelical de la ciencia como
aquella disciplina privilegiada que posee un método para llegar a la verdad absoluta. Para los
intelectuales que se sentían marginalizados por la posición de privilegio, autoridad y prestigio
ostentada por los científicos el grito de Kuhn fue como una piñata, y salieron en estampida con
júbilo hinchado a celebrar el fin del imperialismo cultural de la ciencia a ver si podían recoger
confeti que les sirviera para escribir artículos. Mientras tanto la mayoría de científicos no se
dieron cuenta que su hermoso palacio construido en 2 500 años de arduo trabajo ardía en llamas.
Algunos de los pocos científicos que se enteraron del saqueo no entendieron los predicados de
esa lengua foránea y escandalizados acusaron a los expositores de la nueva doctrina de ser unos
sofistas que poco entendían de ciencia. El ambiente se polarizó a niveles innecesarios y no
productivos. Los estudios de la ciencia cobraron vigor y los argumentos refinados de los
académicos que estudian el proceso científico se consolidaron en la escuela de pensamiento
llamada “post modernismo”. En ella se niega el modernismo, esa idea impulsada en la era de la
Ilustración en el siglo XVIII que acentúa el predominio de la razón humana y de la ciencia;
promueve la creencia en el progreso humano; y cree que la ciencia provee un método universal,
libre de valores, para encontrar la verdad objetiva en contraposición a las creencias sin base
racionalista. En contraste, el post modernismo está caracterizado por el rechazo a la búsqueda de
leyes universales, de explicaciones hegemónicas absolutistas y de los reclamos de objetividad del
conocimiento científico.
La teoría científica concebida como una construcción social se convirtió en la directriz de la
doctrina post modernista bajo la cual emergió una amplia gama de posiciones difícil de resumir
aquí. A medida que hurgamos el vasto terreno abarcado por los estudios de la ciencia nos damos
cuenta que no existe un consenso entre los sociólogos de la ciencia y los filósofos de la ciencia,
para empeorar las cosas parece que hay una “ley” que rige los estudios de la ciencia: para
cualquier tesis de los estudios de la ciencia — no importa en qué lado del espectro ideológico se
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encuentre — existe un resuelto grupo de filósofos y sociólogos que se opone violentamente a
ella. Para nuestro propósito es suficiente con identificar los puntos más salientes y que mayor
influencia han ejercido en los estudios de la ciencia. Decir que las teorías científicas son una
construcción social es una afirmación aparentemente inocua (difícil sería no aceptar que la
ciencia es una empresa humana) excepto que conlleva implicaciones de gran calibre, una de las
cuales sería que no existe diferencia entre la ciencia, el vudú, la religión o cualquier otra
cosmovisión ya que al fin de cuentas todas ellas son construcciones sociales.
Según esa
interpretación extremista, rotulada “todo vale” y promovida vigorosamente por algunos
académicos como Feyerabend, cada grupo tiene su propia cosmovisión y es imposible e
impráctico distinguir entre una cosmovisión valida o verdadera y otra falsa. No todos los
sociólogos adoptan una posición extrema, pero entre las corrientes post modernas se puede
distinguir un común denominador caracterizado por las siguientes afirmaciones con respecto a la
ciencia: (1) la ciencia no es libre de valores, no es neutral ni objetiva, incorpora juicios no
lógicos, es susceptible a influencias ideológicas y sesgos personales; (2) los experimentos están
al servicio de la teoría — todo resultado experimental necesita una interpretación bajo la luz de
una teoría; (3) la ciencia no es la única manera de aproximarse a la naturaleza, (4) el
conocimiento científico no es progresivo — es decir el conocimiento acumulado no garantiza
que nos estemos aproximando a la realidad; y (5) no existe el proverbial “método científico”. En
lo que sigue nos referiremos a estos cinco puntos como “las tesis del post modernismo”.
SIMPLICIO: Me parece que es poco lo que se ha progresado en los 2 400 años entre Platón y los
sofistas de hoy. Los pensadores siguen divididos en relativistas y racionalistas, dos posiciones
extremas, intransigentes e incomunicables.
Propongo que examinemos el contexto social y las razones que dieron lugar para que la teoría del
big bang terminara siendo aceptada por la comunidad científica. El ejercicio nos debe
proporcionar elementos de juicio para evaluar las tesis del post modernismo y determinar si son
consistentes con lo que ocurrió en la cosmología.
En el segundo y tercer capítulos asistimos al espectáculo de lucha libre entre los astrónomos y
físicos que trabajaban en cosmología. Vimos cómo el trabajo de Hoyle y Shapley quedaron
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marcados por la pelea entre ellos por definir la extensión del universo y la naturaleza de las
nebulosas espirales. Vimos como los ejércitos de Hoyle y Gamow mantuvieron por 20 años una
disputa por dos modelos cosmológicos que generó más pataleta que raciocinio. La historia de la
cosmología moderna nos muestra que el desarrollo de una teoría no es algo que sucede de una
manera higiénica y lineal siguiendo los pasos de una receta. Al contrario, la cosmología nos
ofrece un ejemplo vivo de las complicaciones y la confluencia de factores sociales que terminan
dando forma a una teoría científica. Personalidades fuertes, egos inflados, rivalidades, seducción
de la fama, intolerancia y manejo de los medios de comunicación son ejemplos del entorno social
que acompaña la actividad científica. Una ironía descomunal, que muestra dramáticamente cómo
la ciencia no progresa linealmente ni sigue un método aséptico, es que el trabajo más importante
de Hoyle es el haber resuelto el problema que bloqueaba el modelo del big bang. Hoyle
descubrió una propiedad importante del elemento carbono que le permite explicar la producción
de los elementos químicos más allá del hidrógeno en reacciones que ocurren en las estrellas. Con
este trabajo quedó resuelto el problema de explicar la abundancia de los elementos químicos más
allá del helio.
Desde el comienzo, la teoría del big bang fue rechazada por la comunidad científica. Cuando
idearon el modelo cosmológico estacionario Bondi y Gold se jactaban de haber creado una teoría
que es falsificable y señalaron que el big bang no era una teoría buena porque no era falsificable
puesto que cualquier observación del pasado del universo que no se ajuste al modelo se le podría
atribuir a efectos de “evolución galáctica”106. Hoyle declaró que el big bang “es un proceso
irracional que no se puede describir en términos científicos”107. La ideología del materialismo
dialéctico interfirió con el avance de la teoría del big bang entre los cosmólogos de China y en la
Unión Soviética, sin embargo Y.B. Zel‟dovich — uno de los grandes cosmólogos del siglo
pasado — se convirtió en un ardiente seguidor del big bang cuando se enteró de la detección de
la radiación cósmica de fondo. Mientras tanto la propuesta del big bang era mirada con sospecha
por los físicos de occidente por la incómoda asociación con la idea de un comienzo del universo
en el tiempo que abría las puertas para que los ideólogos contrabandearan la noción de un
creador. En fin no podemos negar que la cosmología moderna es una empresa humana repleta
de influencias de carácter social y tocada por la influencia de fuertes personalidades. Para la
comunidad relevante — la comunidad científica — la idea del big bang era ridícula y las peleas
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entre los cosmólogos aplacaron el apetito de los científicos para meterse en el tema con seriedad.
La confusa situación quedó ilustrada adecuadamente en las notas de Simplicio que copiamos
abajo con su autorización. En resumen, nadie quería el big bang, sin embargo la idea aparecía y
reaparecía en todos los rincones a pesar del ambiente adverso en su contra.
Figura 5-2. Notas de Simplicio
No existía interés por el big bang de lo contrario se esperaría que los cosmólogos hubieran
perseguido agresivamente la detección de la radiación cósmica de fondo predicha por Alpher y
Herman. La existencia de una radiación de fondo con características específicas constituye una
predicción atrevida que reúne todos los atributos recomendados por Popper. Desde el momento
en que se hizo la predicción (1948) era clarísimo para los teóricos que detectar esa radiación
significaría el requiescant in pace inmediato para el modelo de Hoyle y al mismo tiempo un
soporte significativo al big bang, pero los astrónomos no se interesaron por hacer la medición.
Los físicos I.D. Novikov y A.G. Doroshkevic exhortaron a los radio astrónomos para que
buscaran la radiación de fondo y señalaron que la antena de los Laboratorios Bell, con la que
Penzias y Wilson hicieron el descubrimiento, sería un instrumento adecuado. La tecnología
estaba disponible para detectar los ecos del big bang sin embargo los astrónomos no se
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interesaron. Alpher y Herman se retiraron de la cosmología y cuando el descubrimiento
finalmente se realizó, 30 años más tarde, Penzias y Wilson no estaban empeñados en probar el
big bang. El experimento crucial para la cosmología moderna — la detección de la radiación de
fondo — no fue planeado dentro del marco de una teoría, de hecho no fue algo planeado, ¡la
observación ocurrió accidentalmente! Igual se puede decir del descubrimiento de la expansión:
Hubble era un astrónomo que se preocupaba por la precisión de sus observaciones más que por la
interpretación. En sus publicaciones, la implicación teórica de sus observaciones ocupó un lugar
marginal. Hubble no estaba enterado del big bang cuando descubrió la expansión y la única
mención que aparece en su artículo con referencia a posibles interpretaciones teóricas es la
alusión que hizo al “efecto de Sitter”, que sería contrario al big bang. Los estudios
espectroscópicos realizados durante más de tres décadas antes de 1925 proveyeron el tercer pilar
empírico del big bang — las abundancias relativas de los elementos ligeros en el universo — sin
embargo las observaciones astronómicas subyacentes fueron realizadas en total aislamiento de
los desarrollos teóricos de los cosmólogos. Parece entonces que en el caso de la cosmología
moderna los datos que terminaron sustentando el modelo aceptado por la comunidad surgieron
fuera del dominio de un paradigma celador.
Burdamente podemos decir que la historia de la astronomía es la historia de cómo observaciones
al borde de la sensibilidad de los instrumentos fueron más adelante juzgadas como espurias o se
establecieron como realidades empíricas incontrovertibles una vez que los avances tecnológicos
de observación lo permitieron. El ejemplo que nos ofreció Salviati es contundente: hace 400 años
Galileo apuntó su telescopio a la Luna y observó cráteres y otras cicatrices de rasgo terrenal que
al comienzo muchos no aceptaron dada la posibilidad de atribuir la observación de esas
irregularidades a efectos ópticos del aparato o a fuentes atmosféricas. Cuando se perfeccionó la
tecnología de telescopios nadie negaba la presencia de cráteres en la luna y 360 años después de
las observaciones de Galileo, Buzz Aldrin pisó esos mismos cráteres con sus propios pies, ahora
podemos decir que los cráteres de la Luna son realidades empíricas incontrovertibles. Este
ejemplo sirve para ilustrar el proceso de acercamiento hacia la naturaleza que se logra con el
avance de las tecnologías que permiten hacer mediciones cada vez de mayor fidelidad. Como
éste existen varios ejemplos en cosmología. En 1920 nadie conocía la naturaleza de las nebulosas
espirales y se debatía intensamente la hipótesis de la existencia de galaxias, sin embargo al día de
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hoy nadie reta el concepto moderno de galaxia. La medición de la rapidez de expansión — que
determina la edad del universo — realizada por Hubble padecía de errores pero una vez
corregidos se repitieron las mediciones por grupos independientes usando una amplia gama de
tecnologías cada vez más precisa. Mediciones recientes reportan la edad del universo con un
error de apenas el uno por ciento108. A este resultado se llegó después de un arduo camino que se
demoró 80 años por recorrer y en el cual se lograron obtener más de 500 mediciones de la
constante de Hubble usando 26 métodos diferentes de medición de distancia. La historia nos
muestra un patrón en el que observaciones iniciales borrosas se convierten en hechos empíricos
bien establecidos y durante el período de gestación del concepto las ideas son inciertas, el debate
intenso y los datos insuficientes. En resumen, el proceso que nos condujo hacia el modelo
cosmológico estándar nos muestra que sí existe una convergencia de las observaciones hacia
realidades empíricas estables e incontrovertibles.
En términos simplistas podemos describir el método científico como la receta para elaborar
teorías científicas a partir de datos experimentales. Tanto el big bang como el modelo
estacionario y sus variantes no fueron el producto final de una complicada receta que aprenden
los científicos en la universidad, estas teorías fueron producto de la imaginación. Con Einstein
diríamos que “las teorías científicas son libres invenciones de la imaginación…”. Pero, también
con Einstein, tendríamos que añadir que no todas las invenciones de la mente son iguales y que
un buen científico debe estar dispuesto a renunciar a su creación cuando los datos así lo obligan.
