Crónicas de los átomos y de las galaxias E-Book

Hubert Reeves

• Herausgeber: Alianza Editorial
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Serie: El libro de bolsillo - Ciencias
• Sprache: Spanisch

Seitenzahl: 169

Veröffentlichungsjahr: 2022

Beschreibung

Astrofísico y profesor universitario, Hubert Reeves es, además, un accesible y riguroso divulgador científico. Crónicas de los átomos y de las galaxias reúne 66 breves piezas que tratan desde lo infinitamente grande hasta lo infinitamente pequeño: desde el Universo en su conjunto hasta los neutrinos y los quarks, además de aludir a las geniales intuiciones de grandes científicos, como Einstein, Dirac, Pauli, Planck y muchos otros. ¿Cómo nació el hidrógeno? ¿Existen universos espejos? ¿Y paralelos? ¿Cómo nació la energía oscura? ¿Qué ocurre con los agujeros negros? ¿Y con la antimateria? ¿Cuál es el papel fundamental que desempeñan en la física actual los átomos y sus partículas? Éstas son sólo algunas de las numerosas cuestiones que aborda este interesante libro.

Leseprobe

Hubert Reeves

Crónicas de los átomosy de las galaxias

Prefacio

Estas Crónicas de los átomos y de las galaxias son una continuación de las Chroniques du ciel et de la vie [«Crónicas del cielo y de la vida»] publicadas en 2005. El conjunto de ambas obras agrupa los textos de mis crónicas semanales difundidas entre 2003 y 2006 a través de France Culture1.

Los temas abordados van (utilizando los términos de Blaise Pascal) desde lo «infinitamente grande» hasta lo «infinitamente pequeño»: desde el universo en su conjunto hasta los neutrinos y los quarks. También hacemos alusión a las geniales intuiciones de grandes científicos como Einstein, Dirac, Pauli, Planck y muchos otros que han hecho posible que avancen nuestros conocimientos.

En la obra se presentarán y comentarán elementos tan inesperados como insólitos en el marco de la física clásica –la antimateria, los agujeros negros, la materia oscura y la energía oscura (ambas llamadas igualmente «faltantes»)–. Mostraremos cómo se puede justificar la afirmación de su existencia.

Ha resultado muy difícil definir la secuencia de los temas (¿cuáles presentar en primer lugar, cuáles en último lugar?), pues es frecuente que éstos se hallen íntimamente vinculados entre sí. Ello nos permite darnos cuenta de uno de los grandes descubrimientos de la ciencia contemporánea: todo está implicado en todo. Así, los neutrinos, tan discretos que durante mucho tiempo se dudó de su realidad, han adquirido una importancia física y cosmológica considerable y es posible que hayan desempeñado un papel determinante en nuestra existencia. El helio, con el que se inflan los globos infantiles, nos permite remontarnos hasta los primeros minutos de nuestro universo, mientras que la antimateria, por su rareza extrema, nos brinda la posibilidad de explorar momentos todavía más remotos.

Para solventar el problema que plantea una clasificación en cierto modo algo arbitraria, he añadido entre paréntesis una referencia que remite a aquellas crónicas que completan el tema en cuestión o que tratan del mismo. Remito igualmente, en algunas crónicas, a las ilustraciones que figuran a todo color en la presente obra.

Estas Crónicas de los átomos y de las galaxias nos hablan del universo que nos ha engendrado. Tratan de responder a la pregunta acerca de nuestro origen: «¿De dónde venimos y cómo es que hemos llegado a existir?». En cuanto a las Chroniques du ciel et de la vie publicadas con anterioridad, abordaban el tema de nuestro destino: «¿Cómo actuar para no eliminarnos a nosotros mismos?». Ambas preguntas, tanto sobre el pasado como sobre el futuro, convergen en el contexto de nuestras preocupaciones ecológicas.

