Como regla general, en la ciencia,
las preguntas más simples son usualmente las más difíciles de responder.
Preguntas como: "¿Cómo comenzó el Universo?".
De hecho, hasta hace relativamente poco, la ciencia no tenía las herramientas
para comenzar a responder preguntas sobre los orígenes del Universo.
Pero en los últimos cien años, una serie de avances
ha sido efectuada por hombres y mujeres que,
a través de observación, determinación e incluso simple buena suerte,
fueron capaces de resolver este colosal misterio cósmico.
Esto era verdadero oro astronómico.
Voy a recrear sus descubrimientos más famosos
y realizar sus más grandes experimentos.
Treinta mil kilómetros por segundo.
Los cuales nos llevan de los objetos más grandes del Universo,
a los infinitesimalmente más pequeños.
Hasta tocar los límites del conocimiento, retrocediendo en el tiempo,
para recrear el inicio del Universo.
El instante de una millonésima de segundo después de que el Universo cobrara vida.
Se trata de un momento antes de que la materia misma
tomara forma reconocible.
Es lo más cerca que podemos esperar llegar a la creación.
Al inicio del tiempo.
Al inicio del Universo mismo.
Es un hecho notable que a la ciencia le tomara cientos de años
elaborar una teoría para explicar los orígenes del Universo.
Es especialmente sorprendente,
dado lo simple y fundamental que es esta pregunta.
Es algo típicamente humano hacer la pregunta:
"¿De dónde viene todo esto?".
Tal vez es porque esto es una versión más profunda y fundamental de:
"¿De dónde vengo?".
Sin embargo, a lo largo de buena parte de la historia humana,
las respuestas a una pregunta tan aparentemente simple
solo eran abordadas por la religión.
No fue sino hasta la mitad del siglo XX
que la ciencia construyó su persuasiva y coherente historia de la creación.
Era una historia basada en teoría, predicciones y observación.
La historia que podía explicar finalmente
lo que pasó al inicio del tiempo.
Al inicio del Universo mismo.
Hace poco más de 100 años,
si los científicos llegaban a tomar en cuenta la vida del Universo,
la consideraban eterna, infinita y estable.
Sin principio ni fin.
Por tanto, el solo hecho de plantear la pregunta
sobre los orígenes del Universo era algo imposible,
pero a principios del siglo XX, eso comenzó a cambiar.
Nuevos descubrimientos estremecieron las viejas certidumbres
y abrieron el camino a preguntas sobre el origen del Universo.
Una observación transformó nuestra idea sobre la verdadera magnitud del Universo.
Comenzó con un misterio en el cielo.
A principios del siglo XX,
era bien sabido que nuestro sistema solar se ubicaba dentro de una galaxia,
la Vía Láctea.
Cada estrella que podemos ver en el cielo a simple vista,
se encuentra en nuestra propia galaxia.
Hasta los años 20, todas estas estrellas,
y esta galaxia única eran toda la extensión del Universo.
Más allá, solo estaba el vacío.
Pero allá arriba también había algunos objetos enigmáticos,
perceptibles a simple vista,
que lucían diferentes.
Y uno de los más notables es Andrómeda.
Puedes encontrar a Andrómeda si sabes hacia dónde mirar.
Si partimos de Casiopea,
es decir, de esas cinco estrellas que forman una M lateral
y cruzamos las puntas de la M,
ligeramente hacia arriba, ahí es donde se encuentra.
Mis binoculares me serán de ayuda
en primera instancia...
Y si...
Hago un acercamiento... Sí, ahí está.
Puedes ver que no es una estrella.
Básicamente es una mancha muy tenue
que está atrapada entre esas dos estrellas.
Ahí está, justo allá arriba.
Esa es la M31, la gran nebulosa de Andrómeda.
Se les llama nebulosas
porque tenían una apariencia etérea de nube dispersa.
De hecho, "nebulosa" se deriva del término en latín para "nube".
Estos objetos indistintos se hallaban dispersos
por el cielo nocturno.
Los telescopios revelaron que muchas de estas nebulosas
eran mucho más complejas que simples nubes de gas interestelar.
Parecían ser vastas colecciones de estrellas
y eso sacó a relucir dos posibilidades intrigantes.
¿Acaso eran semilleros astrales, o sea, sitios en donde nacían las estrellas
y que, por tanto, residían en nuestra galaxia?
O, de modo más profundo,
¿estos bellos y enigmáticos objetos eran, en sí, galaxias
ubicadas mucho más allá de la Vía Láctea?
Las implicaciones de esa segunda posibilidad eran monumentales.
De ser verdad, esto transformaría instantánea y totalmente nuestra idea
con respecto a la magnitud del Universo.
Esta era una oportunidad
para que un astrónomo ambicioso
se labrara un nombre,
tal vez esta persona tendría un enorme telescopio.
