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Universo singular. Javier Sánchez Cañizares
Читать онлайн.Название Universo singular
Год выпуска 0
isbn 9788418360336
Автор произведения Javier Sánchez Cañizares
Жанр Документальная литература
Серия Razón Abierta
Издательство Bookwire
Estos resultados resultaron posteriormente claves para la consolidación de la teoría del Big Bang. ¿Qué información proporcionaba recibir una longitud de onda desplazada hacia el rojo? Que la fuente que emite esa luz está alejándose respecto de la Tierra. Se trata del conocido efecto Doppler: análogamente a como la frecuencia de la sirena de una ambulancia se hace más grave al alejarse el vehículo de nosotros, la luz de las galaxias lejanas llega a la tierra con una frecuencia menor (más grave) —y por tanto una longitud de onda mayor—4 de la que debería corresponderle.5 Además, las observaciones de Hubble en 1929 mostrarían que este efecto es directamente proporcional a la distancia que media entre la fuente de luz en cuestión y nuestro planeta. Es lo que se conoce como ley de Hubble, y es un primer indicio de que el mismo universo se halla en expansión. Siguiendo con la analogía del espacio-tiempo que se estira como la superficie de un globo, se pueda pensar en las galaxias como manchas en dicha superficie. Al inflar el globo, las manchas de la superficie se separan más rápidamente cuanto más lejos están unas de otras.
La ley de Hubble tiene entonces dos posibles explicaciones. O bien la Tierra se halla en el centro de una gran explosión de galaxias —algo insostenible, si se acepta el principio copernicano que rechaza la existencia de puntos privilegiados del espacio-tiempo—; o bien el universo se está expandiendo uniformemente, independientemente del lugar en que nos encontremos para observar dicha expansión. Dicho de otra manera, la velocidad relativa de alejamiento de las galaxias entre sí es proporcional a la distancia a la que se encuentran. Todas se ven alejándose entre sí.
Los datos de Hubble fueron rápidamente considerados como un apoyo evidente a la expansión del universo. Al verificarse la ley de Hubble, los científicos estaban midiendo nada más y nada menos que el ritmo de dicha expansión. Ahora bien, si la distancia entre las galaxias ha ido creciendo a lo largo de la historia del universo, todo ha tenido que estar mucho más cerca en el pasado… No obstante, en ese momento no se conocía ninguna interpretación teórica sobre el fenómeno, pues recordemos que la teoría del Big Bang es del año 1931. Los resultados de Hubble apuntaban al modelo de Lemaître, pero no eran aún totalmente decisivos. Hubo que esperar a la medición de la radiación de fondo de microondas (realizada inequívocamente apenas dos años antes de la muerte de Lemaître) para que el Big Bang recibiera el reconocimiento generalizado de la comunidad científica.
1.2.2. El descubrimiento de la radiación de fondo de microondas
En 1948, un antiguo estudiante de Fridman llamado George Gamow (1904-1968) había precisado que el estado primitivo del universo, además de ser extremadamente denso, tenía que haber sido mucho más caliente de lo que se pensaba. Gamow predecía en sus cálculos la existencia de un resto enfriado (a causa de la sucesiva expansión del universo) de radiación primitiva. Se trataría de algo parecido a un fósil de esos primeros instantes que debería estar presente en todos los rincones del universo. Esta radiación es lo que hoy se conoce como radiación de fondo de microondas.
¿Pero qué relación hay entre la magnitud física que se conoce como temperatura y las ondas electromagnéticas que pueblan el universo? ¿Acaso se puede medir la temperatura de la luz con un termómetro? La relación es más sutil de lo que parece. Los científicos sabían desde tiempo atrás que cualquier cuerpo que tiene una temperatura determinada y emite luz en equilibrio al exterior, sin ningún sesgo particular, lo hace según una curva universal que relaciona la cantidad de intensidad emitida con cada longitud de onda. Esta curva es universal en el sentido de que no depende del material, sino de la temperatura a la que se encuentra el cuerpo (es la ley de Planck). Así, por ejemplo, un hierro calentado a poco más de 1000 oC se ve de color rojo (emite preferentemente en la longitud de onda del rojo) y, si se calienta más, se pone blanco (todas las longitudes de onda participan de modo similar en la emisión). ¿Sería posible descubrir una radiación electromagnética en el universo que siguiera la ley de Planck?