1 Emisora francesa de radio. Los contenidos radiofónicos citados pueden consultarse en francés en la página web http://www.radiofrance.fr/chaines/france-culture2/emissions/reeves/. La transcripción de las crónicas emitidas por France Culture se halla en la página web oficial del autor, http://www.hubertreeves.info/index.html(N. de la T.).

I. Lo cósmico

1. Turismo cósmico

Gracias a los pacientes esfuerzos de los científicos y de los técnicos, todos nosotros tenemos actualmente la posibilidad de contemplar nuestro universo en sus dimensiones más amplias. Los telescopios espaciales nos ofrecen suntuosas imágenes del mismo: son los grandes regalos de la ciencia contemporánea a la humanidad.

En este libro, admiraremos algunas de estas imágenes reunidas fuera de texto, las estudiaremos y trataremos de sacar de ellas la mayor cantidad posible de información sobre este mundo que es el nuestro.

Contemplemos la Figura 1. ¡Ése es el aspecto más general de nuestro universo! El turismo en su máxima escala...

¿Cómo describir lo que vemos? Dispersas por toda la superficie de la imagen como si fueran islas desplegadas sobre un mar inmenso, galaxias, galaxias..., galaxias hasta el infinito: ¡un vasto archipiélago de galaxias!

Las galaxias son estructuras gigantescas constituidas por aproximadamente cien mil millones de estrellas como nuestro Sol. En esta imagen, las que están más cerca se ven como pequeños discos blanquecinos. A veces se distinguen sus brazos espirales (en particular en la parte superior izquierda). Los puntos azules que salpican el fondo oscuro de la fotografía también son galaxias, pero muy lejanas, apenas perceptibles a través de nuestros telescopios.

Éste es el mundo en el que nacimos, un buen día, en un pequeño planeta azul que gira alrededor de una estrella amarilla en una galaxia blanca, la Vía Láctea, una galaxia corriente entre miles de millones de otras galaxias. Un observador situado en uno de estos astros lejanos vería en su telescopio imágenes similares a ésta. En su campo visual, un punto azul podría ser nuestra galaxia. ¿Podría imaginar que, desde allí, alguien (¡nosotros!) le está mirando?

¿A qué distancia se encuentran estas galaxias?

En astronomía, se utiliza como unidad de medida el año luz: el trayecto que recorre la luz en un año. Un año luz equivale a unos diez billones de kilómetros. Los puntos azules (¡vuelvan a fijarse en ellos!) se hallan a varios miles de años luz, es decir, ¡a varios miles de millones de veces diez billones de kilómetros! Estas cifras nos dan una idea de las vertiginosas dimensiones de nuestro universo.

Este documento fotográfico sólo nos permite ver una parte del mismo, lo que por definición denominamos «el universo observable». Al igual que al borde del mar, nuestra mirada queda limitada por una «línea de horizonte» que nos imponen a la vez nuestros instrumentos y la propia física. En el mar, un barco nos permitiría ir a verificar que la capa acuática se extiende mucho más allá de esta línea. Pero en el espacio, ¿tendremos algún día una posibilidad similar?

Se plantean muchas preguntas: ¿siguen existiendo miríadas de galaxias más allá de nuestro horizonte? ¿Cuál es la dimensión real del universo? ¿Acaso es infinito? Si así fuera, esta fotografía sólo nos estaría presentando una fracción ínfima del mismo... Si el universo es finito, en principio podríamos contar las galaxias y las estrellas. Pero, ¿y si es infinito?

¿Cómo podemos llegar a saber si el universo es finito o infinito? Algún día podremos contestar esta pregunta a través de métodos indirectos, pero de momento seguimos sin respuesta. Volveremos reiteradamente sobre este tema.

2. ¿Es infinito el universo?

¿Cuándo empezaron los seres humanos a alzar la mirada hacia la bóveda estrellada y a adquirir conciencia de la presencia de sus luminarias celestes? Cabe suponer que, desde la noche de los tiempos, éstos se hicieran algunas preguntas: «¿De qué materia están hechas? ¿A qué distancia se encuentran?».