Se trataba, ni más ni menos, de este hombre:
Edwin Hubble, originario de Missouri.
Aunque, si lo hubieran conocido, jamás lo habrían adivinado,
pues desarrolló una personalidad extraña: era un fumador de pipa, amante del té
y tenía un acento inglés muy afectado y aristocrático.
Hubble es probablemente el astrónomo más famoso de todos los tiempos,
no solo por su consumada habilidad para autopromocionarse,
sino también por las medidas increíbles que efectuaría.
En la época de Hubble, en cuanto a observaciones
y nuevos descubrimientos, el tamaño sí importaba.
Actualmente, este es el telescopio óptico más poderoso del mundo.
El GTC,
con un espejo primario de más de 10 metros de diámetro,
o sea, de unas 400 pulgadas.
Es mucho más grande que cualquier cosa que Hubble haya tenido.
En septiembre de 1923,
Hubble construía lo que entonces era el telescopio más grande del mundo.
El telescopio Hooker de 100 pulgadas, en el Observatorio de Monte Wilson,
posado en lo alto de las montañas Sierra Madre
con vista a Los Ángeles y al estado de California.
Él usaba el telescopio
para estudiar una de las nebulosas más prominentes en el cielo,
la nebulosa de Andrómeda.
La misma nebulosa que yo miraba hace rato.
Mientras Hubble la observaba,
una estrella muy especial acaparó su atención,
una estrella que podría revelar la verdadera naturaleza de Andrómeda.
Usaré este telescopio para buscarla ahora mismo.
Esta es la sala de control del GTC.
Esta noche han dirigido el telescopio hacia Andrómeda
y van a fotografiarla.
¿Tarda un minuto para que la exposición dé una imagen lo bastante nítida?
- Así es, eso tarda. - De acuerdo.
Ahora, la fotografía está lista, así que vamos a abrirla.
Bien, así que esta es Andrómeda.
Es Andrómeda, correcto.
Bien, esta es la placa fotográfica original que tomó Hubble.
- Sí. - Bien, la estrella de Hubble
está aquí abajo, en esta esquina.
¿Puedes encontrarla en tu imagen?
Sí, si tomas la imagen y la comparas,
notarás que no la vemos, lo que vemos es el límite de la galaxia,
así que nos vamos...
Hay que irnos un poco más lejos.
Ya veo, entonces, ¿todo esto es solo el límite?
Ese es el límite.
Creía que era el centro de la galaxia.
No.
Esto solo demuestra el grado de resolución
- que el telescopio puede alcanzar. - Sí.
Bien, entonces, ¿podemos ver esa estrella en particular?
Sí, para encontrar esa estrella en específico, ya que es muy tenue,
debemos buscar una referencia que sea más brillante.
En este caso, veremos cuatro estrellas aquí,
o sea, estas cuatro estrellas,
y la estrella que Hubble descubrió sería esta de aquí.
- Esa es, la estrella de Hubble. - Esa estrellita
es la que Hubble descubrió.
Es increíble.
¿Y puedes ampliar la foto para ver esa estrella?
Sí, tenemos que procesar la imagen,
- pero podemos hacerlo. - De acuerdo.
Hubble había encontrado su estrella.
Sabía que era especial porque comparó su placa
con otras que había tomado en noches anteriores
y notó que el brillo de su estrella variaba en intensidad.
Algunas noches era más brillante y otras era más tenue.
Se dio cuenta de que era una estrella variable
y entendió la importancia de esto.
Pudo ver que esto era verdadero oro astronómico.
Su estrella era una cefeida variable.
En el bestiario estelar, las estrellas variables cefeidas
tienen un sitio muy especial.
Esto se debe a que, mediante el estudio de cómo cambia su brillo,
los astrónomos pueden calcular qué tan lejos se encuentran.
La cefeida de Hubble fue la primera en ser descubierta en una nebulosa,
así que él sabía que si podía medir su periodo,
podría calcular la distancia a la que se estaba de nosotros.
Así que Hubble se puso a medir meticulosamente
cómo variaba la luminosidad de su estrella.
No es difícil de imaginar lo emocionante que esto debió haber sido para Hubble.
Tenía, al alcance de su mano, la oportunidad
de responder una pregunta simple, pero fundamental.
¿Esta nebulosa estaba en la Vía Láctea o más allá de la misma?
La respuesta reconfiguraría nuestro conocimiento del Universo.
Hubble midió la luminosidad, o el brillo de su estrella,
durante muchas noches y trazó esta curva de aquí.
Esta noche, cuando la medimos, vimos que tenía un valor de 18,6.
Como anoche, al medirla, resultó ser más tenue,
sé que se halla en este lado de la curva,
pero lo más importante es el periodo,
es decir, el lapso de días en que va del punto máximo de luminosidad al otro.