El papel que juega la imaginación en la actividad de crear teorías científicas es algo que no es
considerado parte del “método científico” tradicional. Giordano Bruno (1600) imaginó el
universo compuesto por una multitud de mundos como el nuestro; Kant elaboró un modelo del
universo donde existen sistemas galácticos dispersos por el espacio; Edgar Allan Poe desarrolló
en 1848 una conjetura sobre el universo sorprendentemente cercana al big bang de los años
1930s. En su poema en prosa Eureka, Poe propone — con base en argumentos místicos y fuera
de la práctica común del científico — un modelo del origen del universo a partir de un átomo
primordial del cual emana energía de radiación que se expande en el espacio. ¿Se pueden
considerar como científicas las ideas de Poe, Kant y Bruno? ¿Acaso no fue la relatividad de
Einstein una idea igualmente especulativa y fantástica cuando él la propuso? Para dar una
respuesta congruente tendríamos que examinar porqué algunas ideas igualmente fantásticas y
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propuestas por practicantes de la ciencia fueron rechazadas. ¿Por qué hoy no se enseña en clase
de ciencia las teorías del calórico, el flogisto, el éter luminífero y los epiciclos tolemaicos? La
respuesta a esta pregunta encierra un poderoso mensaje que señala nítidamente que — a pesar de
las interferencias intrínsecas del quehacer humano — la ciencia sí soporta un proceso de
convergencia hacia realidades empíricas contrastables. Abundan los ejemplos de teorías
científicas, hoy aceptadas, que inicialmente fueron conjeturas exóticas. Por otro lado, con la
relatividad Einstein nos mostró que nuestra intuición sobre el mundo físico basada en
experiencia sensorial puede ser fundamentalmente errónea. Es innegable que la intuición y esa
mezcla de especulación e introspección — que el filósofo americano Charles Sanders Peirce
llama abducción109 — juegan un papel determinante en la gestación de una teoría científica pero
esto no significa que las teorías científicas son arbitrarias ni justifica el rechazo extremo a la
razón y a la lógica promovidos por Derrida y Foucault. La lección es que el concepto de “método
científico” no es un concepto práctico y que la ciencia es simplemente otra actividad humana y
por lo tanto no es inmune al empantanamiento característico de las empresas humanas. Si esta
condición es lo que se entiende como “construcción social” entonces efectivamente una teoría
científica sí es una construcción social. Esto no quiere decir que todas las construcciones sociales
son equivalentes: las teorías científicas son construcciones sociales que presentan ventajas
epistémicas de las cuales otras construcciones sociales no gozan. La innegable convergencia de
los productos de la ciencia hacia realidades empíricas incontrovertibles y la pasión con la que los
científicos se entregan despiadadamente a encontrar errores en las teorías de sus colegas son las
bases que hacen de la ciencia una cosmovisión que goza de privilegios epistémicos. Esta manera
de aproximarse a la naturaleza promueve una actitud de honestidad y respeto hacia los datos
empíricos del mundo externo
La actividad ciencia incorpora de manera estructural un
mecanismo agresivo de identificar y corregir errores. Las teorías son resultado de un proceso de
adaptación en el que las teorías nuevas tienen que competir con otras y en última instancia el
criterio de sobrevivencia reside en la capacidad de la teoría en explicar las observaciones y estar
de acuerdo con los datos110. La pregunta que más potencial tiene para iluminar el entendimiento
del proceso científico por parte de los estudios de la ciencia no es ¿cómo surge una teoría? sino
¿qué es lo que hace que una teoría sea abandonada? Aquí es donde está el verdadero valor del
proceso científico. El proceso científico posee un mecanismo auto-censurador que con el tiempo
se encarga de desechar teorías que no corresponden con las observaciones. Aquí está la
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verdadera diferencia entre la ciencia y otras disciplinas. El flogisto y el calórico fueron teorías
respetables propuestas por científicos de talla, sin embargo fueron abandonadas ¿Por qué hoy no
enseñamos en nuestras universidades la teoría del flogisto y del calórico? Me parece que esta
pregunta ofrece mayor potencial para ganar entendimiento del proceso científico. ¿Cuándo se ha
visto a un astrólogo practicante empeñado en destruir los fundamentos conceptuales de su
práctica? En contraste, como bien lo expresa Sabato, “Al fin y al cabo, los primeros que en el
siglo XX comenzaron a dudar de la ciencia fueron los matemáticos y físicos, de modo que
cuando todo el mundo empezaba a tener ciega fe en el conocimiento científico sus más
avanzados pioneers empezaban a dudar de él”111. Popper tenía razón: fueron los golpes recibidos
por los 80 años en que los cosmólogos intentaron vehementemente por destruir el big bang los
que hicieron que esa teoría se convirtiera en un modelo robusto y fuera aceptada por la
comunidad científica. En tono irónico podríamos darle una lectura contestataria a Kuhn — quien
prendió la mecha anti ciencia — diciendo que fue el mismo Kuhn quien demostró las ventajas
epistémicas del proceso científico al reconocer que es justamente a través de las revoluciones
científicas — o cambios de paradigma — como la ciencia se libera de teorías erróneas.
La historia de la cosmología del big bang nos ha mostrado que detrás de cada teoría científica,
detrás de cada experimento científico hay un drama humano que no queda fielmente reflejado en
las tesis de la sociología de la ciencia. Gamow, Alpher, Herman, son buenos perdedores que se
retiraron de la contienda cuando el ambiente en contra del big bang les ofuscó sus ambiciones
profesionales. Hoyle y su reducido sequito por el contrario nunca quisieron abandonar sus ideas
cosmológicas y gastaron esfuerzos desmedidos para acusar a los del otro bando de deshonestos,
dogmáticos y represores. Estamos de frente a una conducta humana que es apenas natural: hay
buenos perdedores y hay malos perdedores, cuando un investigador crea su propia teoría y le
invierte todo su capital intelectual, innumerables horas de arduo trabajo, serios sacrificios
personales y una importante cuota de energía emocional, es de esperar que se entregue con
pasión a defender su teoría. Personalidades fuertes como la de Hoyle contribuyen a hacer que el
apego a su creación intelectual alcance los niveles característicos del activismo político. Los
sociólogos de la ciencia han debido estudiar sicología humana.
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La revisión del contexto histórico y social en el que surgió la cosmología moderna evidencia con
claridad que el big bang y conceptos soporte como materia oscura son el producto de una
empresa humana. Como tal, obviamente está influenciada por factores sociales, pero lo cierto del
caso es que brotó como maleza, muchas veces a pesar de las preferencias de los practicantes, en
contra de las ideas preponderantes en el medio académico y a pesar de los intentos de algunos
influyentes teóricos por suprimirla. En resumen, nadie quería el big bang. Según las tesis de la
sociología de la ciencia y examinando los hechos que rodearon el desarrollo del modelo
cosmológico estándar, sería el modelo estacionario de Hoyle no el big bang el modelo que
terminaría imponiéndose. Lo que nos muestra la historia es que el big bang no era la teoría
esperada y deseada por la comunidad científica, fue rechazada por los grandes pensadores del
momento, no se acomodaba a los venerados principios teóricos de simetría y la predicción que
pondría en prueba el modelo fue ignorada por 30 años. Gamow no estaba persiguiendo el big
bang, más bien se topó con el big bang mientras se ocupaba de investigar el origen de los
elementos químicos en las estrellas. Los físicos no se decidieron fabricar la idea del big bang,
sin embargo esta resurgía una y otra vez como maleza que se resiste a morir. De acuerdo con las
tesis del post modernismo uno esperaría que una teoría florece cuando satisface las expectativas
de la comunidad relevante (la comunidad científica), en otras palabras la teoría aceptada es
aquella que la comunidad quería y estaba preparada para recibir. Pero en el caso de la
cosmología los hechos históricos se contraponen agudamente: la comunidad quería una teoría
con fundamentos matemáticos sólidos que respetara las simetrías fundamentales, sin embargo el
modelo de big bang con su escandalosa singularidad espantó a los cosmólogos. Gamow, Alpher
y Herman, los arquitectos del big bang se lamentaron de haber sido víctimas del rechazo y de la
apatía por parte de sus colegas físicos, que no consideraban a la cosmología como un campo
legítimo de investigación, y por parte de los astrónomos, que no consideraban a los físicos
nucleares como “miembros del club”. Entonces, ¿por qué el big bang se constituyó en el modelo
estándar de la cosmología aceptado por la mayoría de la comunidad científica? La razón es muy
sencilla: la teoría del big bang explica los datos experimentales y hace predicciones específicas
que han sido comprobadas en su totalidad. Eso es todo. La teoría, hasta ahora, es consistente con
las observaciones. Como tal es una teoría útil. Pero el día que surjan observaciones que
contradigan repetidamente y de manera incontrovertible las predicciones de la teoría, esta tendría
que ser rechazada. Lo máximo a lo que podemos aspirar es poder decir que una teoría es válida
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dentro de los límites explorados por los datos experimentales sobre los cuales reposa la teoría.
Bajo esta óptica la teoría del big bang es una buena teoría y ningún científico con sus cinco
sentidos en su lugar va a salir pregonando que el big bang es la teoría final y verdadera sobre el
universo. Lo más probable es que en unas décadas aparezca una teoría más fundamental en la
cual el big bang se subsume.
Modelo de velos
SIMPLICIO: Dejando a un lado el laberintico panorama del proceso científico, ¿Cómo podemos
entender el conocimiento científico sobre el universo?
La tarea del cosmólogo es la de elaborar un mapa del universo, que nos explique de qué está
hecho, qué objetos lo conforman y cómo se originó. Un mapa o en otras palabras una teoría del
universo es una representación que organiza de manera coherente y racional las observaciones
astronómicas. Sabemos que cualquier teoría tiene un carácter aproximativo, dinámico y
provisional que en todo momento debe ser contrastada con los datos nuevos y más precisos que
el experimentador logra negociar con la naturaleza. La tarea del experimentador es la de seducir
a la naturaleza con danzas, maromas y muchos embelecos llenos de cables y válvulas destinados
a extraer de la naturaleza la información necesaria para dibujarla. Gota a gota los secretos más
recónditos del cosmos se revelan en las placas fotográficas, espectros y antenas de radio de los
astrónomos de manera análoga a como retiramos los velos que cubren un objeto escondido.
Lentamente emerge suficiente información para elaborar un modelo confiable del universo. Un
modelo es una aproximación a la realidad como un mapa es una aproximación a las fronteras de
un país. En el caso de mapas geográficos nos podemos equipar de la más sofisticada tecnología y
emprender expediciones recorriendo las playas, los ríos y los bosques fronterizos, cuidando de
no dejar pasar cualquier arruga del terreno y así verificar si el mapa reproduce fielmente nuestras
observaciones. Y si se desea un mapa más preciso basta con incluir en éste los detalles a la
escala que satisfaga los requerimientos del usuario. Así podemos llegar al mapa perfecto
sugerido por Borges112 en uno de sus cuentos, en el cual los cartógrafos del imperio levantaron
un mapa tan preciso que tenía el tamaño del imperio y coincidía puntualmente con él. A
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diferencia de los mapas, con los modelos científicos no podemos aspirar a constatar que el
modelo llegue a coincidir con la realidad. Si un investigador declara que su modelo es real y
verdadero ¿cómo sabemos que la afirmación es cierta? Si efectivamente podemos confirmar que
el modelo coincide con la realidad quiere decir que ya conocíamos la realidad, entonces ¿para
qué un modelo? En este sentido un modelo nunca es final, siempre hay lugar para refinarlo. Lo
importante es si el modelo con limitaciones y todo nos es útil para una determinada aplicación.
La Tierra no es una esfera, pero este modelo funciona bien para cálculos de su órbita en torno al
Sol. Sin embargo existe otro tipo de problemas para el cual el modelo esférico de la Tierra no es
adecuado. La predicción de las trayectorias de los aviones que siguen rutas de larga extensión,
por ejemplo, requieren un modelo más preciso de la Tierra donde se tiene en cuenta la forma
elipsoidal del planeta. Para aplicaciones más sofisticadas, como el sistema de posición global por
GPS, un modelo elipsoidal de la Tierra no es suficiente, se requiere tener en cuenta los efectos
gravitacionales menores.
La manera como hemos ganado conocimiento sobre el universo sugiere un modelo del proceso
científico consistente en remover velos, es decir desvelar la naturaleza. Cada observación
remueve un velo más que cubre el universo revelando detalles que usamos para perfeccionar el
mapa del universo pero al mismo tiempo siendo conscientes que nunca podremos remover todos
los velos, en otras palabras todas las teorías son provisionales. Nótese que la metáfora de los
velos para describir nuestro acercamiento al universo mezcla aspectos tanto del positivismo
lógico como de las nociones constructivistas. Partimos aceptando que existe una realidad externa
independiente de nuestras opiniones y al mismo tiempo aceptamos que las teorías son
fabricaciones humanas que se aproximan progresivamente a la realidad. Con esto no se pretende
proponer una tesis filosófica, es apenas una metáfora que nos sirve de guía para entender el
conocimiento científico del universo y refleja el proceso que condujo a los físicos y astrónomos
hacia el modelo cosmológico estándar. La metáfora del objeto escondido debajo de los velos se
la imaginó Simplicio en su sueño como un juego de adivinanza. ¿Qué hay debajo del velo?
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Figura 5-3. Faraón bajo el velo
Simplicio se imaginó la cara de un faraón egipcio, pero cuando se removieron más capas de
envoltura salieron detalles que no cuadran muy bien con el modelo de cara de faraón.
Tendríamos que ajustar el modelo o elaborar un modelo más sofisticado que explique los nuevos
datos. Es fácil visualizar lo que ocurrirá con el juego a medida que mayor cantidad de velos se
van retirando: al comienzo cualquier idea que nos podamos formar sobre el objeto escondido
sería muy vaga y vaporosa debido a la carencia de observaciones detalladas. En esa época
incipiente no nos sorprendería presenciar cambios radicales de modelo por el estilo de los
cambios paradigmáticos pregonados por Kuhn. Más adelante los datos que el experimentador
pueda extraer de una región del universo (en el espacio o en el tiempo) ayudarán a cimentar el
modelo por lo menos en esa región explorada. Llegará un momento cuando las observaciones de
esa región del universo sean precisas y estables de tal forma que con esos datos se pueda
establecer una realidad empírica incontrovertible en relación a esa región explorada del universo.
Piense en los cráteres de la Luna y en la existencia de galaxias externas a nuestra Vía Láctea.
SIMPLICIO: Entiendo la analogía de los velos, pero hay un problemita: dado un perfil
cualquiera formado por la silueta de detalles que abultan debajo de los velos podemos dibujar un
número ilimitado de modelos que explican la silueta observada.