Los filósofos de la Grecia clásica ya discutían sobre la dimensión del espacio que habitaban estos objetos misteriosos. Existían dos escuelas de pensamiento opuestas. Según la primera, llamada «apolínea», no cabía duda de que el universo era finito: Apolo, divinidad de la belleza y de la medida, le había conferido, como era natural, una dimensión armoniosa, expresada a través de la palabra cosmos (de la que deriva nuestra palabra «cosmético»: agente de belleza). Lo infinito, necesariamente desmedido, no podía constituir una propiedad del cosmos. Frente a éstos, los adoradores de Dionisos, adeptos de desenfrenadas bacanales, defendían la tesis de un universo infinito, más acorde con su afición a los excesos de todo tipo.

En la Edad Media, según la teología de santo Tomás de Aquino –referencia para el mundo cristiano–, sólo Dios es infinito y, por consiguiente, el universo, creación de Dios, no puede serlo. Sin embargo, algunos pensadores tenían ideas diferentes. El 17 de febrero de 1600, en el Campo dei Fiori de Roma, quemaron en la hoguera a Giordano Bruno por haber publicado (entre otras herejías) una obra titulada De lo infinito: el universo y los mundos. Bruno, gran provocador, planteaba cuestiones inaceptables para las autoridades religiosas de la época: «Si vuestro Dios no ha sido capaz de crear un mundo infinito, el mío sí que lo ha sido». Aquello era pasarse de la raya...

Al no disponerse de datos de observación, las pasiones, las opiniones filosóficas y las opciones religiosas dominaban totalmente este debate y se traducían en posturas más radicales. En el siglo XVII, los desarrollos de la astronomía dieron a estas preguntas nuevas dimensiones. La teoría de la gravitación universal permitió al espíritu humano proyectarse en el espacio y comprender los movimientos de la Luna alrededor de la Tierra, y de los planetas alrededor del Sol. Pero los esfuerzos de Newton por incluir igualmente el mundo de las estrellas lejanas no dieron fruto. Más allá del sistema solar seguía extendiéndose el misterio de los astros, reacios a la aprehensión humana.

Todo cambia en 1917, cuando Einstein establece su teoría de la relatividad general (Crónica 41), cuyo campo de aplicación se extiende a todo el universo y a toda la materia que éste contiene. Entonces ya cabe plantear sobre bases científicas la pregunta de la dimensión del cosmos. Sin llegar a contestar a ella (será preciso completar la teoría mediante observaciones), dicha teoría permite sin embargo vislumbrar que el universo podría ser infinito. A Einstein no le gustaba nada esta idea. Y menos aún que el universo pudiera estar en expansión; lo manifestó abiertamente en varias ocasiones. ¿Por qué? ¿Estaba influido por la estética apolínea? Tras una larga resistencia, acabaría por aceptar la realidad de la expansión y la posibilidad de un universo infinito.

3. ¿Claustrofobias, agorafobias?

Claustrofóbica es aquella persona que no se encuentra a gusto en espacios cerrados. Por el contrario, es agorafóbica aquella persona que se siente mal en espacios demasiado abiertos. Para algunas personas, la idea misma de un universo infinito es aterradora, inaceptable, por no decir absurda. A mí personalmente me gusta bastante. No me agrada estar limitado. ¡Si me dijeran que el universo es finito, sufriría de claustrofobia!

Pero, frente a las dimensiones del cosmos, nuestras reacciones afectivas carecen de todo peso científico. Al universo le importan bien poco nuestros estados de ánimo; es lo que es. Nuestra tarea consiste en descubrirlo y adaptarnos a él, independientemente de lo extraño que nos pueda parecer. Uno de mis amigos, a quien un grupo de pensadores le decía que la teoría del Big Bang es filosóficamente inaceptable, había citado la respuesta que Galileo dio a los inquisidores dominicos que querían obligarlo a que renegara de sus afirmaciones referentes al movimiento de la Tierra en el espacio: «¡Sin embargo, se mueve!».