Hubble estimó que este era de 31,415 días.
Esta es la medición crítica.
Basándose en esta información y en su luminosidad aparente,
Hubble calculó la distancia de la nebulosa de Andrómeda.
Era inmediatamente visible que esta estrella estaba muy lejos,
pero cuando Hubble efectuó su cálculo,
estimó que estaba a 900.000 años luz,
lo cual hacía de esta estrella el objeto más remoto que se había registrado.
Esto solo podía significar una cosa:
Andrómeda no solo era una galaxia autónoma,
sino que se encontraba más allá de nuestra Vía Láctea.
El sinnúmero de nebulosas elípticas y espirales
también eran galaxias distantes.
Fue un momento del conocimiento humano
en el que el Universo, de manera súbita y dramática,
se volvía considerablemente más grande.
Con esta observación,
Hubble había redibujado el Universo visible.
Tal vez no contradijo directamente la idea de un Universo estable,
pero hizo añicos viejas suposiciones
y abrió la posibilidad de descubrir secretos mayores,
tales como un origen del Universo.
En este cosmos profundamente expandido,
hubo alguien que, sin darse cuenta,
proveería las herramientas para descifrar ese secreto.
Este hombre.
Una historia tan genial como la que explica el origen del Universo,
estaría, de algún modo, incompleta sin la participación de un científico
tan grande como Albert Einstein
y, por supuesto, él está ahí.
Einstein fue quien proveyó los fundamentos teóricos necesarios
para estudiar el Universo
e inventar eficazmente la ciencia de la cosmología.
Hace cien años, él propuso su teoría general de la relatividad,
la cual le dio un vuelco al mundo de la física
y nos ofreció una forma totalmente nueva de entender el mundo.
Él propuso que la gravedad
era causada por la curvatura del espacio-tiempo,
a cargo de enormes objetos, tales como los planetas y las estrellas.
Sus teorías fueron revolucionarias.
Einstein era un disidente que ignoraba las convenciones
para seguir sus propios instintos extraordinarios.
Uno de sus profesores le dijo una vez:
"Eres un chico listo, Einstein, un chico muy listo,
pero tienes un gran defecto:
no dejas que nadie te diga nada".
Por supuesto, esa fue precisamente la cualidad que le permitiría
cambiar el mundo de la física
y que, obviamente, lo convertiría en uno de los más grandes pensadores
del siglo XX.
En 1917, él tomó su teoría general de la relatividad
y la aplicó al Universo entero.
Al seguir la lógica de su teoría, llegó a una conclusión perturbadora:
el conjunto de la atracción de la gravedad en toda la materia del Universo
jalaría a todos los objetos del Universo,
al principio, lentamente, pero esto se aceleraría de modo gradual
hasta que...
Al final, la gravedad, inevitablemente,
llevara al colapso del mismo Universo.
Pero Einstein creía, al igual que prácticamente todo el mundo,
que el Universo era eterno y estático
y que ciertamente no era inestable o proclive a colapsarse sobre sí mismo.
Mas sus ecuaciones parecen demostrar lo contrario.
Para prevenir la desaparición del Universo
y mantener todo en equilibrio,
añadió esto a su ecuación: Lambda o la constante cosmológica.
Es una especie de fuerza ficticia de anti-gravedad
que actúa en contra de la gravedad normal.
Él no tenía evidencia de esto, pero
sirvió para asegurar que sus ecuaciones describieran un Universo estable.
El secreto de los orígenes del Universo estaba a su alcance,
sin embargo, Einstein simplemente no podía aceptar
lo que sus propias ecuaciones implicaban.
En retrospectiva, parece increíble que Einstein hiciera esto.
Digo, ahí estaba un hombre que había revolucionado la ciencia
al rechazar el conocimiento convencional
y, sin embargo, no podía confiar en su propia teoría.
Se sintió obligado a adaptar su ecuación a la opinión imperante.
Incluso admitió que la constante cosmológica era necesaria
únicamente para efectuar una distribución cuasiestática de la materia,
básicamente, para mantener las cosas del mismo modo en que estaban.
Cualesquiera que fueran sus razones,
este pequeño símbolo de Lambda
regresaría para atormentarlo.
Mientras Lambda impedía que Einstein comprendiera las implicaciones,
sus ideas dieron lugar a que alguien más propusiera
una teoría del origen del Universo.
Esta persona era un joven profesor universitario de física teórica
a tiempo parcial.
Su idea era tan radical que conmocionó al mundo de la física
y dividió a la comunidad científica.
Comenzó una discusión que no se resolvería en medio siglo.
Su nombre era Georges Lemaître.
Es posible que los observadores noten el alzacuello.
De hecho, él era físico y sacerdote.
Con respecto a este aparentemente curioso doble rol,
Lemaître decía: "Había dos modos de buscar la verdad,
decidí seguir ambos".