Años más tarde, en 1964, dos científicos de la compañía Bell, Arno Penzias (1933-) y Robert Wilson (1936-), mientras estaban calibrando una antena de recepción de un telescopio de microondas, encontraron de modo casual un persistente ruido isótropo de fondo. Era una radiación muy pequeña, correspondiente a un espectro que cumplía perfectamente la ley de Planck para un cuerpo a una temperatura muy baja: en torno a 3 K (-270 oC). Intentaron por todos los medios hallar el origen de dicha radiación contaminante, incluso llegaron a desmontar el equipo. Todo fue inútil. Afortunadamente, alguien recordó que existía una predicción de Gamow sobre la radiación de fondo de un universo dinámico y que, dado el tiempo transcurrido en el universo desde la explosión original y debido a su enorme expansión, esta radiación debería corresponder a una temperatura muy baja. Se había descubierto la radiación de fondo de microondas casi por casualidad.
Hay que decir que esta radiación de fondo no se corresponde estrictamente hablando con los primerísimos instantes del cosmos, sino a lo que se conoce como la época del último scattering (dispersión), en torno a 380 000 años después del Big Bang. En esa época, el universo se ha enfriado lo suficiente para que los núcleos de los átomos y los electrones puedan recombinarse para formar ya átomos estables (sobre todo de hidrógeno), que dan lugar a la materia normal que hoy conocemos. Los fotones que componen la radiación electromagnética no suelen dispersarse al interaccionar con átomos estables, de modo que, en ese momento, el universo se habría hecho transparente a la luz. Y es esa luz la que continúa viajando por todo el cosmos sin impedimento alguno, como una reliquia electromagnética de aquella época. A causa de la expansión del universo, la longitud de onda de los fotones de la radiación de fondo se ha ido estirando hasta entrar en la región de las microondas. Sin embargo, estos fotones conservan la curva universal de la ley de Planck a una temperatura más baja (la curva correspondiente a 2,7 K es la que se mide en la actualidad). La radiación de fondo se podría observar en cualquier parte del universo, como de hecho ocurre, y proviene de todas direcciones con la misma intensidad (no hay ninguna dirección privilegiada).
En resumidas cuentas, la radiación de fondo era una prueba fehaciente de que la termodinámica del cosmos estaba de acuerdo con la termodinámica del Big Bang. Hoy día, esta radiación de fondo es, con diferencia, el dato empírico más importante para la cosmología física. Los telescopios la miden cada vez con más precisión y los científicos analizan la multitud de datos que se recogen para contrastarlos —mediante diversos tratamientos estadísticos muy serios— con las diversas hipótesis cosmológicas que buscan refinar el modelo del Big Bang.
1.2.3. La abundancia relativa de los elementos más ligeros
A grandes rasgos, se puede decir que el 99 % de la materia del universo que vemos está formada por hidrógeno y por helio, los dos elementos más ligeros de la tabla periódica. El 1 % restante corresponde a los elementos más pesados. El hidrógeno es el elemento más abundante, con una abundancia relativa del 75 %, mientras que al helio le corresponde un 24 %. ¿Hay alguna explicación dentro de la teoría del Big Bang para estas proporciones relativas en la abundancia de los elementos?
Sí. Sin entrar demasiado en detalles técnicos, podemos mencionar que la teoría del Big Bang afirma que los núcleos atómicos de los elementos más ligeros se formaron en los primeros segundos de vida del universo. Por ejemplo: si partimos de un universo extremadamente caliente, es lógico suponer que habría una cantidad similar de protones y de neutrones, pues la temperatura sería lo suficientemente grande para que se transformaran continuamente unos en otros, en un equilibrio dinámico. Cuando, a causa de la expansión, la temperatura empieza a disminuir (en torno a decenas de miles de millones de grados), los neutrones —que son ligeramente más pesados que los protones— continúan rompiéndose en partículas