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El proceso de elaborar y verificar teorías del universo nos ha mostrado la muy curiosa propiedad
de que la naturaleza prefiere los modelos más sencillos y económicos. Correcto, dado un
conjunto de observaciones es posible fabricar muchas teorías que explican dichas observaciones,
sin embargo, hemos aprendido que los modelos más sencillos tienen mayor probabilidad de ser
correctos. El principio de economía, llamado la “navaja de Occam” debido a su originador el
monje medieval William de Occam, ha servido de guía en la práctica científica para favorecer
teorías que explican mayor cantidad de fenómenos valiéndose de un menor número de
postulados. El modelo de velos se puede aplicar también a describir la manera como opera la
mente humana a nivel individual en respuesta a la información suministrada por los sentidos. En
nuestra cabeza nosotros tratamos de ordenar las ideas formando una representación del “mundo
externo” de tal forma que podamos dar explicación a nuestras experiencias. La esencia de ser un
animal racional se puede destilar en la capacidad misma de dar explicación a las experiencias. El
modelo del mundo que formamos internamente viene a ser nuestra cosmovisión, es decir esos
hilos de la razón que proveen estructura, balance y apariencia de equilibrio a un mar de
información que de lo contrario nos mantendría desorientados. En el proceso de fabricar nuestra
cosmovisión, sin embargo, el cerebro no usa la navaja de Occam, el modelo no tiene que ser
simple siempre y cuando provea explicación y cierto sentido de equilibrio. Además de querer
evadir el principio de economía, la mente le teme al vacío y así se ve impulsada a llenar todas las
lagunas de la mente con artificios sin importar qué tan quiméricos puedan parecer. Los seres
humanos nos suscribimos a todo tipo de ideas raras y esotéricas sin importar lo que la evidencia
científica nos dice simplemente porque dentro de la cabeza de cada individuo los hilos de la
razón proveen una lógica interna que puede soportar todo tipo de ideas raras. Como lo hemos
mencionado, quienes estudian las creencias que albergan las personas y las razones por las cuales
adoptan esas creencias señalan que las personas se sienten cómodas con esas ideas siempre y
cuando estén alineadas con la cosmovisión de su grupo de iguales. ¿Qué hay debajo del velo?
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Figura 5-4. Cosmovisión. Los hilos del pensamiento
Volviendo a la silueta de velos, un posible modelo que explica la silueta podría ser
excesivamente barroco y lleno de elementos innecesarios como se ilustra en la figura. Este
ejemplo podría muy bien describir el “modelo del mundo” elaborado por nuestra mente para
explicar la silueta observada. Ahora bien, ¿qué ocurriría si la silueta se refiere a observaciones
del universo y el modelo barroco es una teoría científica que explica esas observaciones? Creo
que todos estaríamos de acuerdo en dar muy mala calificación a dicha teoría. ¿Por qué? Porque
existen modelos más económicos que explican mejor las observaciones con menos elementos.
Por ejemplo un elefante parado en una bola.
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Figura 5-5. Modelo del mundo tajado por la navaja de Occam
El simbolismo gráfico del elefante parado en una bola se presta para aplicarlo al modelo
cosmológico estándar: nos encontramos con un modelo sencillo que explica coherentemente la
gran mayoría de las observaciones pero al mismo tiempo padece de una descarada falta de
“balance”. Esta deficiencia del modelo estaría representando el problema de la materia oscura y
la energía oscura que al momento son los dolores de cabeza más agudos que tormentan a los
teóricos. Para los críticos del big bang, siguiendo el modelo gráfico, la materia oscura y la
energía oscura serían como un angelito jalando con cuerdas un lado del elefante para que no se
caiga y una muleta arbitraria sosteniéndolo por el otro lado. La cosmología del big bang, como
muchas otras teorías que se respetan, no es una teoría completa. No existen teorías completas, la
mecánica clásica con la que construimos casas, puentes y aviones también es una teoría
incompleta. Es importante reconocer que las teorías físicas tienen un dominio de validez, es decir
existe una frontera en las escalas de espacio, tiempo y cualquier otro parámetro relevante
(temperatura, masa, energía, etc.) a partir de la cual la teoría no funciona. Las mediciones de las
cuales se ocupa el científico en el laboratorio para probar una teoría se hacen con instrumentos
que, no importa lo avanzados que sean, tienen un límite de precisión. Las mediciones prueban la
validez de la teoría solo al límite de precisión que alcanzan los instrumentos. Mañana, cuando los
avances tecnológicos nos permiten mejorar la precisión es posible que las predicciones de la
teoría no sean correctas a ese nivel de precisión. La situación sin embargo no quiere decir que
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tengamos que rechazar la teoría, simplemente lo que hemos logrado es demarcar la frontera de
validez de la teoría. Si usamos la teoría dentro de su dominio de validez obtendremos
predicciones y resultados satisfactorios. Sabemos que la mecánica clásica newtoniana no
funciona para velocidades cercanas a la velocidad de la luz, pero es perfectamente válida para
construir edificios y mandar satélites artificiales en órbita. Entonces decir que una teoría es falsa
o verdadera no es lo que importa. ¿Es la mecánica clásica de Newton falsa? Según algunos, la
teoría de Newton es falsa porque el mundo real en condiciones extremas de velocidad no se
comporta de la manera como lo describe esa teoría. Lo relevante es la utilidad, en el sentido de
hacer predicciones correctas dentro del nivel de precisión requerido para un uso determinado.
Una teoría es útil si sus predicciones tienen un error menor que el margen de error permitido para
su aplicación. La teoría geocéntrica de Tolomeo es una buena teoría dentro del rango de
aplicaciones que se le dieron en su época.
Entre el público en general es común encontrar la percepción de que la ciencia genera dos tipos
de productos: los hechos y las teorías. Escucho con frecuencia quienes comentan, aminorando el
verdadero significado de lo que sabemos respecto al universo, que eso del big bang es una “mera
teoría”. Como queriendo decir que la podemos descartar fácilmente por que no es un “hecho”. La
ciencia no trabaja de esa forma. Hablar sobre la actividad científica en términos de una dicotomía
entre hechos y teorías no ayuda a entender su mecanismo. Como vimos, una teoría se puede
entender como un modelo que se aproxima a la realidad externa. Claro hay unas teorías más
maduras que otras, y las más maduras tienden a ser más estables y confiables. Por otro lado, un
“hecho” es el resultado de una observación o medición que ha sido firmemente establecida. Es
un hecho que el radio ecuatorial de la Tierra es de 6 378 kilómetros. Pero, como los hechos al
final son mediciones de algo, quiere decir que también están sujetos a los errores experimentales
y a la precisión de los equipos de laboratorio. De tal manera que, con respecto a la afirmación
sobre la Tierra, es más apropiado decir que es un hecho que el radio ecuatorial de la Tierra es de
6 378,13 kilómetros más o menos 10 metros. La incertidumbre de una medición es justamente lo
que determina el dominio de validez de un modelo o teoría. Y como vimos todas las teorías son
provisionales, inclusive las más maduras. Pero eso no quiere decir que una teoría no sea útil y
confiable. La teoría del big bang es una teoría seria y madura igual que la teoría de Newton es
una teoría seria y madura. Si usted piensa que la teoría de Newton es una “mera teoría” entonces
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no entre a su casa (el techo se puede caer), no camine sobre puentes, ni piense en montarse en un
avión. El big bang es una teoría igual que la relatividad general de Einstein. Si los científicos
que desarrollaron el sistema GPS hubieran descartado la relatividad de Einstein por ser esta una
“mera teoría” el sistema simplemente no hubiera funcionado. Como es de esperarse el
conocimiento que hemos adquirido sobre el universo, formulado en el modelo estándar de la
cosmología, será aumentado a medida que surjan nuevas observaciones. No hay duda que el
modelo seguramente sufrirá ajustes. Lo que importa es que hoy por primera vez contamos con un
modelo del universo basado en datos experimentales, no en especulación filosófica, profecías,
influencias sobrenaturales, edictos de oráculos, inspiraciones de chamanes o verdad revelada.
SIMPLICIO: ¿Porqué le dio el título “cosmología, ciencia y sociedad” a este capítulo?
Porque cosmología, ciencia y sociedad son parte del mismo paquete. La sociedad contemporánea
está regida por la cosmovisión científica, nuestra sociedad es un experimento científico. En la
historia de la humanidad la ciencia es como la adolescencia, es un paso hacia la madurez que nos
da más libertades pero también mayores responsabilidades. Sabemos que las libertades
adquiridas con conocimientos que nos permiten manipular la naturaleza llegan con un alto riesgo
y mal usadas pueden causar estragos. Por otro lado una vez que el conocimiento es adquirido es
imposible desaprenderlo de la misma forma como una vez cruzado el umbral de la adolescencia
es imposible devolverse a la niñez. Quiere decir que es mejor aprender a vivir responsablemente
con el conocimiento adquirido y me parece que propugnar el relativismo como aproximación a la
naturaleza no solamente es peligroso, es una falta de ética: el relativismo es una plataforma para
el negacionismo. Sigamos rechazando la evidencia científica y negando el calentamiento global
y olvidémonos de este puntico azul que es el único planeta que tenemos. En medio de esta
encrucijada planetaria es urgente esforzarnos por reconciliar las ciencias con las humanidades.
Un serio problema que dificulta el camino hacia esa alta meta es que la ciencia y las
humanidades andan separadas cada una por su propio camino desde que los fundadores de la
Sociedad Real propiciaron el divorcio. Es una lástima que los estudios de la ciencia de los
sociólogos no ayudaron al acercamiento entre la ciencia y las humanidades, al contrario lo que
resultó fue una guerra entre dos culturas. A nosotros nos tocó la época del despertar cósmico, es
imperante que volvamos a incluir al ser humano en la cosmovisión científica.
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Capítulo 6
REFLEXIÓN FINAL
Figura 6-1. Mapa del universo
En las primeras páginas se planteó la siguiente pregunta: ¿es acaso el big bang el mito moderno
de la creación? La pregunta, picante y atrevida, nos obligó a sumergirnos con Simplicio, Sagredo
y Salviati en el debate cosmológico y en el proceso se descubrieron elementos suficientes para
que el lector pueda formular una respuesta educada y razonable. Aprendimos que el universo
como un todo es observable y comprensible y que puede ser estudiado y entendido racionalmente
sin necesidad de acudir a agentes sobrenaturales. Esto es posible por dos razones sorprendentes:
una es que el universo y los objetos astronómicos son relativamente sencillos — una mosca es
muchísimo más compleja que una estrella; la segunda razón es que la materia y la luz se
comportan del mismo modo en una estrella remota que en el laboratorio de la universidad.
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Adicionalmente, la luz es el principal portador de información de lo que ocurre en sitios remotos
del universo. La pericia del ser humano para detectar patrones fue aplicada desde épocas muy
antiguas para identificar eventos astronómicos y nos demostró que a los objetos astronómicos les
gusta comportarse siguiendo una regularidad matemática: todos los días el Sol se levanta por el
oriente y se oculta por el occidente; las fases de la Luna se repiten cada 29 días; el ciclo de
estaciones se repite cada año; los eclipses siguen un ciclo predecible; las visitas de los cometas
ocurren con una periodicidad bien definida — y muchos otros ejemplos. La innegable condición
predecible de los eventos astronómicos nos condujo a pensar que debe existir una formulación
matemática que describa económicamente los patrones observados en el cielo y así la mecánica
de Newton y la teoría de la gravedad de Einstein surgieron como poderosos ejemplos de la
capacidad del ser humano para desentrañar cómo funciona el universo. En resumen, cuando se
examina la historia de la astronomía se ve con claridad que sí ha habido progreso hacia la
ambiciosa meta de Tales de Mileto: explicar el mundo con base en la razón. El capítulo más
reciente de esa historia nos trajo la teoría del big bang. Ese capítulo, sumado a lo que hemos
aprendido de la física de partículas, nos ha permitido acercarnos a la puerta de la creación y a
explicar con lujo de detalles lo que ocurrió durante las primeras fracciones de segundo del
universo y durante el tiempo que siguió hasta el presente. La teoría del big bang es incompleta e
incapaz de explicar lo que ocurrió en el momento exacto del origen — tiempo igual a cero
segundos. Sin embargo, con base en el progreso del conocimiento científico es previsible que en
el futuro el modelo de big bang sea subsumido en una teoría superior, tal como ocurrió con la
mecánica de Newton cuando fue incorporada en la teoría de Einstein.
¿Qué originó el big bang? No lo sabemos, pero las alternativas contempladas por los teóricos
para explicar cómo surgió el big bang apuntan cada vez más resueltamente en dos direcciones.
En una el universo es eterno, no hubo un origen del tiempo cuando surgió el universo y el big
bang sería producto de la interacción entre objetos que existen desde siempre en un espacio con
más dimensiones que el nuestro. El modelo “ekpiróptico” de Steinhard y Turok, del cual Salviati
nos habló en la cuarta jornada del diálogo, es un ejemplar de esta clase de modelos. La otra
posibilidad —altamente probable pero impenetrable por igual— es que el big bang se originó del
vacío de manera espontánea. Esta última propuesta no será aceptada hasta que Homo sapiens no
se despoje de los últimos vestigios de aristotelismo aún presentes en la conciencia humana.
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Infortunadamente, pasarán demasiados milenios antes de que esto suceda. ¿La razón? El
principio de causalidad propugnado por Aristóteles está incorporado a los circuitos dentro de
nuestra cabeza: exigir que todo tenga una causa forma parte de la materia gris con la cual
concebimos el mundo. La maquinaria del cerebro funciona de esta manera gracias a las ventajas
evolutivas que el mecanismo conlleva. Sí, darse explicaciones y construirse un modelo causal del
mundo externo es una actividad que le ha dado al ser humano una ventaja evolutiva. Imaginemos
la siguiente situación: un hombre primitivo se encuentra desprotegido en medio de la selva. De
repente escucha un sonido no esperado. El hombre reacciona con rapidez y trata de localizar la
fuente del sonido para darle explicación. Al ver que los arbustos que lo rodean se mueven, esta
persona desarrolla por instinto en su mente un modelo en el cual el sonido se explica porque el
viento mueve las hojas o un jaguar se acomoda para cenar. Nótese que su supervivencia depende
de que él se forme un modelo correcto de la situación; así puede huir a tiempo del jaguar o seguir
meditando con tranquilidad en la selva. De ahí la ventaja evolutiva pero también la tendencia que
tenemos a elaborar una cosmovisión que nos explique el mundo y que está arraigada en un falso
principio de causalidad. Bajo dicho andamiaje mental es imposible aceptar que el universo pueda
venir del vacío. Esa idea absurda queda condenada ipso facto al mundo de lo no realizable. El
concepto es tan absurdo —según la óptica aristotélica— como decir que algo pueda salir de la
nada.