Con la teoría de la relatividad, desarrolló sus modelos cosmológicos.
El modelo de Lemaître describía un Universo que, en lugar de ser estático,
se expandía, pues las galaxias se alejaban unas de otras.
Además, Lemaître veía las implicaciones de esto.
Retrocediendo en el tiempo,
dedujo que debió haber habido un momento
en el que el Universo entero estaba comprimido en una masa diminuta,
algo que él llamó "el átomo primordial".
Esta fue esencialmente la primera descripción
de lo que se dio a conocer como la teoría del Big Bang,
el momento de la creación del Universo.
Estas eran ideas revolucionarias, así que las publicó
en los Annales de la Société Scientifique de Bruxelles,
donde probablemente fueron ignoradas por la comunidad científica.
Así que viajó a Bruselas para conseguir apoyo para su idea.
La Conferencia de Solvay de 1927, celebrada aquí, en Bruselas,
fue probablemente la reunión de cerebros más grande y más famosa
jamás realizada.
Pero en nuestra historia, la reunión más importante
no ocurrió aquí,
no fue planeada y se dio fuera de la conferencia.
Ocurrió aquí.
PARQUE LEOPOLDO: BRUSELAS
En este parque, el desconocido Lemaître se acercó al científico más famoso
y más célebre del mundo, Albert Einstein.
Al fin tenía oportunidad de explicarle su idea de un Universo en expansión
al autor mismo de la teoría que había utilizado para generarla.
Ya podrán imaginarse la agitación de Lemaître al momento de acercarse.
Si Einstein apoyaba su radical idea, esta seguramente sería aceptada.
Seguramente esta mente brillante, este titán de la física,
este pensador profundamente original, vería los méritos de su teoría.
Pero después de una breve discusión, Einstein rechazó su idea automáticamente.
Según Lemaître, dijo: "Vos calculs sont corrects,
mais votre physique est abominable".
Es decir, en la opinión de Einstein, sus cálculos tal vez eran correctos,
pero su comprensión sobre cómo funcionaba el mundo real
era, básicamente, abominable.
Una vez más, Einstein descartaba la idea de un Universo dinámico.
La publicación de Lemaître debería haber encendido a la ciencia,
pero sin el apoyo de una figura tan importante e influyente como Einstein,
su innovadora idea estaba condenada al olvido,
a menos que apareciera una observación o evidencia que respaldara la idea
de un Universo en expansión.
Edwin Hubble consiguió el éxito después de que su descubrimiento
probara que había otras galaxias, además de la nuestra.
Agasajado por las estrellas de Hollywood, invitado de honor en los Óscares
y con acceso al telescopio más poderoso del mundo,
estaba listo para su siguiente reto.
Había escuchado algunas observaciones inusuales
sobre cómo muchas galaxias parecían alejarse de nosotros.
Nadie podía comprender por qué podría suceder esto.
TELESCOPIO NACIONAL GALILEO: LA PALMA
Así que, en 1928, el astrónomo más famoso del mundo
dirigió su atención hacia este nuevo misterio cósmico
y comenzó a medir la velocidad
a la que estas galaxias se movían con relación a la Tierra.
Para medir la velocidad a la que una galaxia se alejaba de nosotros,
Hubble usó algo llamado "corrimiento al rojo".
Esta no es una analogía perfecta,
pero el efecto se parece al que la mayoría de nosotros observamos en el sonido,
el tono del motor del auto es más alto, a medida que se acerca,
porque las ondas de sonido están comprimidas,
pero el tono baja cuando el auto se aleja
porque las ondas de sonido se estiran.
El efecto es similar con las ondas de luz. Cuando la fuente de luz se acerca,
la longitud de onda queda aplastada
hacia el extremo azul o violeta del espectro.
Pero si la fuente de luz se aleja, la longitud de onda se estira
hacia el extremo rojo del espectro, o sea, se desplaza hacia el rojo,
en la jerga de los astrónomos.
Entre mayor sea la velocidad a la que se aleja un objeto,
mayor es el corrimiento al rojo.
Con su asistente, Milton Humason, Hubble pasó el siguiente año
midiendo cuidadosamente el corrimiento al rojo de las galaxias.
Yo tengo la oportunidad de hacer lo mismo ahora mismo,
usando este telescopio.
Bien, Massimo, ¿encontraste alguna galaxia?
Sí, encontré esta galaxia.
¿Qué tan lejos está?
Está aproximadamente a 430 megapársecs de distancia.
Y si lo conviertes a años luz, multiplicando 430 por 3,26,
está a unos 1500 millones de años luz.
Sí.
Sí, bien.
Hubble necesitaba medir la luz promedio procedente de la galaxia
para obtener un espectro y así poder calcular el corrimiento al rojo.