El científico debe tratar de desarrollar su lucidez con relación a sus propias capacidades. Sus opiniones o convicciones en ningún caso pueden marcar la pauta en su conocimiento de la realidad. Por el contrario, pueden convertirse en potentes frenos e impedir que interprete y aprecie correctamente las nuevas observaciones. La historia de las ciencias ofrece numerosos ejemplos de situaciones en las que los prejuicios de algunas personas han bloqueado durante mucho tiempo, o al menos retrasado considerablemente, el desarrollo de la investigación.

Cuando exploramos fenómenos y dimensiones que van mucho más allá de nuestras percepciones habituales –ya sea en el ámbito atómico o en el cósmico–, no es infrecuente que nos tengamos que enfrentar a realidades extravagantes que superan nuestra inteligencia y nuestra imaginación. Estas facultades, cuando tratan de adaptarse a los mensajes que emiten las nuevas observaciones, se desarrollan, se enriquecen y se preparan para el encuentro con ideas y objetos todavía más misteriosos.

El científico inglés John Eccles escribió: «El mundo, además de ser más extraño de lo que imaginamos, es más extraño de lo que somos capaces de imaginar».

Todavía nos esperan grandes sorpresas... Pero para recibirlas, hemos de estar alerta y, sobre todo, desconfiar de los prejuicios y de los tópicos.

4. Remontar el curso del tiempo

A nuestra escala de tiempo, la luz viaja muy deprisa. Va de la Tierra a la Luna en un segundo y de la Tierra al Sol en ocho minutos. Sin embargo, con respecto a las inmensas dimensiones del cosmos, esta velocidad es más que lenta. ¡En los espacios intergalácticos, la luz se arrastra a paso de tortuga!

Para el astrónomo, esta lentitud es una bendición. Le da acceso directo al pasado del mundo. En pocas palabras: ¡cuanto más lejos miramos en el espacio, más pronto vemos en el pasado!

Volvamos a nuestra imagen del cosmos (Figura 1). Fijemos nuestra mirada en esos puntitos azules del fondo celeste. La luz que emiten estas galaxias ha viajado durante unos diez mil millones de años antes de que su imagen se imprima en el detector del telescopio Hubble. Vemos esas galaxias tales como eran en ese pasado tan remoto. ¿Cómo son hoy? ¿Existen todavía? ¡Para saberlo, habría que esperar otros diez mil millones de años!

Sin embargo, sabemos, indirectamente, que la mayoría de estas galaxias entraron en colisión con sus vecinas, que se fusionaron para engendrar astros de mayor masa, y que, a consecuencia de ello, desapareció un gran número de estos puntos azules. Lo que estamos observando son las huellas actualmente inexistentes de uno de los primeros episodios del cosmos.

Así pues, contemplando esta imagen del universo, vemos no una instantánea de su presente, sino una película de su desarrollo en el tiempo. Nuestra mirada se hunde en el pasado... Las galaxias más próximas, con sus superficies blancas más extensas, ilustran para nosotros tiempos relativamente recientes (de varias decenas de millones de años), acaso contemporáneos de la era de los dinosaurios, mientras que las más lejanas nos dan acceso a períodos próximos a los inicios del universo. Entre estos dos extremos, otros astros revelan el aspecto del cosmos en períodos intermedios. Por ejemplo, si queremos observar el momento que corresponde al nacimiento de nuestro planeta, hace 4.600 millones de años, bastará, como ya habrán comprendido ustedes, con observar aquellos astros situados a 4.600 millones de años luz.