SIMPLICIO: Ah, pero que conveniente que para toda nuestra experiencia de lo cotidiano se
aplica correctamente un principio de causalidad, menos para este asuntito espinoso donde se nos
pide que no pensemos de manera aristotélica.
Todas las experiencias que reportan nuestros sentidos están limitadas a un rango de escalas muy
estrecho. Por ejemplo, nosotros no experimentamos directamente lo que ocurre en el mundo de
los átomos. Sin embargo a nivel atómico y nuclear la naturaleza es fundamentalmente
probabilística y está rodeada de una incertidumbre que es intrínseca e inamovible. Así por
ejemplo, supongamos que tenemos dos núcleos de uranio aquí sobre la mesa, en cinco minutos
un núcleo decae radiactivamente y el otro no, sin embargo no podemos predecir cuál va a decaer
primero o porqué. El fenómeno ocurre espontáneamente. Así funcionan los sistemas cuánticos y
el origen del big bang es fundamentalmente un sistema cuántico.
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La nada es un concepto inconcebible en la lógica aristotélica. Una manifestación de esta lógica
es la idea, empotrada en el pensamiento occidental, de que la naturaleza le teme al vacío.
Descartes no aceptaba la idea de que el espacio pudiera albergar una región cuyo contenido fuera
nada, pero no es tanto que la naturaleza le tema al vacío, es la cabeza del ser humano la que le
teme al vacío. El lector puede comprobarlo: intente pensar en nada durante 15 minutos, o cinco,
o tres, o uno… a ver si lo logra. Si se le dice al lector que el universo se originó a partir del
vacío, lo mismo que cualquier otro miembro del género Homo sapiens, rechazará violentamente
mi aseveración y me considerará un demente irredimible. Y he ahí la mayor dificultad en el
entendimiento de la cosmología moderna: no estamos equipados para entender algo que se sale
del principio de causalidad que está programado en la máquina que usamos para pensar. El
problema se agrava porque una vez solidificados los conceptos en nuestra cabeza y una vez
formada una cosmovisión, normalmente alineada con la manera de pensar del grupo de pares al
que pertenecemos, es muy difícil cambiar de idea —surge un temor a realinear nuestros
conceptos hacia una dirección desconocida— y así terminamos albergando creencias que no son
consistentes con la experiencia o con la razón. Es poco probable encontrar a una persona que
rechace el modelo de bandas en semiconductores porque no es compatible con su cosmovisión.
Muy diferente es el panorama cuando se trata de asuntos científicos tan fundamentales como el
origen del universo. Suele ocurrirme que entre la diversidad de públicos ante quienes doy charlas
sobre cosmología me encuentro con personas muy interesadas en el tema —y en general muy
abiertas hacia la ciencia— quienes de todos modos al final del día me dicen que no pueden
aceptar el concepto del big bang. El asunto del origen del universo trae implícita una dificultad
adicional a otros temas de ciencia debido a que toca la cosmovisión del individuo. La lógica
causal con la que funciona nuestro cerebro conduce de manera natural a llenar el vacío con
deidades dotadas de poderes especiales que puedan crear el universo de la nada. Por esa razón
los mitos de la creación comparten la característica de resolver el temor al vacío delegándole el
problema hacia arriba a un ser superior — como Quetzalcóatl quien, por ser todopoderoso, puede
hacer emanar de su vientre cualquier tipo de universo. Fin de la discusión. Por otra parte, ante
preguntas sobre el porqué de asuntos fundamentales, la ciencia responde a menudo “aún no
sabemos”. Hay quienes explotan esa actitud y señalan que constituye prueba clara de que el
dominio de la ciencia y la razón tiene un límite infranqueable que hace necesario apelar a lo
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sobrenatural. Desde el punto de vista científico, además de la honestidad intelectual subyacente
en la respuesta, admitir que aún no se conoce la respuesta (lo cual no equivale a decir que no se
crea que algún día sí se conocerá) tiene más valor que la hipótesis de Quetzalcóatl. Decir que
algo es así porque sí, porque así lo quiso un agente creador arbitrario, no explica nada puesto que
cualquiera que fuera el producto final de un experimento la misma respuesta se aplicaría: la
gravedad disminuye con el cuadrado de la distancia porque así lo quiso Quetzalcóatl, y si la
gravedad disminuyera no con la distancia al cuadrado sino con la distancia elevada al cubo
también diríamos que es así porque lo quiso Quetzalcóatl.
Si Galileo estuviese presente en este momento de la historia seguramente estaría emitiendo
exclamaciones de asombro al darse cuenta de que su batalla en contra del aristotelismo continúa.
El problema radica en que el lastre aristotélico es una manifestación de la manera como funciona
nuestra cabeza. Vimos cómo la facilidad de identificar patrones nos ha servido bien. Sin
embargo, esa facultad, combinada con la necesidad de ajustar las ideas al principio de
causalidad, no siempre resulta en conocimientos válidos. Se corre el riesgo de otorgarles el
estatus de conexiones causales reales a meras coincidencias. Las generalizaciones accidentales
— o inferir una conexión causal entre dos eventos productos del azar— ocurren porque el
cerebro tiene la tendencia a organizar la información de tal forma que detrás de toda correlación
exista una conexión causal, pero no siempre esa conexión causal corresponde a algo real que
pasa en el mundo externo. Por ejemplo, que el tamaño aparente de la Luna sea igual al tamaño
aparente del Sol (por ello en un eclipse total de Sol la Luna tapa al Sol casi exactamente) es una
casualidad — no obedece a ningún efecto físico real. Que el período menstrual de la mujer esté
correlacionado con las fases de la Luna no implica que haya una relación física entre los dos
fenómenos. En otras palabras, las falsas correlaciones nos pueden engañar. La tarea del científico
en gran medida es poder reconocer cuándo una correlación es accidental y cuándo revela algo
real sobre el mundo externo. Otro aspecto nocivo de la lógica aristotélica que rige durante la
elaboración de modelos del mundo es la tendencia fácil a conformarse al sentido común, esa
lógica que se deriva de la experiencia directa, reiterada y no elaborada, es decir una lógica que se
ajusta ingenuamente a los datos sensoriales primarios. Por ejemplo el sentido común nos dice
que para mantener a un cuerpo en movimiento es necesaria la presencia de una fuerza, lo cual no
es correcto. La naturaleza no se comporta según lo esperado por el sentido común. El modelo
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geocéntrico de Tolomeo sobrevivió casi dos milenios en parte porque es un modelo que se ajusta
cómodamente al sentido común: vemos y experimentamos la Tierra como si fuera inmóvil y la
observación parecería mostrarnos que el Sol gira en torno a la Tierra. En Diálogo Galileo invirtió
esfuerzos desmedidos para mostrar que la Tierra sí se mueve y en el proceso desarrolló el
concepto de inercia, fundamental en la física. El sentido común ejerce una influencia decisiva en
la manera como vemos el mundo. Durante el invierno del año 2009 en la ciudad de Washington
se sufrió uno de los inviernos más fuertes en 100 años y se presentaron acumulaciones de nieve
hasta de un metro. Era divertido escuchar cómo los oyentes llamaban a las emisoras radiales y se
burlaban de los científicos que afirman la existencia del fenómeno del calentamiento global: “Sí,
cómo no, ¡calentamiento global! ¡Bajo un metro de nieve!” Un senador muy gracioso 113 —a
quién se le ha oído declarar en público que el calentamiento global es un engañoso montaje de
los científicos— atrajo las cámaras de televisión cuando mostró el iglú que le hicieron sus hijos a
Al Gore durante los días de nieve en Washington. Estas personas solo están reflejando el sentido
común que está arraigado en su ingenua cosmovisión. Parece contrario al sentido común que el
calentamiento global cause mayor acumulación de nieve en el invierno, así como parece
contrario al sentido común pensar que la Tierra se mueve alrededor del Sol. Empero, basta una
pizca de sofisticación para entender que precisamente por el calentamiento global se deposita
mayor cantidad de agua en la atmósfera, ergo una mayor precipitación es predecible. Lo irónico
de la historia del iglú es que hasta en los países más industrializados se encuentran personas cuya
cosmovisión está obstaculizada por un sentido común ingenuo. Para mayor precisión deberíamos
decir que con demasiada frecuencia ciertas ideologías explotan el sentido común para moldear la
cosmovisión de las personas. Y es que además del lastre aristotélico —del cual es necesario que
nos despojemos— el otro factor que impide el entendimiento del universo son las ideologías. La
historia de la cosmología moderna nos ha ido mostrando la sabiduría que encierra el consejo de
Lucy en el sentido de que debemos abandonar las ideologías.
Como ya dijimos, la humanidad se ha preocupado siempre por entender su lugar en el universo.
Tolomeo nos colocó en el centro del universo; Copérnico nos desplazó a una órbita poco
importante; y el big bang nos dejó flotando como una mota insignificante en medio de un
espacio de extensión inconcebible. ¿Cuál es el centro del universo? ¿Dónde está? El universo no
tiene centro. En cualquier punto del universo donde se coloque un astrónomo, este observaría la
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expansión del espacio con todas las galaxias alejándose del observador de manera idéntica a
como lo hizo Hubble en 1929. Para ayudarnos a meter el universo en nuestra cabeza imaginemos
que el espacio se extiende ilimitadamente, ahora bien, como el universo tiene una edad finita
(13 700 millones de años) y debido a que la luz se propaga a una velocidad finita, quiere decir
que un ser humano solo puede observar objetos en el universo que se encuentran a lo sumo a una
distancia finita (distancia viajada por la luz en 13 700 millones de años). Si dibujamos a un
astrónomo en el centro y colocamos todos los objetos astronómicos que él puede observar,
encontramos que todos esos objetos están encerrados dentro de una esfera imaginaria cuyo borde
exterior es un límite infranqueable debido a la profundidad finita que podemos observar, como se
mencionó anteriormente. En otras palabras, el universo visible para el ser humano es una esfera
limitada por la distancia que la luz viaja desde el comienzo del tiempo y el ser humano está
localizado en el mero centro de ese universo visible. De hecho cada observador tiene su propia
esfera que contiene su universo visible. El universo visible para un extraterrestre por allá sentado
muy lejos de la Tierra sería también una esfera finita con el extraterrestre sentado en el puro
centro. Es más, debido al tiempo que le toma a luz para propagarse, el astrónomo en el centro del
universo visible está observando los objetos como eran en el pasado y en el pasado más remoto a
medida que nos alejamos del centro. En otras palabras la historia del universo aparece en frente
al astrónomo en capas como de cebolla, cada capa representando una época más vieja del
universo a medida que nos alejamos del centro. Tal como aparece representado en la figura al
comienzo del capítulo, un mapa del big bang entonces debe partir del ser humano en el centro,
rodeado de una capa de objetos astronómicos muy viejos, como las galaxias vecinas, seguida, a
medida que nos alejamos del centro, de una capa de galaxias jóvenes, seguida de una capa donde
aparecen las primeras estrellas, seguida de una capa donde se encuentra el gas primordial de
hidrógeno y helio a partir del cual se formaron las estrellas, seguida de una capa donde se
encuentra la radiación de fondo y por último la capa que contiene la sopa primordial de
partículas y radiación al comienzo del universo. El poder simbólico de este mapa del universo es
maravilloso: ¡el ser humano se encuentra en el centro del universo visible! En cierto modo es
irresistible pensar que deberíamos dibujar en el centro del mapa a Tolomeo haciéndonos muecas,
ya que al fin de cuentas retornamos a una representación del universo donde el ser humano
recobra una posición central.
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SIMPLICIO: Con los diálogos del Capítulo 4 usted lo que quería era burlarse de mi, ¿verdad?
(Parece que Simplicio se quiere robar la última palabra)
Vea Simplicio, yo no puedo controlar la manera como usted decida interpretar la información.
Permítame repetir una vez más lo que ya dije: mi objetivo principal ha sido presentar una visión
honesta de la cosmología moderna, explicar por qué el modelo cosmológico estándar es aceptado
por la comunidad científica y explorar la reacción del público. La cosmología es muy importante
— al fin y al cabo es sinónimo de cultura. Existen personas poseídas por ideologías que rechazan
la teoría científica del origen del universo y para las cuales es inútil gastar esfuerzos pare que
entren en razón. Por otro lado la gran mayoría de las personas tenemos por naturaleza deseo
genuino de aprender, como decía Aristóteles. Considero que usted y yo formamos parte de esa
gran mayoría. Permítame terminar con una reflexión final.
El universo que se nos revela ante los ojos del telescopio es un universo impersonal, carente de
propósito, mecánico y frío, muy lejano al de los mitos con cara humana que se han propuesto en
el pasado. Las constelaciones de los astrónomos antiguos y la maloca de los indígenas reflejaban
aspectos de la humanidad en la bóveda celeste, la figura humana en forma de héroes triunfantes
era proyectada como en un planetario sobre la esfera celeste. El ser humano veía reflejados en el
cielo sus deseos y sus penas. Todo eso se esfumó con la cosmología moderna. En la respuesta
que ofrece la ciencia al problema del origen del universo no cabe la noción de mito que se trata
en la antropología, es decir la del mito, no como algo irreal, sino más bien como la necesidad de
tener un relato que explique nuestras vidas y nuestro lugar en el cosmos. Las teorías científicas
sobre el origen del universo que han ascendido y que han sido aceptadas por la comunidad
científica exhiben una dosis amplia y suficiente de verificabilidad, de poder explicativo y
predictivo, de coherencia, soporte empírico y distancia de argumentos teleológicos o
pertenecientes a la escatología. Ninguno de estos atributos se aplica a los mitos de la creación
estudiados en la antropología. El material para hacer un mito sobre el origen del universo se
perdió en el proceso de aproximación científica al universo porque las leyes físicas no conectan
al ser humano con su universo. Se perdieron mitos pero se ganó la verdadera dimensión cósmica
— que nos debe hacer mejores seres humanos ya que al mostrarnos nuestra pequeñez y
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vulnerabilidad aprenderemos algún día a respetar nuestro planeta. Hemos aprendido que el
universo es comprensible, que se puede explicar sin apelar a influencias sobrenaturales y que
está movido por fuerzas susceptibles por completo de ser observadas, medidas y explicadas.