Humason hizo esto exponiendo una placa fotográfica.
Le tomó toda una semana
recoger la suficiente luz para obtener el espectro.
Pero aquí en el TNG, el Telescopio Galileo,
usan un chip muy sensible
que puede hacer esto mucho más rápido.
¿Cuánto te tardas en obtener un espectro?
Supongo que unos 10 o 15 minutos.
Bien, una exposición de 10 o 15 minutos, comparada con la de una semana
en la época de Hubble.
Es mucho más poderosa que cualquier cosa que tuvieran entonces.
- Ya está listo. - El espectro es bastante bueno,
este de aquí...
Este es el espectro en bruto, es...
- Sí. - Supongo.
¿Hay alguna línea de emisión en particular que vayas a usar
como referencia para medir los corrimientos al rojo?
Sí, aquí, por ejemplo.
Tienes una línea de emisión, pero para obtener un espectro real,
debes limpiarlo y así obtener el final.
Esta es la versión limpia de eso.
Sí, de eso.
Así que esas son las líneas de emisión de la galaxia.
Las líneas de emisión. Sí.
Y esta de abajo, supongo que es la referencia.
Correcto, la referencia de la galaxia con corrimiento al rojo de cero.
Bien, o sea que es una galaxia que no se está alejando de nosotros.
- Sí. - Así que aquí está muy claro,
si comparas la de arriba con esta,
- cada emisión punta se desplazó. - Sí.
Se corrió al rojo, la línea de referencia, por ejemplo es H-alfa,
y, a partir de estas, puedes calcular el corrimiento al rojo de esta galaxia
¿Y puedes estimar, a partir de eso,
qué tan rápido se aleja la galaxia de nosotros?
En principio, puedes obtener estas.
Bien, ¿y cuál es la fórmula?
La fórmula es la diferencia
entre la longitud de onda del corrimiento al rojo y la longitud de onda observada,
dividida entre la longitud de onda de referencia y multiplicada por la C,
este es el efecto Doppler.
Veamos si podemos hacer eso, más o menos.
- Sí. - De acuerdo.
Así que esto es como...
Siete, dos, cero, cero, aproximadamente.
- De acuerdo. - Menos.
- Menos seis, cinco. - Cinco, seis, tres. Seis, tres.
- Bien. - Sobre...
Seis, cinco, seis, tres.
Y esa es la fracción de la velocidad de la luz.
- Sí. - Bien, tal vez yo lo haga de una vez.
Debería hacerlo con mi calculadora, pero...
Así que siete, dos, cero, cero. Seis, cinco, seis, tres.
Así que es un siete, tres...
Y seis...
¿Sí? Y eso lo dividimos entre seis,
cinco, seis, tres, bien, así que es, más o menos...
Es 0,1 de la velocidad de la luz.
Es 0,1C.
Eso es, aproximadamente, 30 000 km por segundo, ¿sí?
- Correcto. - Gracias.
Bien, estoy muy satisfecho con mis cálculos
porque estaba bajo presión.
Así que esta galaxia está
a 1500 millones de años luz
de la Vía Láctea
y se ha movido... Por los corrimientos al rojo que hemos calculado,
se mueve lejos de nosotros a una décima de la velocidad de la luz,
eso significa que se aleja de nosotros a tres...
Perdón, a 30 000 kilómetros por segundo.
Ciencia.
Una vez que calculó la velocidad de la galaxia,
Hubble midió cuán lejos estaba.
Ya con ambas mediciones hechas, podía comenzar a trazarlas
en una gráfica de velocidad contra distancia.
Hizo 46 mediciones
y, al ponerlas en la gráfica, notó que surgía un patrón.
Podía dibujar una línea a través de todos estos puntos.
Cada uno de ellos es una galaxia.
Notó una conexión entre la velocidad
y la distancia de una galaxia.
De hecho, entre más lejos estaba, más rápido se alejaba de nosotros.
En un Universo estable,
las velocidades de las galaxias deberían parecer arbitrarias.
No esperaríamos una relación clara
entre la distancia de una galaxia y su velocidad.
La gráfica de Hubble mostró que el Universo se expandía,
lo cual tenía profundas implicaciones para la idea
de un comienzo del Universo.
Esto significa, no solo
que las galaxias se precipitan lejos las unas de las otras y de nosotros,
pero que si pudiéramos retroceder el reloj,
habría habido un momento en que estaban apretadas unas con otras
en el mismo lugar.
Aquí estaba, finalmente, la primera observación, la primera evidencia
de que la idea de Lemaître, sobre un momento de creación,
de un Universo que evolucionó a partir de un Big Bang, podría ser correcta.
Gracias al trabajo de Hubble,
Georges Lemaître, el desconocido clérigo belga,
el teórico sin credenciales internacionales...
