!Y entonces reventó! ¿Alguna prueba del Big Bang?

Hoy en día todo el mundo parece tener una cierta idea de lo que es el Big Bang. Todos damos por sentado que es una especie de explosión que ocurrió hace mucho, mucho tiempo y que creó el universo. Pero nunca se te ha ocurrido dudarlo. Quizás deberías. Al fin y al cabo estamos hablando de algo que ocurrió hace tanto tiempo que es imposible que nadie sepa que paso. Imagino que puedes pensar que todos esos Señores científicos dicen que fue así ¿No deberíamos respetar su autoridad? ¡Pues no! ¡Esos señores podrían estar tomándote el pelo resulta que el mundo está sujeto sobre un elefante encima de una tortuga!

Y no te preocupes por ofender el ego de ningún físico, por que dudo que se puedan sentir ofendidos por algo de escepticismo. Ellos  mismos son conscientes de que sin este escepticismo hoy en día seguiríamos creyendo que el sol orbita alrededor de la tierra y que las estrellas están colgadas fijas en un bol de cereales boca abajo.  La teoría del Big Bang es algo que aparentemente todos creemos comprender, pero que creo que realmente pocos entendemos. En sí, puede parecer un concepto frío e irrelevante, una explosión que ocurrió hace demasiado tiempo para que a nadie le debiera preocupar. Pero al margen de las implicaciones filosóficas de este fenómeno, que nos hacen entender lo humilde de nuestra posición como habitantes de una ínfima partícula de polvo cósmico, lo realmente apasionante sobre el Big Bang es entender como una serie de simples mortales como tú y yo fueron encadenando inspiración tras inspiración para llegar a esta conclusión.

A demás a diferencia de otras teorías científicas el Big Bang, aunque como teoría esconde gran cantidad de matemáticas muy complicadas, ofrece algunas pruebas que son obvias para todo aquel que se digne a observarlas. No deberíamos dejar que los científicos nos digan lo que pensar. Lo que si debemos hacer es mirar que teorías y evidencias no ofrecen y ponernos manos a la obra cual detectives en un Cluedo cósmico.

Yo no soy físico, ni siquiera científico profesional, pero desde hace unos años mi pasión  por los descubrimientos científicos no deja de darme alegrías y sorpresas. Para compartir esta fascinación voy a  intentar resumir lo que he aprendido leyendo a grandes autoridades como Stephen Hawking, Laurence Krauss  y otros divulgadores científicos que nos ofrecen breves historias de nuestro universo.

Obviamente nadie que conozcamos o hayamos conocido estuvo al principio del tiempo para ser testigo del Big Bang. Con esto en mente nos podríamos dejar llevar por el pesimismo y asumir que no hay nada que hacer para averiguarlo. Pero si establecemos una analogía con las investigaciones criminales, cuando un investigador busca los detalles de cómo se cometió un delito no se detiene por  no haber estado allí personalmente. Si en un cuerpo se encuentran restos de ADN de un sospechoso y balas del calibre del arma de este tendemos a establecer una relación causal. Cuando investigamos el Big Bang, las pruebas se encuentran esparcidas por todo el universo. Pero hoy en día tememos detectives capaces de encontrar hasta al criminal cósmico más esquivo.

Voy a empezar por la prueba más clara. Imagínate una explosión. Lo normal es que te la imagines desde fuera. Sería una especie de esfera desde el centro de la cual se expanden los fragmentos a toda velocidad en todas direcciones y una parte de estos fragmentos se acercan a toda velocidad hacía ti. Así es como yo me solía imaginar el Big Bang, y de hecho me ha causado más de un problema a la hora de intentar entenderlo. Al principio al leer sobre lo que será la segunda prueba que mencionare más tarde, no lograba entender que la una prueba del Big Bang era una radiación resto de la explosión que viene de todas las direcciones alrededor del universo. Yo pensaba… ¡Tendrá que venir de la zona de la explosión! ¡¡Error!! Nosotros estamos dentro de la explosión. Por lo tanto la explosión no viene haca nosotros.  Nosotros somos uno de los fragmentos de la explosión volando a toda velocidad alejándonos del centro. Por lo tanto las ondas de choque, la radiación viene de todas las direcciones.