En este punto se le plantea al observador un problema técnico importante: la dificultad de estudiar objetos astronómicos situados a semejantes distancias. Como nuestra fotografía (Figura 1) pone de manifiesto, su luminosidad es muy débil y se ven minúsculos. De ahí la necesidad de construir telescopios de tamaño muy grande para que reciban más cantidad de luz y para conseguir una mejor resolución. Los espejos de nuestros telescopios actuales tienen casi diez metros de diámetro, mientras que los actuales proyectos en curso prevén que alcanzarán hasta varias decenas de metros. Paralelamente, hay redes de radiotelescopios que se extienden por la superficie de la Tierra abarcando unos diez mil kilómetros que en breve serán cientos de miles de kilómetros en el espacio, orbitando alrededor de la Tierra.

En pocas palabras: la lentitud de la luz, a escala del universo, constituye para los investigadores una auténtica máquina para retroceder en el tiempo (¡el sueño inaccesible de todos los historiadores!). Aquéllos cuentan con explotarla al máximo y construyen con entusiasmo instrumentos cada vez más potentes. Estamos impacientes por descubrir, gracias a ellos, todo el pasado del universo...

5. Un universo en expansión

Entre 1920 y 1930, el astrónomo Edwin Hubble (cuyo apellido da nombre al telescopio espacial) realizó unos descubrimientos cuyas consecuencias habrían de transformar profundamente nuestra visión del cosmos y de su historia.

Primer descubrimiento: las galaxias visibles en nuestra imagen del universo (Figura 1) no están inmóviles. Se desplazan. Algunas de ellas, como por ejemplo las pequeñitas azules, se alejan de nosotros ¡casi a la velocidad de la luz!

Segunda sorpresa: los movimientos de las galaxias no son desordenados (no van en todas las direcciones, como los de las moléculas de un gas), sino, por el contrario, muy ordenados. Las galaxias se alejan todas unas de otras. Y lo que es más importante: cuanto más alejadas están unas de otras, más rápidamente se distancian. Tomemos por ejemplo un trío de galaxias en nuestra imagen (Figura 1) y dibujemos un triángulo del que constituirían los vértices. En el futuro el triángulo crecerá sin que por ello cambie su forma.

Este sorprendente comportamiento del movimiento de estos astros es idéntico por doquier, hasta los confines del universo observable. De ahí nace la expresión: «El universo está en expansión».

Esta constatación ha invalidado una afirmación enunciada por Aristóteles hace 2.500 años y que, implícitamente, la comunidad científica aceptó hasta el siglo XX: «El universo es siempre el mismo, tanto en el pasado como en el futuro». El movimiento de expansión de las galaxias pone en cambio de manifiesto que el universo está en perpetua transformación. En efecto, si las galaxias se alejan unas de otras, la densidad de la materia cósmica (el número de galaxias en un determinado volumen) disminuye progresivamente: el universo se hace menos denso.

Añadamos, a favor de Aristóteles, que su afirmación sobre el carácter inmutable del universo se basaba en siglos de observaciones de los astrónomos de épocas anteriores (sumerios, caldeos, babilonios... los famosos Reyes Magos). Éstos, al fijarse en el desplazamiento de las constelaciones en el cielo a lo largo de las estaciones, habían observado que cada año los astros volvían regularmente a su posición, llegando a la conclusión de que el cosmos no cambiaba. Evidentemente, sus observaciones se vieron limitadas por la ausencia de telescopios. Todo se hacía a simple vista.

Imaginemos ahora la proyección al revés de la película de la expansión del cosmos. Veríamos en nuestra pantalla las galaxias acercarse unas a otras. Llegaría un momento en el que, al superponerse los astros, la materia cósmica alcanzaría densidades extremas, acercándose a un valor infinito. De ahí la idea de un comienzo del universo.

Esta idea, que ya estaba presente en numerosas cosmogonías tradicionales, hasta ese momento estuvo totalmente ausente en la literatura científica. Perturbó profundamente a muchos investigadores, incluido el propio Einstein.