El hombre cuya física fue llamada "abominable" por Einstein,
era, de modo tardío, merecidamente reconocido
por su audaz teoría.
Lo más importante:
el nombre más prestigioso de la física cambió y adoptó esta idea revolucionaria.
En 1931, en una visita al observatorio de Hubble,
Einstein públicamente respaldó el modelo del Big Bang de expansión del Universo.
"El corrimiento al rojo de nebulosas distantes
ha destrozado mis viejas concepciones como un golpe de martillo", dijo.
Einstein abandonó la constante cosmológica.
Incluso le escribió a Lemaître:
"Desde que introduje el término,
me ha remordido la conciencia.
Soy incapaz de creer que una cosa tan fea
debiera tomar lugar en la naturaleza".
Eso debió haber sido una gran absolución para Lemaître.
Al haber sido prácticamente lanzado a la jungla científica,
él ya se hallaba firmemente en el centro de una revolución cosmológica.
La idea del Big Bang finalmente ganaba terreno.
Pero a pesar del sello de aprobación de Einstein y las observaciones de Hubble,
la discusión estaba lejos de terminarse.
Aún había objeciones significativas
para que la idea de un Big Bang fuera ampliamente aceptada.
Una historia científica de la creación
no trata únicamente de explicar la expansión del Universo.
Hay cuestiones más profundas que resolver.
El problema era
que el Big Bang creaba tantas preguntas como las que resolvía.
Por ejemplo, si el Universo había hecho erupción del mismo punto,
¿de dónde venía toda la materia?
Para proseguir, la teoría del Big Bang necesitaba explicar
cómo se había formado la materia misma.
Bueno, antes de que eso pueda responderse,
necesitamos saber de qué está hecho el Universo.
Los bloques elementales.
Y resolver eso requirió una perspicacia increíble
por parte de una mujer extraordinaria.
Cecilia Payne.
Estudió en la Universidad de Cambridge,
pero no se le otorgó un título porque era mujer.
Así que, para continuar sus estudios,
necesitaba ir a un sitio más liberal.
Se fue de Inglaterra a Estados Unidos
y fue ahí donde ella reveló la composición del Universo.
Si le preguntaran a alguien cuáles son los elementos más comunes,
un científico atmosférico diría que el nitrógeno.
Después de todo, está presente en más de tres cuartos de la atmósfera.
Los geólogos dirían que el silicio, el hierro o el oxígeno.
Todo esto suena muy pintoresco, terracéntrico
y bastante provinciano, en realidad.
Así que los astrónomos pensaron que era mejor enfocar su mirada en el Sol.
Lo cual tiene sentido, dado que la mayor parte de lo que vemos
cuando observamos al cosmos, son estrellas.
Los primeros intentos de analizar la composición del Sol
se hicieron en un entorno como este.
Bueno, no exactamente como este.
Este es un telescopio solar de vanguardia del siglo XXI.
Pero la idea básica era exactamente la misma.
TELESCOPIO SOLAR DE TORRE AL VACÍO: TENERIFE
La idea básica era muy simple.
La luz del Sol se refleja de este espejo
a un segundo espejo.
Luego, rebota, de la cima de la torre
hasta la parte de abajo, diez pisos,
en donde es enfocada, dividida en un espectro
y analizada.
Esta es la sala de control del telescopio solar.
La base del telescopio está por allá.
Y aquí tengo una transmisión en vivo del Sol.
Lo que tengo aquí es un acercamiento de una sección
del espectro de luz que procede del Sol.
Está en blanco y negro,
pero en realidad corresponde a la parte verde del espectro.
Estas dos gruesas líneas corresponden al elemento del hierro.
Nos indican que hay hierro en el Sol.
Bien, aquí tengo el espectro en mucho más detalle
y estas dos líneas
corresponden a estas dos caídas en el espectro de absorción
a longitudes de onda muy específicas.
Esto es hierro.
Si observo partes distintas del espectro,
también puedo ver otros elementos.
Esta gran caída de aquí es hidrógeno.
Estas dos caídas representan al oxígeno
y esta corresponde al elemento del magnesio.
Todas estas caídas y líneas en el espectro
indican la presencia de estos elementos en la atmósfera solar.
Efectivamente, es una huella digital de la composición del Sol.
Para un geólogo, estos elementos son muy familiares.
Parece que, a primera vista,
el Sol está hecho de las mismas sustancias que está hecha la Tierra.
Que el sol es simplemente una roca muy caliente.
Y esto habría sido así,
de no ser por el razonamiento de Cecilia Payne.
Ella se percató de que los espectrómetros eran afectados por procesos
en la atmósfera solar.
Estos distorsionaban la abundancia aparente de los elementos
que componían al Sol.
Así que ella recalculó las abundancias relativas de los elementos
y descubrió que el Sol estaba compuesto casi total y únicamente de dos elementos,
hidrógeno y helio.