¿Y cómo sabemos que estamos dentro de una explosión? ¿Quién nos los ha dicho? Pues la idea es sorprendentemente reciente. A principios del siglo XX  los astrónomos en general consideraban que el universo era estático y que siempre había estado ahí. Con el descubrimiento de la teoría de la relatividad de Einstein completada en el 1915, los astrónomos se encuentran con una herramienta matemática que les permite hacer nuevas mediciones mucho más ajustadas de todo tipo de objetos celestes. Así que los astrónomos se lanzan a usar su nuevo juguete provocando una explosión de descubrimientos radicales en el campo de la astronomía.  Curiosamente esta primera prueba en particular es un poco más low tech. Está basada en el efecto Doppler. Este es un fenómeno muy familiar para todos. Si te imaginas a ti misma o mismo viendo pasar coches por una autopista te habrás dado cuenta de ese característico ruido tipo ñiiiiuuuuuum que producen los coches al pasar. Esto se debe a que el sonido se propaga a través de ondas. Cuando el coche se acerca hacia ti este va produciendo ondas que cada vez se acercan más entre ellas produciendo una frecuencia más alta y por tanto un sonido cada vez más agudo. Al alejarse las ondas se van separando, por lo tanto su frecuencia es menor y el sonido más grave.  Las galaxias al acercarse o alejarse también harían ñiiiiuuuuuum, pero con ondas electromagnéticas, es decir luz en vez de sonido. El violeta indicaría alta frecuencia (coche acercándose, más agudo) y el rojo baja (coche alejándose, más grave). 

En el año 1912 Vesto Slipher, un astrónomo americano, midió por primera vez el efecto dopler en el corrimiento de color en el espectro de lo que se conocía como nébulas (el nombre que se les daba a las galaxias antes de saber que eran exactamente). El corrimiento al rojo mostraba que estas “nébulas” se estaban alejando de nosotros. Pero esto ocurrió antes del desarrollo de la teoría de la relatividad por lo que Slipher no poseía un marco teórico solido en que enmarcar su observación. Esto llegará pocos años después de la publicación de la teoría de la Relatividad General de la mano del matemático soviético Alexander Friedman. Sus ecuaciones demuestran que el universo estático que los astrónomos habían considerado a lo largo de la historia era inconsistente con los descubrimientos de Einstein. La idea debió ser realmente chocante en su momento. No es la primera vez que los astrónomos tienen que abandonar paradigmas centenarios. Ya se había descartado el geocentrismo y la división de las leyes que rigen los cielos y la tierra en dos ámbitos separados. Pero quizás con Einstein, por primera vez los científicos se encontraban con un mundo  maravillosos y alucinante, pero extraño e difícil de comprender,  donde nuestras intuiciones humanas no nos dejan ver el mundo real. Hoy en día parece que los físicos están curados de espanto.

Volviendo a la observación de como el resto de galaxias se alejan de nosotros esta vez damos con un apellido que nos resultará algo más familiar, Edward Hubble. No es por nada que el telescopio más famoso del mundo lleva su nombre. Las observaciones de Hubble, junto con las consideraciones teóricas que ya hemos mencionado, han cambiado para siempre la imagen que tenemos del universo en que vivimos. El universo no solo es más increíblemente vasto de lo que cualquiera de nuestras mentes pueda imaginar. Es además sublime. Es maravilloso, bello y terrorífico al mismo tiempo. Una infinita extensión de fríos vacíos cuasi eternos salpicados de mega explosiones, increíbles nubes de gases, agujeros negros y miles de millones de estrellas con todos los tipos de planetas que pudiésemos imaginar. Curiosamente el primer astrónomo que nos abrió la puerta a estas maravillas estuvo a punto de dedicarse a la abogacía, por deseo de su padre. Afortunadamente para todos, Hubble finalmente siguió su impulso natural y volvió a la universidad para estudiar astronomía.

En 1925 Hubble empieza a trabajar en el observatorio del Monte Wilson en California dónde recientemente se había construido el mayor telescopio del mundo. Utilizando Algo conocido como candelas estándar (astros con una luminosidad conocida) y basándose en sus datos y observaciones previas), Hubble demuestra que las “nébulas” están demasiado lejos para pertenecer a la Vía Láctea. Pronto la comunidad científica dará la razón a Hubble y estas pasan a denominarse galaxias. Hubble comienza a estudiar los resultados de sus observaciones y pronto concluye que a mayor distancia, las galaxias se alejan a mayor velocidad. Hubble formalizará sus conclusiones en la ley del Corrimiento al Rojo de la Distancia de las Galaxias o Ley de Hubble.

Diagrama mostrando como la velociad a la que receden las galaxias aumenta de forma proporcional a la distancia

Una conclusión graciosa que muchos extraemos de este punto es que si todas las galaxias se alejan de nosotros en todas direcciones, entonces… ¡Estamos en el centro del universo! Lamentablemente todo el resto de galaxias podrían reclamar lo mismo ya que este desde ellas un observador vería exactamente lo mismo. Los divulgadores a menudo utilizan la analogía en 2D con un globo. Infla un globo ligeramente y dibuja puntos con un rotulador esparcidos homogéneamente. Estos representan las galaxias. Ahora continúa inflando el globo y todos los puntos se alejan de los demás. Para verlo gráficamente aquí tienes una representación con estrellas azules y soles amarillos. No importa que estrella azul elijas para empezar cuando los soles empiezan a expandirse todas las estrellas azules parecen estar en el centro.