También hemos aprendido que nuestro planeta es un pálido punto azul, perdido entre miles de
millones de otros puntitos que van danzando en sus solitarias órbitas adornando el firmamento.
No obstante, ese marginal puntito azul es muy especial y es más importante que todos los demás
porque está habitado por unos seres hechos de polvo de estrella que miran hacia el firmamento y
no solo tienen la capacidad de comprenderlo sino que también poseen la disposición a
maravillarse de él y a partir de ese asombro hacer elaboraciones artísticas poéticas, musicales y
plásticas que deleitan a otros seres humanos. Obstinada por hallar sus raíces en el tiempo, la
humanidad comenzó a descorrer velos en la profundidad del espacio con ojos telescópicos cada
vez más poderosos. Penetramos rincones del universo nunca antes explorados, abrimos ventanas
a espacios jamás sospechados, tocamos las fronteras del cosmos y a donde quiera que dirigimos
la mirada telescópica —a la mayor profundidad posible en el espacio y en el tiempo— nos
encontramos con el vacío inamovible. Miramos el vacío de frente, pero la mente humana no está
equipada para la tarea impensable de asimilar la idea de vacío. Por otra parte, la mente humana sí
es muy diestra en consolarnos en medio del inmenso vacío con la poesía con la cual nos ayuda a
internalizar y procesar nuestra condición en el cosmos. Entonces, con exquisita ironía, decimos
inspirados por Hesiódo:
Venimos de la profundidad del abismo
un abismo nutrido por el silencio
un silencio circular que no se puede nombrar.
Sergio Torres Arzayús
15 de mayo, 2010
300
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Eventos históricos importantes para la cosmología científica
Hace 13 700 años.
Hace 4 millones de años
Hace 3,2 millones de años
Hace 250 000 años
Hace 100 000 años
585 a.C.
348 a.C.
c. 120
1543
Febrero 15, 1564
1609
1616
Una bolita más pequeña que un electrón y más densa
de lo que cabe en nuestra imaginación decidió
expandirse. Nuestro universo se originó.
Ardi se bajó del árbol y miró hacia las estrellas.
Lucy salió a pasear por los jardines de Africa.
Homo sapiens
Homo sapiens salió a explorar el planeta Tierra
Un tal Tales de Mileto se inventó la filosofía con la
ambición de entender el mundo racionalmente
En este año el gran filósofo Aristóteles de Estagira
(Macedonia) cumplió 36 años y su profesor Platón
murió. Aristóteles escribió los tratados de filosofía,
física, astronomía, y todas las otras disciplinas que
fueron adoptadas como el plan de estudios básico en
las universidades europeas recién fundadas. Las ideas
de Aristóteles sobre el universo ejercieron una
influencia aplastante y nosiva para el entendimiento
del universo. La negación del vacío, la presunción de
que los objetos astronómicos son perfectos y su
insistencia en obligar a la naturaleza a obedecer el
principio de causalidad bloquearon la cosmología por
2 000 años.
El astrónomo Claudio Tolomeo escribió el tratado
astronómico Almagesto donde expone el modelo
geocéntrico del universo construido por los sabios de
la antigua Grecia.
Salió publicado el libro De las revoluciones de las
esferas celestes en el cual el astrónomo polaco Nicolás
Copérnico propone el modelo cosmológico
helioéntrico con el Sol en el centro y los planetas
girando en torno al Sol.
En Pisa Giulia di Cosimo Ammannati trajo al mundo a
un bebé que 45 años más tarde causaría una revolución
del pensamiento europeo con sus observaciones
astronómicas. El bebé fue bautizado con el nombre de
Galileo. El padre: el músico, profesor y comerciante
Vincenzio Galilei.
Se publica Astronomia Nova de Kepler con sus dos
primeras leyes sobre los movimientos planetarios
usando los datos acumulados por años por Tycho
Brahe en Uraniborg
Galileo es citado a Roma por el Carnal Belarmino a
301
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1632
1633
1660
1750
1755
1830
1868
1913
1916
rendir cuentas. Belarmino amonesta a Galileo
ordenandole que dejase de enseñar el modelo
copernicano porque este es considerado por la Iglesia
como contrario a las escrituras. No queda un record
oficial de este acuerdo pero sí surge una carta firmada
por Belarmino en la cual se reivindica a Galileo y que
Galileo usó en su defensa cuando fue llamado a juicio
años más tarde.
Salió publicado el libro de Galileo Diálogo sobre los
dos máximos sistemas del mundo: ptolemaico y
copernicano. Este libro escrito en forma de diálogo y
en lengua vernácula expone los argumentos a favor del
modelo heliocéntrico de Copérnico. Esta obra fue la
que puso a Galileo en problemas con la inquisición.
La Santa Sede llamó a Galileo a que se presente para
ser juzgado por erético. Se le condenó por vehemente
evidencia de heregía, se le obligó a recantar y se le dio
la pena de arresto domiciliario.
Robert Boyle publicó su obra Nuevos experimentos
físico-mecánicos, tocando la elasticidad del aire y sus
efectos en la cual presenta resultados experimentales
con su bomba de vacío.
El inglés Thomas Wright publica su libro Teoría
original o nueva hipótesis del universo en el cual se
introduce el modelo de la galaxia consistente en un
disco denso de estrellas.
El filosofo alemán Immanuel Kant propone en su
tratado Historia natural universal y teoría del
firmamento que las llamadas nebulosas son enteras
galaxias como las nuestras.
Primera medición precisa de la distancia a una estrella.
Friedrich Wilhelm Bessel detectó por primera vez el
paralaje estelar en 61 Cygni, que según sus cálculos
pondría esa estrella a una distancia de 10,4 años-luz.
Sir William Huggins muestra que las líneas de
absorción en espectros estelares aparecen desplazadas
hacia el azul o hacia el rojo, lo cual interpreta como
manifestación del movimiento de la estrella (efector
Doppler).
Vesto Slipher del Observatorio de Lowell en Arizona
por primera vez observa corrimientos de frecuencia en
las líneas de los espectros de Andromeda. Sus
observaciones revelan la increíble noticia que
Andromeda se aleja a una velocidad de 300 kilómetros
por segundo
Publicación de la teoría general de la relatividad que
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1917
1919
1922
1923
1929
1937
1946
1948
1964
posibilita el estudio científico del universo en su
totalidad.
Einstein trata de hallar soluciones de su teoría que se
apliquen en cosmología, pero por exigir que el
universo sea estático no las encuentra, y termina
introduciendo la constante cosmológica. Su primera
solución tenía un error algebraico que Friedman luego
le comunica.
En observaciones astronómicas del eclipse del 29 de
mayo Arthur Eddington confirmó la predicción de la
teoría de la relatividad en la cual los rayos de luz solar
se desvian al pasar en cercanía al sol.
El matemático ruso Alexandre Friedmann encontró las
soluciones de la teoría de la relatividad general que
predicen la expansión del universo, en efecto poniendo
fin a la firme creencia en un universo estático.
Edwin Hubble resuelve la nebulosa de Andrómeda en
estrellas separadas e identifica la presencia de estrellas
tipo cefeida variable con lo cual estima la distancia a
Andrómeda en 900.000 años-luz. En realidad la
distancia a Andrómeda es de 2,5 millones de años-luz,
pero esto no afecta el hecho de que con la observación
de Hubble la humanidad tiene que aceptar un universo
mucho más grande de lo que se pensaba.
Edwin Hubble descubre el movimiento de recesión de
las galaxias lo cual constituye la evidencia principal a
favor de la expansión del universo.
Hans Bethe desarrolla la teoría de generación de
energía termonuclear en las estrellas a través de la
conversión del hidrógeno en helio pasando por
deuterio
George Gamow con su estudiante Ralph Alpher
trabajan en el problema de las abundancias de los
elementos químicos partiendo de condiciones iniciales
en un pasado del universo caliente y denso. Se formula
la cosmología del big bang
Salió publicado un artículo de Ralph Alpher y Robert
Herman donde se predice la radiación cósmica de
fondo, con una tempertura de 5 grados kelvin,
considerando la conservación de masa/energía en una
expansión adiabática del universo
Arno Penzias y Robert Wilson reportan la detección de
ruido de exceso en su antena de microondas
independiente de la dirección de observación. Este
ruido es interpretado como evidencia del fondo de
energía residual de radiación originada al comienzo
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1968
1992
1999
con el big bang
Vera Rubin encuentra la “materia oscura” del universo
mientras hacia mediciones de la velocidad de rotación
de galaxias espirales. Las estrellas en las partes más
alejadas del centro de las galaxias espirales exhiben
movimientos muy veloces y por lo tanto requieren la
materia oscura para que proporcione la fuerza
centrípeta necesaria
El proyecto COBE de la NASA reporta el
descubrimiento de pequeñas desviaciones en la
temperatura de la radiación de fondo. Las
características de las fluctuaciones en temperatura son
consistentes con las predicciones de la teoría del big
bang.
Dos grupos independientes (Supernova Cosmology
Project y High-Z Team) observan por primera vez la
aceleración de la expansión del universo. El resultado
se basa en mediciones de distancias a supernovas de
tipo Ia
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Biografias cortas: ¿Quién es quién en el universo?
(EN PREPARACIÓN)
Alpher
Aristoteles
Chandrasekar
Descartes
Dicke
Einstein
Eddington
Eratóstenes
Friedmann
Galileo
Gamow
Herman
Hubble
Lemaitre
Newton
Penzias
Platón
Santo Tomas
Shapley
Sócrates
Tales de Mileto
Wilson
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Listado de ilustraciones:
Figura 1-1. Mapa del universo ........................................................................................................ 1
Figura 1-2. Modelos del mundo: geocéntrico y heliocéntrico ........................................................ 8
Figura 1-3. Extraña vision de Simplicio ....................................................................................... 13
Figura 2-1. El universo se infla ..................................................................................................... 14
Figura 2-2. Experimento de Eratóstenes ....................................................................................... 22
Figura 2-3. Sombras en Tierra plana y esférica ............................................................................ 26
Figura 2-4. El experimento de Doppler ........................................................................................ 47
Figura 2-5. Conocimiento del universo ........................................................................................ 56
Figura 3-1. Epocas del big bang ................................................................................................... 63
Figura 3-2. La invitación al matrimonio propiciado por Gamow ................................................. 86
Figura 3-3. Foto de familia ........................................................................................................... 88
Figura 3-4. El cosmobus ............................................................................................................... 92
Figura 3-5. Curva del espectro de la radiación de fondo ............................................................ 104
Figura 3-6. Mapa de manchas del fondo cósmico ...................................................................... 109
Figura 3-7. Curva de camello (espectro angular)........................................................................ 112
Figura 3-8. Consistencia del big bang......................................................................................... 128
Figura 3-9. El problema de la planitud ....................................................................................... 132
Figura 4-1. Sueño de Simplicio .................................................................................................. 141
Figura 4-2. Faraón egipcio .......................................................................................................... 194
Figura 4-3. Somos polvo de estrella ........................................................................................... 196
Figura 4-4. El problema del horizonte ........................................................................................ 231
Figura 5-1. ¿Qué se esconde debajo del velo? ............................................................................ 252
Figura 5-2. Notas de Simplicio ................................................................................................... 278
Figura 5-3. Faraón bajo el velo ................................................................................................... 286
Figura 5-4. Cosmovisión. Los hilos del pensamiento ................................................................. 288
Figura 5-5. Modelo del mundo tajado por la navaja de Occam .................................................. 289
Figura 6-1. Mapa del universo .................................................................................................... 292
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NOTAS
1
S. Torres, J. Powers, “Eratosthenes visits middle school: Assessing the ability of students to work with models of
the Earth”, Science Scope, Vol. 32, No. 8, April 2009, pp. 47-51; vease también el sitio web del proyecto:
http://astroverada.com/earth/
2
Los documentos originales de Erastótenes no se conservaron, pero los detalles de la medición realizada por
Erastótenes sí aparecen en los relatos de historiadores como Strabo y en la geografía de Tolomeo. Un resumen
autoritativo de la historia de la medición del tamaño de la Tierra es el de George Sarton (Sarton, G., A History of
Science, Vol. 2, “Geography and chronology in the third century — Eratosthenes of Cyrene”, Chapter 6, p. 99,
Harvard University Press, Cambridge Massachusets, 1959). El problema del “estadio” y la ambigüedad en su
conversión a otras unidades de medida conocidas está exhaustivamente tratado por Diller en Aubrey Diller, “The
Ancient Measurements of the Earth”, ISIS, 40, pp. 6 — 9 (1949)
3
Aspectos historicos de la vida de Hubble basados en la biografía de Huble por Gale E. Christianson, Edwing
Hubble Mariner of the Nebulae, University of Chicago Press (1996)
4
George Gamow, “My World Line” (Viking Press, N.Y. 1961);
James D. Watson, “Genes, Girls, Gamow: After the Double Helix” (A. Knopf, 2001);
Edward Teller, Judith Schoolery, “Memoirs: A Twentieth-Century Journey in Science and Politics” (Perseus
Books, 2002);
Charles Weiner, “A Gamow Interview”, en Oral History Interviews, The Niels Bohr Library, American Institute of
Physics, College Park, Maryland.
5
John Farrell , “The Day Without Yesterday” (Avalon:,NY, 2005).