Todos los otros elementos, carbono, oxígeno, sodio, hierro,
que hacían parecer al Sol tan terrenal,
constituían solo una fracción diminuta de su composición.
Cuando presentó este resultado por primera vez,
se le consideró algo imposible.
De hecho, cuando ella estaba escribiendo su trabajo,
se le persuadió para que añadiera el comentario
de que estas abundancias calculadas de hidrógeno y helio
ciertamente, casi no eran reales.
La idea solo fue aceptada unos cuatro años más tarde,
cuando el director de un prestigioso observatorio
llegó exactamente a la misma conclusión mediante un método distinto.
Irónicamente, este director era el mismísimo hombre
que inicialmente había descartado el trabajo de Payne como imposible.
La revelación de Payne sobre el índice de hidrógeno y helio
resultó ser notablemente consistente en casi cada estrella de la galaxia.
Eso llevó a una gran conclusión.
El Universo está dominado por solo dos elementos.
Los elementos más simples y ligeros:
hidrógeno y helio.
Juntos constituyen más del 98% de toda la materia en el Universo.
Todos los otros elementos que nos son tan importantes,
tales como el carbón, el oxígeno y el hierro, constituyen menos del 2%.
Así que ahora el reto para los partidarios de la teoría del Big Bang
era muy clara y simple.
¿Podía la teoría del Big Bang explicar
la creación y los índices observados de hidrógeno y helio en las estrellas?
Pero responder eso
requeriría un cambio fundamental de enfoque.
En lugar de concentrarse en la casi infinita inmensidad del Universo,
era necesario considerar
el mundo infinitesimalmente pequeño del átomo
y eso no requería de un astrónomo,
sino un tipo de físico totalmente distinto.
George Gamow era un físico nuclear ruso
y un defensor entusiasta de la idea del Big Bang.
Dirigió su atención a los primeros momentos del Universo.
Él sentía que aquí estaba la respuesta de la composición del Universo.
Esto era cuando creía que el hidrógeno y el helio se fraguaron primero,
y propuso que esto habría ocurrido muy pronto,
después del nacimiento del Universo.
Se dispuso a elaborar un modelo matemático de las primeras etapas del Universo.
Estaba pensando en el Universo en términos de segundos y minutos,
en lugar de miles de millones de años.
E incorporó a un joven protegido.
Este hombre, Ralph Alpher, para que lo ayudara.
Tras años de arduo trabajo, el cual, según Alpher,
fue estimulado, en parte, por la intensa bebida en un bar,
ellos presentaron su idea.
Al retroceder en el Universo,
les fue obvio que hubiera habido una época
en la que el Universo temprano hubiera sido increíblemente denso y caliente.
En esta etapa,
la cual calcularon que fue tan solo tres minutos después del Big Bang,
el Universo habría sido tan caliente que los mismos átomos no podían existir.
Solo las partes que los formaban.
Una especie de sopa primordial calentada en exceso
y constituida de protones, neutrones y electrones.
Incluso le dieron el supernombre: "Ylem", que significa "materia" en inglés antiguo.
Luego, llegó el momento crucial.
Un momento en que las condiciones eran propicias
para que los núcleos de los primeros elementos se fraguaran.
En un corto periodo de tiempo,
el cual estimaron que fue de menos de 50 minutos,
los protones con núcleo de hidrógeno comenzaron a unirse
para formar helio en el proceso de fusión nuclear.
Además, los índices de hidrógeno y helio
que su modelo predecía, correspondían con los hallados en las estrellas.
Anunciaron sus resultados en un estudio publicado en 1948.
Sin embargo, Gamow añadió a otro autor en el estudio.
Al famoso físico nuclear Hans Bethe, quien no tenía nada que ver con el trabajo.
Gamow añadió su nombre en tono de broma.
Pensó que sería un ingenioso juego de palabras científico
porque los autores del estudio serían Alpher, Bethe y Gamow.
Al joven Alpher, sin embargo,
no le hacía gracia compartir el crédito con alguien que no había contribuido.
Según la historia, como compensación,
Gamow le dio a Alpher una botella de Cointreau
con la palabra "Ylem" en la etiqueta.
La habilidad de hacer cálculos
que explicaran los orígenes de la materia en los primeros minutos tras el Big Bang,
fue, en sí, extraordinaria.
Pero hubo una predicción muy significativa
que emergió de su trabajo.
Una predicción que tenía el potencial de proporcionar la prueba
de que el Universo había comenzado con un Big Bang.
Alpher continuó investigando la evolución de los principios del Universo,
enfocándose en lo que sucedió después.
En esta etapa, proyectó un Universo como una neblina humeante
de electrones y núcleos atómicos dispersos.
Luego, bajó a una temperatura crítica.