 

Desde cualquier galaxia el resto parecen alejarse alrededor creando la ilusión óptica de estar en el centro del universo

Incluso antes de que Hubble publicase su famosa ley, un sacerdote y físico belga llamado Geaorge Lemaître ya había anticipado el resultado de las observaciones de Hubble. En 1931 Lemaître extrae la consecuencia lógica de este resultado. Si todas estas galaxias se alejan a toda velocidad las unas de las otras, en algún momento en algún pasado remoto debieron estar juntas, ocupando un mismo espacio, un punto de inmensa energía al inicio de todo. Tan grandiosa era la teoría que el Papa Pio XII propuso convertirla en dogma de la iglesia católica (Dios debió llamarle para avisar de que había olvidado mencionar este pequeño detalle que acababan de descubrir algunos físicos). El propio Lamaître lo desaconsejo, consciente de que otras teorías muy sólidas habían caído ya en el pasado, y a la iglesia se le vería el plumero demasiado. Desde entonces como todos sabemos la teoría se ha consolidado y es conocida por toda y discutida por pocos. Voveré a este punto al final. Pero previamente había mencionado que una segunda prueba que deseaba discutir. Vamos a abordarla. Más que el alejamiento de las galaxias, que es de por sí bastante gráfico y una prueba científica respetable, el respaldo experimental de la teoría del Big Bang viene sobre todo de la Radiación de Fondo de Microondas. Ya he mencionado al matemático Alexander Friedman. Este fue el primero en sugerir que las ecuaciones de la Teoría de la Relatividad entraban en contradicción con un universo estático considerando que el universo es similar independientemente de la dirección en que uno lo observe. Más tarde un alumno de Friedman, George Gamow especulaba que al inicio el universo debió haber sido un lugar extremadamente caliente y denso, que lógicamente emitiría radiación en forma de luz visible. Esta radiación con el tiempo se habría corrido hacia el rojo al igual que la luz de las galaxias pero en mayor medida convirtiéndose en microondas (La luz, la radiación infrarroja y las microondas son todas ondas electromagnéticas pero cada una menos energética que la anterior).  Dos físicos de la universidad de Princeton Bob Dicke y Jim Peeble se interesaron en esta teoría y comenzaron a trabajar en ella. Al mismo tiempo en los laboratorios Bell de Nueva Jersey Arno Penzias y Rober Wilson estaban trabajando con un nuevo detector de microondas especialmente sensible que les estaba dando problemas. A menudo cuando uno intenta observar radiaciones provenientes del espacio resulta que lo que acaba encontrándose son todo tipo de señales nada extraterrestre que pueden provenir de cualquier aparato que emita radiación cerca. Otra curiosa fuente de interferencia son las cacas de paloma. Pero incluso tras haber limpiado las deposiciones y filtrado las posibles obstrucciones la señal persistía.  La señal de hecho parecía venir de todas partes, como de todos los rincones del universo. Por fin a Penzias y Wilson les llegó la información de las predicciones de Dicke y Peeble que predecían y explicaban su descubrimiento y por ello ganaron el Nobel en 1978 (curiosamente ni Dicke, ni Peeble, ni Gamow recibieron este reconocimiento). Este descubrimiento le dio a la teoría del Big Bang el impulso final para convertirla en la teoría estándar de la formación del universo. Hoy en día se han hecho números estudios de esta radiación. En la imagen vemos una reproducción informática de esta. Los colores representan áreas de esta radiación que varían ligeramente en su temperatura y que proporciona una información muy útil a los físicos que tratan de recomponer el puzle de la historia de nuestro universo.

Imagen de las diferencias de temperatura en la Radiación de Fondo de Micoondas

Hoy en día, la mayoría de la gente tiene al menos una vaga idea de lo que es el Big Bang, pero no debemos olvidar que hasta el momento solo es una teoría muy muy sólida. En algunas de sus conferencias en colgadas en Youtube el físico y divulgador Lauren Krauss defiende que el Big Bang es un hecho como que Isabel la Católica no era fan del jabón. La verdad es que respeto totalmente su opinión por que las evidencias y el consenso entre especialistas es enorme. A pesar de ello para hacer de abogado del diablo voy a mencionar una teoría que he leído recientemente en un libro de Ian Steward. En un capítulo dedicado a la teoría de la relatividad, Steward menciona a dos matemáticos británicos, Robert Mackay y Colin Rourke, defienden una teoría que ya había sido avanzada por el astrónomo americano Halton Harp y que hasta el momento no ha sido refutada. En esta teoría que encaja con la de la relatividad, el universo es estático y el corrimiento al rojo de las galaxias lejanas estaría producido por grandes campos gravitatorios en vez de aceleración. El universo por tanto no estaría expandiendose por lo que no habría necesidad de un Big Bang

Para la redacción de este artículo me he ayudado de los libros “Universo de la Nada” de Laurence Krauss y de “Breve Historia del Tiempo” de Stephen Hawking, además de la omnipresente Wikipedia.