6
Fred Hoyle, “Home is where the wind blows” (University Science Books: Mill Valley, 1994)
Helge Kragh, “Cosmology and Controversy” (Princeton University Press: Princeton, 1996)
F. Hoyle, G. Burbidge, J.V. Narlikar, “A different approach to cosmology” (Cambridge University Press:
Cambridge, 2001)
7
John Maddox, Nature, V413, p279, 2001
8
H. Bondi, T. Gold, F. Hoyle, “Origins of steady state theory”, Nature, V373, p.10, 1995
9
F. Hoyle, Mon. Not. R. astr. Soc. 108, 361 (1948); H. Bondi, T. Gold, Mon. Not. R. astr. Soc., 108, 252 (1948)
10
Edward Teller, Judith Schoolery, Memoirs: A Twentieth-Century Journey in Science and Politics (Perseus Books,
2002).
11
George Gamow, “My World Line”, p. 127
12
Las cucharadas representan la proporción de los ingredientes en masa (75% hidrogeno, 25% helio). Obviamente,
este recurso culinario-literario es una simplificación ya que el hidrógeno es un gas (a temperatura ambiente y
también a las temperaturas presentes al comienzo del big bang) y la masa en “una cucharada de hidrógeno” depende
de la densidad del gas. Igual sucede con el helio. Una alternativa sería la de expresar la proporción en términos no de
masa sino de número de átomos, que sería 90% hidrógeno, 10% helio.
13
Naomi Pasachoff, “Marie Curie and the Science of Radioactivity”, (Oxford University Press: Oxford, 1996)
14
Italo Calvino, Le Cosmicomiche, (Garzanti: Milan, 1988)
15
Ernesto Cardenal, Cántico Cósmico, (Nueva Nicaragua: Managua, 1989)
16
Ernesto Sabato, Uno y el universo, (Seix Barral: Barcelona, 2003)
17
J. L. Borges, “El Aleph”, en “Narraciones” ed. M. R. Barnatán (Cátedra, Madrid, 1983).
18
El elemento ununoctio, hasta el momento (2008) el de mayor número atómico (118) fue producido artificialmente
en la reacción de átomos de californio y calcio. Los elementos naturales van desde el hidrógeno con número atómico
1 hasta el uranio, que es el número 98. Elementos más allá del uranio (trans-uránicos) no se encuentran en forma
natural en la Tierra pero sí se pueden producir sinteticamente en laboratorios.
19
Por lo menos así lo afirma Alex Vilenkin en su libro, Many Worlds in One (Hill and Wang: Nueva York, 2006) p.
153
20
Ralph A. Alpher, Robert Herman, “Reflections in Early Work on „Big Bang‟ Cosmology”, Physics Today, August
1988, pp. 24-34.
21
Más adelante surgió otro problema de la edad del universo cuando las edades de las estrellas más viejas (en los
cúmulos globulares) parecían más viejas que la edad del universo. El problema fue resuelto gracias a los avances en
tres áreas distintas: (1) la discrepancias en la determinación de la constante de Hubble fueron resultas, (2)
mediciones precisas de paralajes de las estrellas en cúmulos globulares permitidas por el proyecto Hipparcus
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resultaron en ajustes a las edades de estas estrellas, y (3) el ascenso del modelo cosmológico ΛCDM aumenta la
edad estimada del universo a partir de la velocidad de expansión hoy debido a que con la constante cosmológica el
universo se expandía más lentamente en el pasado.
22
El término en inglés es cosmic background radiation y en la literatura científica se usa la abreviación CMB para
referirse a la “radiación cósmica de fondo”
23
R. Alpher, H. A. Bethe, G. Gamow, Phys. Rev. 73, 803 (1948)
24
Vease por ejemplo la nota histórica escrita por M. Turner en conmemoración de los sesenta años del artículo.
Michael S. Turner, “From αβγ to precision cosmology: the amazing legacy of a wrong paper”, Physics Today,
diciembre 2008, pp. 8-9.
25
Otro ejemplo relevante sería el artículo del astrónomo de Sitter donde propone un modelo cosmológico basado en
la solución de las ecuaciones de la relatividad general en un universo de masa cero. En este universo se predicen
corrimientos hacia el rojo, pero no por efectos de expansión sino por los efectos de dilatación de tiempo debido a la
gravedad en espacios curvos. Lo interesante es que Hubble en su visita a de Sitter en 1928 se interesa por este efecto
de corrimiento hacia el rojo. Por la referencia que Hubble hace al efecto “de Sitter” en su publicación de la medición
de corrimientos hacia el rojo, cabe inferir que Hubble de alguna manera fue influenciado por esta teoría (incorrecta).
Ver por ejemplo: Gale E. Christianson, “Edwing Hubble”, (Farrar, Straus and Giroux: New York, 1995), p. 198.
26
R. Alpher, R. Herman, Nature 162, 774 (1948)
27
La relación entre Alpher y Herman con Gamow en relación a la predicción de la radiación de fondo es algo
extraña. Fueron Alpher y Herman (no Gamow) los que hicieron la primera predicción, sin embargo, por un tiempo
este trabajo fue ignorado y se le atribuyó a Gamow la predicción. Alpher y Herman se quejan de que el mismo
Gamow (que sabía de la predicción) escribió por lo menos tres artículos con nuevas predicciones de la radiación de
fondo pero en ninguno de ellos hace referencia al trabajo de ellos. Esta nota histórica está documentada en: Ralph A.
Alpher and Robert Herman, “Reflections on Early Work on „big bang‟ Cosmology, Physics Today, August 1988,
pp. 24-34.
28
El hecho de que la aceptación de la teoría del big bang en gran medida reposa en este experimento, que ocurrió al
azar y no de forma premeditada desacredita la tesis impulsada por el físico (convertido en filósofo/sociólogo de la
ciencia) Thomas Kuhn en la que no existe un experimento libre de la influencia de una teoría.
29
Penzias, A.A., Wilson, R. W., “A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s”, Astrophysical
Journal, vol. 142, p. 419-421 (1965)
30
John C. Mather, John Boslough, The Very First Light, Basic Books: New York (1996); tambien vease el articulo
con los resultados: Fixen, D. J., et. al., “The Cosmic Microwave Background Spectrum from the Full COBE FIRAS
Data Set”, Astrophysical Journal (1996): http://arxiv.org/PS_cache/astro-ph/pdf/9605/9605054v1.pdf
31
R. Srianand, P. Noterdaeme, C. Ledoux, P. Petitjean, “First detection of CO in a high-redshift DLA”,
http://arxiv.org/abs/0804.0116
32
J.V. Narlikar, R.G. Vishwakarma, G. Burbidge, F. Hoyle, “Small Scale Fluctuations of the Microwave
Background in the Quasi-Steady State Cosmology”, preprint (2001), http://arxiv.org/abs/astro-ph/0101551
J.V. Narlikar, R.G. Vishwakarma, G. Burbidge, “Interpretations of the Accelerating Universe”,
Publ.Astron.Soc.Pac, 114 (2002) 1092-1096, http://arxiv.org/abs/astro-ph/0205064
J.V. Narlikar, R.G. Vishwakarma, Amir Hajian, Tarun Souradeep, G. Burbidge, F. Hoyle , “Inhomogeneities in the
Microwave Background Radiation interpreted within the framework of the Quasi-Steady State Cosmology”,
Astrophysical Journal, 585, 1 (2003), http://arxiv.org/abs/astro-ph/0211036
J.V. Narlikar, Geoffrey Burbidge, R.G. Vishwakarma, “Cosmology and Cosmogony in a Cyclic Universe”, J.
Astrophys. Astron. (2007) vol. 28, p. 67-99, http://arxiv.org/abs/0801.2965
33
Edward Wright, “Errors in the Steady State and Quasi-SS Models”,
http://www.astro.ucla.edu/~wright/stdystat.htm
34
La propuesta final del proyecto COBE fue ensamblada por John Mather en 1974 bajo instrucciones de NASA de
reunir tres propuestas relacionadas con la observación de la radiación de fondo. Una de las propuestas fue originada
por Mather, la segunda por Luiz Alvarez de la Universidad de California, Berkeley, que luego fue liderada por
George Smoot. La tercera liderada por Samuel Gulkis vino del laboratorio JPL de la NASA.
35
Chown, M., Afterglow of Creation (Arrow Books: London, 1993); Sobre el tema del manejo de la prensa a la
noticia de COBE y las declaraciones de Smoot vease el libro de John C. Mather y John Boslough (op. cit.); la
universidad de California, Berkeley sacó un comunicado de prensa a nombre de George Smoot anunciando los
resultados del COBE, aparentemente en violación de los acuerdos establecidos por el equipo de científicos del
COBE y por la NASA, el resultado del comunicado de prensa fue que a los ojos del público Smoot quedó como el
científico principal del COBE, cuando en realidad el equipo de científicos estaba compuesto por 19 investigadores.
308
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36
La explicación en términos de un “conteo de manchitas” obviamente es una simplificación, pero el producto final
sí corresponde al análisis que realmente se hace. En realidad se usa la operación estadística de la “auto-correlación
angular” que se calcula multiplicando la temperatura en un par de puntos en la esfera celeste separados por un
determinado ángulo. Luego se hace una distribución estadística (un histograma) de estos valores para diferentes
separaciones angulares (entre las dos direcciones de los pares de puntos). El resultado es el espectro angular de
potencias. Existen otros métodos estadísticos alternativos y complementarios para realizar este análisis. Uno de estos
es más acorde a la simplificación del “conteo de manchitas” porque se basa en identificar las manchitas y medir su
perímetro. El autor hizo el primer análisis publicado de los datos del COBE usando ese método:
Sergio Torres, "Topological Analysis of COBE-DMR Cosmic Microwave Background Maps", The Astrophysical
Journal, 423: L9 - L12, (1994), http://home.earthlink.net/~verada/pubs/files/B_genero1.html
37
G. Hinshaw, et al., “Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP1) Observations: Data
Processing, Sky Maps, & Basic Results”, Astrophysical Journal Supplement Series, in press (2008),
http://cmbdata.gsfc.nasa.gov/product/map/dr3/map_bibliography.cfm
38
Los seis parámetros en el modelo estándar de la cosmología son: (1) la densidad de materia normal (átomos); (2)
la densidad de materia oscura; (3) la constante cosmológica (el término “lambda” en las ecuaciones de Einstein); (4)
la amplitud de las vibraciones acústicas; (5) la pendiente del espectro de potencias de las vibraciones acústicas; (6)
la profundidad de la capa de dispersión de fotones al momento del desacople.
39
El método de mínimos cuadrados fue desarrollado por el “príncipe de las matemáticas”, el eminente matemático
alemán Carl Friedrich Gauss (1777-1855) quien introdujo el método para predecir la posición del asteroide Ceres
usando unos pocos datos de su órbita. La técnica de mínimos cuadrados permite comparar datos con modelos
teóricos y se puede usar para hallar los parámetros del modelos.
40
Murray Gell-Mann, uno de los creadores del modelo estándar de partículas introdujo el “quark” para poner en
orden la cantidad de partículas elementales que se descubrían. Con los “quarks” la cantidad excesiva de partículas
“elementales” se reduce de manera análoga al orden que trae Mendeleyev a la química. La palabra “quark” fue
tomada de la novela Finnegan’s Wake de James Joyce donde aparece el fragmento: “Three quarks for Muster
Mark!”.
41
http://www.cfa.harvard.edu/supernova//home.html
42
http://www.supernova.lbl.gov/
43
Las estrellas supernovas del tipo Ia explotan con la misma potencia porque todas tienen la misma masa (igual al
límite de Chandrasekhar). Las diferencias en la composición química de la estrella puede afectar la potencia, pero
estas posibles variaciones se pueden corregir midiendo la duración de la explosión: se conoce muy bien la manera
como varía la potencia con la duración de la explosión.
44
Aspectos de la trajectoria profesional de Vera Rubin se basan en la entrevista que le hizo Alan Lightman y en
artículos donde ella misma cuenta su historia:
Alan Lightman, Roberta Brawer, “Origins. The Lives and Worlds of Modern Cosmologists”, (Harvard University
Press: Cambridge, 1990);
Vera Rubin, “Seeing dark matter in the Andromeda galaxy”, Physics Today, diciembre, 2006, p. 8;
Vera Rubin, “A two-way galaxy”, Physics Today, septiembre 2007, p.8.
45
Ver por ejemplo el sitio web “Mujeres en Astronomía”,
http://www.astrosociety.org/education/resources/womenast_bib.html
46
M. J. Reid, et al., “Trigonometric Parallaxes of Massive Star Forming Regions: VI. Galactic Structure,
Fundamental Parameters and Non-Circular Motions”, http://arxiv.org/abs/0902.3913
47
Vease por ejemplo “The MOND pages” en: http://www.astro.umd.edu/~ssm/mond/index.html
48
El comunicado de prensa se encuentra en la Internet:
http://chandra.harvard.edu/press/06_releases/press_082106.html
49
Alan H. Guth, “The Inflationary Universe”, (Basic Books: New York, 1997)
50
Mientras que Einstein le dio una interpretación geométrica (G) a la constante cosmológica, los cosmólogos la usan
hoy como una presión negativa y por lo tanto la ponen al lado de (T) donde va la energía y las fuerzas.
51
Los cálculos estiman que las fluctuaciones cuánticas del vacío son extremadamente altas (del orden de 10 88
toneladas por centímetro cúbico). Sin embargo la velocidad de expansión del universo pone una cota a la constante
cosmológica que es un factor de 10120 más pequeña que este estimado.
52
Helge Kragh, Cosmology and Controversy, (Princeton University Press: Princeton, 1996).
53
Esta fecha es debatible. Podríamos igualmente decir que la cosmología moderna entró en marcha en la década de
1780 cuando William Herschel se preocupa por estudiar los parches blancuzcos que aparecen en el cielo nocturno
(nebulosas) y comienza un mapeo sistemático de las estrellas y nebulosas en la bóveda celeste. También se podría
309
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argüir que la cosmología científica comienza con Galileo hace 400 años cuando usa la tecnología del telescopio para
penetrar regiones profundas del cielo y hacer las revolucionarias observaciones astronómicas que desmontaron la
cosmología tolemaica.
54
P. J. E. Peebles, Physical Cosmology, (Princeton University Press: Princeton, 1971)
55
Helge Kragh, “Gamow‟s Game: The Road to the Hot Big Bang”, Centaurus, 38, (1996) pp. 335-361.
56
Por ejemplo: http://home.earthlink.net/~verada/
57
Ernesto Cardenal, “Cántico Cósmico” (Nueva Nicaragua: Managua, 1989)
58
El tratamiento del aspecto sociológico del tema de la cosmología se basa en debates y consultas con un
antropólogo y un sociólogo de la ciencia, además de numerosas lecturas entre las cuales cabe detacar:
E.D. Klemke, R. Hollinger, D. W. Rudge (Editores), “Introductory readings in the Philosophy of Science”
(Prometheus Books: New York, 1998);
H. Feigl, M. Brodbeck, “Readings in the Philosophy of Science” (Appleton-Century-Crofts: New York, 1953);
R. Dewitt, “Worldviews” (Blackwell: Oxford, 2004);
J. L. Kasser, “Philosophy of Science” (The teaching Company, 2006);
D. N. Robinson, “The Great Ideas of Philosophy” (The Teaching Company, 2004);
T. Kuhn, “The Structure of Scientific Revoutions” (The University of Chicago Press: Chicago, 1996);
O. Gingerich, “The Book Nobody Read”, (Penguin Books: New York, 2004);
G. Sarton, “A History of Science” (Harvard University Press: Cambridge, 1952);
M. Ben-Ari, “Just a Theory” (Prometheus Books: Amherst, 2005);
S. Weinberg, “Facing Up: Science and its Cultural Adversaries” (Harvard University Press: Cambridge, 2001);
S. Pinker, “How the Mind Works” (Norton: New York, 1997);
59
Ernesto Sabato, “Hombres y engranajes” (Alianza Editorial: Madrid, 1983), p. 41.
60
Ernesto Sabato, “Uno y el Universo” (Sudamericana, 1984)
61
El color viene determinado por la frecuencia de las ondas electromagnéticas de luz. Para que se generen ondas
electromagnéticas (o fotones) se requieren cargas eléctricas (es decir partículas cargadas con masa). Fotones también
pueden ser producidos por la aniquilación de un par de partículas de materia y anti-materia. En todo caso para
generar luz se necesita materia (partículas o campos).
62
Ver, por ejemplo Edward Wright (http://www.astro.ucla.edu/~wright/distance.htm): 1. Paralaje trigonométrico; 2.
Velocidad de cúmulos (e.g. Pléyades); 3. Paralaje secular; 4. Paralaje estadístico; 5. Distancia cinemática; 6. Paralaje
de expansión; 7. Eco de la luz; 8. Estrellas binarias espectroscópicas; 9. Método Baade-Wesselink; 10. Binarias
espectroscópicas eclipsadas; 11. Expansión de fotósfera; 12. Ajuste a secuencia principal; 13. Paralaje
espectroscópico; 14. Distancia a estrellas variables RR Lyrae; 15. Cefeidas variables; 16. Función de luminosidad de
nebulosas planetarias; 17. Estrella más brillante; 18. Diámetro más grande de nubes de H-II; 19. Fluctuaciones en el
brillo de superficie; 20. Supernova tipo Ia; 20. Relación Tully-Fisher; 21. Relación Faber-Jackson; 22. Galaxia más
brillante en un cúmulo; 23. Retraso de tiempo en lente gravitacional; 23. Efecto Sunyaev-Zeldovich; 24. Ley de
Hubble; 24. Dispersión de pulsares; 25. Luminosidad pico de novas clásicas; 26. Función de luminosidad de
cúmulos globulares.
63
Arp, Halton, “Seeing red: redshifts, cosmology and academic science” (Apeiron: Quebec 1998)
64
Existen varios casos famosos de físicos que se sienten perseguidos por que alguna vez sus artículos fueron
rechazados, ver por ejemplo: Arp, “Controversias Sobre las Distancias Cosmicas y los Cuasares” Tusquets, 2002;
Magueijo, Joao, “Faster tan the Speed of Light”, Penguin Books, 2003. En este último libro el autor hace un
recuento de su pelea con los editores de la revista Nature porque no le aceptaron un articulo donde especula sobre
una teoría física que acepta velocidades superiores a la velocidad de la luz.
65
La historia del descubrimiento de los cuásares contada de primera mano aparece en el articulo de Maarten
Schmidt, “The discovery of quasars” publicado en las memorias de la conferencia “Modern Cosmology in
retrospect” (Ed. B. Bertotti, S. Bergia, R. Balbinot, A. Messina, Cambridge University Press, Cambridge 1990) pp.
347-354.
66
Newman, W. I., Terzian, Y., “Combinatorics and Companion Galaxies: Paradox Lost”, The Astrophysical
Journal, 441: 505-506, March 10, 1995. Episodios recientes de la controversia en torno a la interpretación
estadística de los datos de desplazamientos rojos se resumen en: Schilling, G., “New Results Reawaken Quasar
Distance Dispute”, Science, 298, p. 345, October 11, 2002
67
Para un resumen de la controversia ver: Schilling, G., “New Results Reawaken Quasar Distance Dispute”,
Science, 298, p. 345, October 11, 2002
68
Arp y sus amigos dejaron relucir su resentimiento en carta abierta publicada en una revista popular donde acusan a
todo el mundo que no piensa como ellos de una conspiración universal que está ocultando la verdad y engañando
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con la doctrina oficial evangelizadora del big bang: “An open letter to the scientific community”, H. Arp, et. al. New
Scientist, May 22, 2004, http://www.cosmologystatement.org/
69
Robitaille, Pierre-Marie, “The Collapse of the big bang and the Gaseous Sun”, The New York Times, domingo
marzo 17, 2002.
70
Entre los mismos físicos han surgido desacuerdos sobre si el desplazamiento rojo cosmológico se puede adscribir
a un movimiento físico real (interpretación cinemática) o a un efecto puramente cosmológico. T. Kiang (“Time,
Distance, Velocity, Redshift: a personal guided tour”, http://arxiv.org/abs/astro-ph/0308010 ) aclara que a grandes
distancias la interpretación Doppler es incorrecta, pero E.F. Bunn y D.W. Hogg (“The kinematic origin of the
cosmological redshift”, http://arxiv.org/abs/0808.1081 ) argumentan que inclusive a grandes distancias la
interpretación cinemática es viable si se hacen las transformaciones correctas a sistemas de referencia donde esta
intepretación es natural.
71
El problema matemático es muy sencillo: conocemos la velocidad de la expansión universal (que es la constante
de Hubble, aproximadamente igual a H = 1/14000000000 años) a un kilómetro de distancia (R = 1 km = 1000000
mm) la velocidad de recesión sería de acuerdo a la ley de Hubble v = H*R = 1000000 mm/14000000000 años = 1
mm/14000 años).
72
En la parte del espectro correspondiente al visible se han observado galaxias que se formaron cuando el universo
apenas tenía una edad de 1 200 millones de años (Astrophysical Journal, Vol. 700, pp. 20-48, 2009). Para nuestro
ejemplo hemos elegido una galaxia a una distancia de 12 000 millones de años-luz, lo cual quiere decir que su luz
fue emitida cuando el universo apenas tenía una edad de 1 700 millones de años. Con la calculadora cósmica de
Ned Wright en la Internet (http://www.astro.ucla.edu/~wright/CosmoCalc.html ) podemos calcular las diferentes
distancias: la distancia basada en el tiempo que viaja la luz (12 000 millones de años-luz); la distancia que nos
separaba de esa galaxia hace 12 000 millones de años cuando la luz fue emitida (4 858 millones de años luz); y la
distancia a la que se encuentra esa galaxia hoy (23 367 millones de años-luz). Nótese que el factor de expansión es
23367/4858 = 4.81. Los astrónomos definen el desplazamiento hacia el rojo como el factor de expansión menos 1: z
= 4.81 — 1 = 3.81. El desplazamiento hacia el rojo es medible directamente con observaciones de los espectros de la
luz proveniente de la galaxia.
73
Percy Bridgman (1882-1961, premio Nobel de física de 1946 por sus investigaciones en la física de alta presión) y
profesor en matemáticas y filosofía natural de la universidad de Harvard. Además de sus aportes a la física
experimental de altas presiones hizo contribuciones de notoriedad en temas de la filosofía de la ciencia. Reconoció
el papel central del concepto de medición en la teoría de la relatividad, en particular, la manera como las operaciones
que definen la medición de espacio, simultaneidad y tiempo sirvieron para re-conceptualizar el espacio, el tiempo y
por extensión el movimiento, materia y fuerza. De aquí sale su propuesta, el operacionalismo: un concepto científico
significa el conjunto de operaciones que se deben especificar para medirlo. Argumentó que el objeto del
conocimiento científico no es la realidad objetiva externa sino más bien el producto de un red de conceptos
operacionales que los científicos desarrollan para explicar, predecir y controlar experimentos. Interesante anotar que
dentro de los mismos científicos dados a incursionar el debate filosófico, surjan posiciones acordes con los
delineamientos presentes en el post-modernismo (¡entonces la critica constructivista de la ciencia no es tan original!)
74
Para que una teoría sea aceptada por la comunidad científica no es necesario que todas sus predicciones se hayan
comprobado. Es posible que esa ambiciosa meta no se pueda lograr con las tecnologías disponibles al momento. La
aceptación de la teoría general de la relatividad, por ejemplo, se basó en gran parte en la explicación de una
anomalía en la órbita de Mercurio y en la confirmación de la desviación de las trayectorias de la luz al pasar junto al
Sol tal como fue observado durante el eclipse de Sol de 1919 por Sir Arthur Eddington. La teoría ofrecía otras
predicciones que años más tarde — tan reciente como las primeras observaciones de frame dragging en el 2004—
fueron comprobadas una a una. En 1976 el experimento GP-A (del inglés para Gravitational Probe A) midió el
desplazamiento rojo gravitacional, predicho por la teoría, con una precisión de 0,02%. El desplazamiento rojo
gravitacional consiste en la disminución de la frecuencia de relojes atómicos según la intensidad del campo
gravitacional, lo cual es consecuencia de la predicción de la teoría que afirma que el tiempo fluye más lentamente en
regiones donde la gravedad es menor. En 1974 Joseph Taylor y Russell Hulse observaron la disminución en la
energía de sistemas estelares binarios debidas a la emisión de ondas gravitacionales. En estos sistemas compuestos
por dos objetos compactos (por ejemplo estrellas de neutrones) en rotación en torno a un centro de gravedad común,
la teoría de la gravedad de Einstein predice que esas masas en movimiento generan ondas gravitacionales que
proporcionan un mecanismo de pérdida de energía para el sistema binario. Con la pérdida de energía los dos objetos
en órbita se acercan y la rapidez de los pulsos que emite la estrella de neutrones aumenta. Estos síntomas fueron
observados por Taylor y Hulse y por ese trabajo recibieron el premio Nobel en 1993. En el 2004 el experimento
LAGEOS logró observar por primera vez el efecto de frame dragging predicho por la teoría (I. Ciufolini, E. C.
311
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Pavlis, “A confirmation of the general relativistic prediction of the Lense-Thirring effect”, Nature, Vol. 431, 21
October 2004, pp. 958-960). El frame dragging es la alteración de la estructura de espacio-tiempo alrededor de una
masa en rotación (como la Tierra), que se manifiesta como si la estructura del espacio-tiempo fuera arrastrada por el
movimiento de rotación de la Tierra. En el caso del LAGEOS, las órbitas de dos satélites pasivos de forma esférica
fueron monitoreados con alta precisión, se midió la distancia con rayos láser y se pudieron verificar los efectos
relativistas debidos a la rotación de la Tierra. En el 2009 el experimento GP-B (del inglés para Gravitational Probe
B) logró medir con un error del 14% el efecto de frame dragging predicho por la teoría. Para un resumen de las
pruebas de la teoría general de la relatividad véase por ejemplo: http://einstein.stanford.edu/highlights/status1.html
75
El átomo de hidrógeno, compuesto por un protón en el núcleo y un electrón que circunda su vecindad, puede
almacenar energía momentáneamente. Este truco lo consigue haciendo que el electrón se acomode en una
configuración de mayor energía, donde puede permanecer por una fracción de segundo para luego volver a la
configuración de más baja energía, devolviendo así la energía absorbida. A un átomo de hidrógeno le podemos
transferir energía pegándole con un fotón. Claro, si ese fotón tiene demasiada energía, lo que ocurre es que golpea el
electrón con tal fuerza que lo saca completamente del átomo. En el caso del hidrógeno basta con disparar un fotón
con una energía de 13.6 electrón-voltios para sacar al electrón del átomo. En el extremo de bajas energías, la menor
perturbación que le podemos causar a un átomo de hidrógeno sería disparándole un fotón de seis millonésimas de
electrón-voltio (correspondiente a un fotón con longitud de onda de 21 cm). En esta situación lo que ocurre es que al
absorber ese fotón, el electrón orienta su espín en la misma dirección que el espín del núcleo, una configuración de
mayor energía (la configuración de menor energía del átomo de hidrógeno se obtiene cuando el espín del electrón y
del protón están alineados en direcciones contrarias). Una nube de hidrógeno neutro en su nivel más bajo de energía
puede emitir luz de una longitud de onda de 21 cm cuando se encuentra sumergida en un medio lleno de fotones que
tienen la energía adecuada y puedan provocar el cambio en la orientación del espín del electrón. Este medio lleno de
fotones es justamente la radiación de fondo en la época del universo, antes de la formación de las primeras estrellas.
76
En el libro de John C. Mather, “The Very First Light” (Basic Books: New York, 1996), aparece el listado del
personal que trabajó en el proyecto COBE. La lista incluye 1097 nombres.
77
Los datos del proyecto COBE (y también los del más reciente proyecto WMAP) se encuentran en la Internet y
pueden ser descargados, sin costo alguno, por cualquier estudiante o investigador en cualquier parte del mundo.
Diversos investigadores independientes (no ligados a los grupos originales de estos proyectos) han usado esos datos
para escribir cientos de artículos. Aquí está el enlace: http://cmbdata.gsfc.nasa.gov/
78
Véase por ejemplo el artículo de Bennett, C. L., et. al. (“The cosmic rosetta stone”, Charles L. Bennett, Michael S.
Turner and Martin White, Physics Today, November 1997) y el de Hu y Dodelson (“Cosmic Microwave
Background Anisotropies”, Wayne Hu and Scott Dodelson, Annual Review of Astronomy and Astrophysics, 2002)
donde se hace un listado de los proyectos incluyendo referencias.
79
Steven Shapin, Simon Schafer, Leviathan and the Air-Pump: Hobbes, Boyle, and the Experimental Life (Princeton
University Press: Princeton, 1985)
80
Pocos minutos después del lanzamiento en un cohete Delta, el satélite COBE fue puesto en una órbita de 900
kilómetros de altura de tal forma que en un día completa 14 revoluciones alrededor de la Tierra. Los instrumentos
fueron encendidos tan pronto el satélite se estabilizó en su orbita y la señal nos llegó a la sala de control en la base
Goddard de la NASA (en Greenbelt, Maryland). Yo diseñé y desarrollé gran parte de los programas de análisis de
datos para el experimento DMR (radiómetro diferencial de microondas) a bordo del COBE y por lo tanto tuve el
privilegio de poder procesar y observar por primera vez los datos de radiación de fondo producidos por el COBE. En
su libro (“Wrinkles in Time”, George Smoot, Keay Davidson: Little Brown, London 1993) George Smoot — el líder
del equipo — describe este evento con las siguientes palabras: “…al final del primer día de toma de datos, nos
esforzamos por hacer funcionar el software de análisis para producir un mapa celeste burdo pero reconocible de la
radiación cósmica de fondo. Sergio Torres proyectó el mapa en la pantalla grande, y la sala de operaciones se llenó
de aplauso…”. Lo que apareció en pantalla fue un mapa con una banda luminosa de color azul hacia los extremos y
rosado hacia el centro. El color es artificial pero se usa para codificar la temperatura del cielo. La observación nos
estaba mostrando que, vista con microondas, una parte del cielo era 3,4 milésimas de grado kelvin más caliente que
la parte opuesta. El patrón observado y el valor de la diferencia en temperaturas era esperado, pero no era el objetivo
final para el cual se construyó el COBE. Ese patrón de un extremo caliente a uno frio en el lado opuesto de la esfera
celeste se llama el dipolo (en referencia a los dos “polos” opuestos de temperatura) y es producido por el efecto
Doppler inducido por nuestro movimiento relativo a la radiación cósmica de fondo.
81
La página en la Internet donde los astrofísicos ponen sus artículos, inclusive antes de que aparezcan publicados
formalmente, es: http://arxiv.org/archive/astro-ph
82
Véase listado en: http://astroverada.com/libro/Cosmology_books.html
312
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material en cualquier medio sin la autorización expresa del autor. Derechos reservados © 2010. Copyright © 2010.
83
Stephen W. Hawking, Historia del Tiempo: Del big bang a los agujeros negros, (Editorial Crítica: Barcelona,
1988)
84
Lucy fue el nombre que se le dio al esqueleto fósil que Donald Johanson encontró en Hadar (Etiopia) en 1974. La
anécdota que se cuenta es que el nombre de Lucy fue inspirado por la canción de los Beatles “Lucy in the sky with
diamods” que sonó toda la noche durante la fiesta que se hizo para celebrar el hallazgo hecho por el grupo de
Johanson. Lucy es uno de los ancestros del género Homo que vivió hace tres millones de años en la región Afar
(Laetoli y Hadar, 160 kilómetros al noreste de Adís Abeba, Etiopía). El análisis del fósil y la comparación con todos
los otros fósiles existentes al momento llevaron a Johanson y White a identificar a Lucy como miembro de una rama
evolutiva común del Homo y de los Australopitecus (robustus y africanus). A esta rama común le dieron el nombre
de Australopitecus Afarensis (austral = del sur, pitecus = simio, afarensis = de la región de Afar). Véase: Donald
Johanson & Maitland Edey, LUCY, Warner Books (New York, 1981)
85
Un grupo de investigadores especializados en el estudio de factores culturales de cognición mostraron que cuando
a un grupo se les presenta un asunto “neutro” (por ejemplo nanotecnología), el grupo inicialmente responde con
indiferencia, pero cuando se les presenta información científica sobre el asunto en cuestión (por ejemplo las
aplicaciones y los riesgos de la nanotecnología), la mima información suscita respuestas completamente distintas en
el grupo de acuerdo a su cosmovisión, es decir de acuerdo a cómo esa información se ajusta a los valores sociales y
culturales del grupo. Véase: Kahan, Dan M., Jenkins-Smith, Hank and Braman, Donald, Cultural Cognition of
Scientific Consensus (February 7, 2010). Cultural Cognition Project Working Paper No. 77. Articulo disponible en:
http://papers.ssrn.com/sol3/papers.cfm?abstract_id=1549444 ; véase también: Kahan, D., “Fixing the
communications failure”, Nature, Vol. 463, pp. 296-297, 21 January 2010.
86
Robitaille, P.M., op. cit.
87
En 1830 Friedrich Wilhelm Bessel detectó por primera vez el arduamente buscado paralaje estelar en 61 Cygni,
que según sus cálculos pondría la estrella a 657 700 unidades astronómicas equivalente a 10,4 años-luz. Una
medición reciente da 11,2 años-luz (ángulo de paralaje: 1/3 de segundo de arco equivalente al ángulo que subtiende
una moneda de 2,5 cm a una distancia de 16 kilómetros)
88
El astrofísico e historiador de la ciencia Owen Gingerish dice que la aceptación del modelo de Copérnico no fue el
que haya presentado una alternativa más simple que la de Ptolomeo (de hecho el modelo de Copérnico necesita 34
epiciclos, lo cual es mayor número de epiciclos que en el modelo ptolemaico. Según Gingerish la aceptación del
modelo copernicano se debe a haber removido el ecuante (el centro de giro de los epiciclos) lo cual permite que los
plantas sigan un movimiento circular uniforme y cuadra mejor con las ideas filosóficas de la época. Gingerich
Owen, “The book noboday read: chasing the revolutions of Nicolaus Copernicus” (Penguin Books: New York,
2004)
89
El tema del juicio de Galileo ha sido una fuente inagotable de trabajo para los historiadores y, como es de
costumbre, la historia de Galileo no se ha salvado del revisionismo. Han surgido tesis que van desde las acusaciones
obvias que demonizan las violaciones perpetradas por la Santa Inquisición hasta culpar a Galileo por ingenuo y
exonerar a la iglesia diciendo que Galileo se buscó la condena al desobedecer la admonición de Bellarmino de 1616.
Algunas fuentes usadas aquí son:
Hofstadter, D., “The Earth Moves: Galileo and the Roman Inquisition”, W. W. Norton & Company (2009);
Vaquero, J. M., “Galileo”, Nivola Libros Ediciones (2003).
90
El caso de Lysenko es una ilustración nítida del monumental desastre que resulta de la peligrosa mezcla entre
política, ideología y ciencia. Trofin D. Lysenko (1898 — 1976) fue un agrónomo aficionado de origen campesino
que rechazó los avances en genética para imponer su propia teoría, desacreditada en su propio tiempo pero acorde
con la ideología soviética. Su origen proletario y su alineamiento con la ideología del partido le abrieron las puertas
del poder, desde las cuales perpetió sus falsas premisas en nombre de la ciencia, las cuales dieron paso a la brutal
represión de sus críticos y eventualmente al retrazo de la genética en la Unión Soviética. Hay quienes le adjudican
por lo menos parte de la responsabilidad de la muerte de 10 millones de rusos causadas por el hambre y la represión
que acompañó las políticas agrícolas por él promovidas.
91
Novikov, I.D., 2009. “Cosmology in the Soviet Union in the 1960s.” pp. 99 in Finding the Big Bang, J.E. Peebles,
L. A. Page Ed. Cambridge University Press.
92
Fang Lizhi, Bringing down the great wall (Norton: New York, 1992)
93
La primera observación documentada de manchas solares se debe a Thomas Harriot el 8 de diciembre de 1610;
Galileo hizo una demostración de las manchas solares en público en abril de 1611, mientras que Scheiner realizó las
primeras observaciones de manchas solares en octubre de 1611. José M. Vaquero, Galileo, (Nivola: Tres Cantos,
2003)
313
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material en cualquier medio sin la autorización expresa del autor. Derechos reservados © 2010. Copyright © 2010.
94
Por ejemplo, esta es una declaración que hace Hoyle en un congreso profesional de astrofísica: “…Ryle tenía la
idea de que por medio de un conteo de radiofuentes podía rechazar el modelo estacionario. Su programa, que
persiguió agresivamente por muchos años, no parecía que tuviera otro objetivo. Él no estaba interesado en una
investigación honesta por la cosmología correcta, sino más bien en rechazar el trabajo de su colega de la misma
universidad, una situación que nunca esperaría fuera recibida con los ardientes aplausos que la comunidad científica
le brindó”, en: Hoyle, F., 1990. “An assessment of the evidence against the steady-state theory.” pp. 221-231,
Modern Cosmology in Retrospect, B. Bertotti, S. Bergia, R. Balbinot, A. Messina Ed., Cambridge University Press.
95
Vease por ejemplo: Carta publicada en New Scientist, 22 may 2004: http://www.cosmologystatement.org ; el sitio
web de Arp es también muy entretenido: http://haltonarp.com/
96
J.V. Narlikar, R.G. Vishwakarma, G. Burbidge, F. Hoyle ,”Small Scale Fluctuations of the Microwave
Background in the Quasi-Steady State Cosmology”, http://arxiv.org/abs/astro-ph/0101551
J.V. Narlikar, R.G. Vishwakarma, Amir Hajian, Tarun Souradeep, G. Burbidge, F. Hoyle., “Inhomogeneities in the
Microwave Background Radiation interpreted within the framework of the Quasi-Steady State Cosmology”,
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0211036
J.V. Narlikar, R.G. Vishwakarma, G. Burbidge, “Interpretations of the Accelerating Universe”,
http://arxiv.org/abs/astro-ph/0205064
Jayant V. Narlikar, Geoffrey Burbidge, R.G. Vishwakarma, “Cosmology and Cosmogony in a Cyclic Universe”,
http://arxiv.org/abs/0801.2965
97
Patricia O‟Grady documenta los estudios que se han realizado sobre el eclipce y reporta las dificultades que habría
tenido Tales con los ciclos Saros y Exeligmos ya que estos presentan variabilidad que probablemente no era
conocida en la época. El artículo aparece en un medio académico en línea cuyos artículos son revisados por referee:
http://www.iep.utm.edu/thales/#SH8a
98
Vease por ejemplo: Bertrand Russell, A History of Western Philosophy, (Simon & Shuster: New York, 1945)
99
Algunos académicos afirman que Pericles, el gran líder de la democracia en Atenas, contrató los servicios de
Protagoras entre los años 460 — 430 a.C. Los detalles de la posible asociación Pericles-Protagoras se pueden
encontrar en: O'Sullivan, Neil. "Pericles and Protagoras", Greece & Rome, Vol. 42, No. 1, pp. 15-23 (1995)
100
Daniel Kennefick presentó las circunstancias del experimento de Eddington y documentó los resultados del
reanalisis de los datos del experimento mostrando que no hay bases para afirmar que Eddington obró sesgadamente.
Kennefick, D., “Testing relativity from the 1919 eclipse — a question of bias”, Physics Today, March 2009, pp. 3742.
101
La reacción de Einstein a los resultados de Kaufmann se citan en la referencia que sigue como ejemplo de los
prejuicios del apegamiento del teórico a sus teorías a tal punto de no importar lo que dicen los experimentos. Alan
Lightman, A sence of the mysterious: Science and the human spirit, pp. 34-35, (Vintage Books, 2006)
102
En su celebrado artículo “Two dogmas of empiricism”, Quine ataca a los positivistas lógicos arguyendo que
cualquier afirmación teórica (sea esta analítica o sintética — que en el fondo son lo mismo para Quine) puede ser
revisada a la luz de nuevos datos empíricos. Quine, W. V., “Two dogmas of empiricism”, The Philosophical Review,
Vol. 60, pp. 20-43 (1951)
103
Ernesto Sabato, Hombres y engranajes. Heterodoxia, Madrid: Alianza Editorial (1983), p. 41.
104
Paul Feyerabend, “How to defend society against science”, conferencia dictada en noviembre de 1974 a la
Sociedad de Filosofia en la Universidad de Sussex, http://www.galilean-library.org/manuscript.php?postid=43842
105
Harding, S., The science question in feminism, (Cornell University, 1986)
106
Bondi, H., 1990. “The cosmological scene 1945-1952.” pp. 189-196 en Modern Cosmology in Retrospect, B.
Bertotti, S. Bergia, R. Balbinot, A. Messina Ed., Cambridge University Press.
107
Hoyle, F., 1950. The nature of the universe. New York: Harper, p. 113.
108
Dunkley, J., et al., “Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Likelihoods and
Parameters from WMAP Data,” Astrophysical Journal Supplement, 180: 306-329 (2009).
109
"Peirce's Theory of Abduction" in Philosophy of Science, v. 13, n. 4, 301—306, October (1946).
110
El creador de los quarks, el físico Murray Gell-Mann, describe el proceso científico como un proceso complejo
adaptativo similar a como los organismos vivos (y sus funciones) compiten por sobrevivencia. Véase:
Gell-Mann, M., The quark and the jaguar: Adventures in the simple and the complex, (Henry Holt and Company:
New York, 1995)
111
Sabato, E., Hombres y engranajes. Alianza Editorial: Madrid, 1983, p. 42.
112
J. L. Borges, “Del rigor en la ciencia”, en “Narraciones” ed. M. R. Barnatán (Cátedra, Madrid, 1983), p. 129.
113
El senador James Inhofe, republicano de Oklahoma
314