Una temperatura lo bastante fría para que los electrones
se aferraran a los núcleos de hidrógeno y helio.
En este punto preciso, se liberó la luz para que viajara por todo el Universo.
La primera luz de la creación.
Esto se habría quedado como una simple curiosidad académica
si no hubiera sido por la intuición de Alpher.
Él se dio cuenta de que esta luz de los principios del Universo
aún debería estar llegándonos ahora,
después de miles de millones de años.
Muy débil, muy tenue, pero observable en todas direcciones.
Calculó que la expansión del Universo
debería estar estirando la longitud de onda de esta luz
más allá del rango del espectro visible
y que debería estar llegando ahora como una radiación en microonda.
Si se encontraba esta antigua huella en microonda que se había predicho,
se comprobaría, no solo la teoría del inicio de la evolución del Universo,
sino la totalidad de la teoría del Big Bang.
Simple.
El problema era que esto sucedió a finales de los años 40
y nadie tenía forma de detectar una señal tan débil.
La prueba de fuego fue olvidada en silencio.
Los partidarios del Big Bang ahora tenían la predicción y observación
de un Universo en expansión
y una teoría sobre cómo los elementos se fraguaron en los primeros minutos
después del Big Bang.
Sin embargo, sin la evidencia definitiva de esto,
la discusión sobre si la teoría del Big Bang era correcta,
siguió adelante.
Los opositores del Big Bang
continuamente modificaban y ajustaban sus teorías
para hacer que su idea de un Universo eterno e infinito
se acomodara a las nuevas observaciones.
La comunidad científica aún estaba dividida a partes iguales.
Una prueba fehaciente de la teoría del Big Bang
al final surgiría unos 15 años después.
Esta sería revelada, de modo bastante inesperado,
por dos jóvenes ingenieros de radiocomunicaciones.
En 1964, Arno Penzias y Robert Wilson,
Penzias aparece a la derecha,
descubrieron algo tan trascendental que les mereció el Premio Nobel.
Este telescopio se dedica a estudiar su descubrimiento accidental.
En 1964, Penzias y Wilson trabajaban en los Laboratorios Bell, en EE. UU.
donde se les dio esto,
una extraña y obsoleta pieza de equipo, para que jugaran con ella.
A cualquiera le parecería como una enorme trompetilla.
Pero cuando encendieron su telescopio,
descubrieron que el cielo estaba saturado de radiación de microondas.
Todos los cuerpos cálidos emiten radiación de microondas,
ya sea de la atmósfera o del instrumento mismo,
y claro, las comunicaciones móviles de hoy inundan el cielo con esta.
Así que, antes de que pudieran efectuar cualquier medición útil,
tenían que calibrar sus antenas de bocina para ver si podían reducir este ruido.
Incluso después de atribuirlo a la atmósfera y la instrumentación,
claro, entonces no había móviles de los cuales preocuparse,
aún les quedaba un ruido de fondo persistente y profundamente irritante.
Fue registrado en su instrumento
como radiación con temperatura constante de tres grados sobre el cero absoluto,
un siseo de microondas
del cual no podían deshacerse, a pesar de sus intentos.
Incluso más irritante para ellos
estaba el hecho de que parecía estar en todos lados
a donde dirigieran su trompetilla celestial.
Estaban a punto de darse por vencidos, cuando Penzias asistió a una reunión
en donde le mencionó casualmente este sonido irritante a un colega.
Semanas después, el mismo colega le llamó por teléfono
y dijo que sabía de unos investigadores en Princeton
que estaban buscando precisamente esa señal.
Sin saberlo, Penzias y Wilson se toparon con la radiación que se había predicho,
el rayo de luz de Alpher que se originó al inicio de la evolución del Universo.
Aquí estaba, al fin, la prueba de la teoría del Big Bang.
Es extraordinario pensar que esta radiación de microondas
ha viajado por los más lejanos confines del espacio
de hace 13 800 millones de años,
cuando esa primera luz del Big Bang fue liberada.
Como el mismo Penzias dijo, cuando sales,
captas una pizca de calor del Big Bang en tu cuero cabelludo
y sí, quizá yo la siento un poco más que la mayoría.
Casi 40 años después de que Lemaître la postulara por primera vez,
la idea del Big Bang
finalmente se había introducido a la corriente prevaleciente científica.
Pero el descubrimiento de esta radiación cósmica de fondo de microondas,
la CMB, y la prueba misma de la teoría del Big Bang,
no es el final de nuestra historia.
Averiguamos hasta los primeros minutos que siguieron al Big Bang,
pero más allá de esto, se halla una nueva frontera del conocimiento.
Aún hay preguntas monumentales que resolver
con respecto al inicio del Universo.
Preguntas como: "¿De dónde salió toda la materia en sí?".
Y: "¿Cómo obtienes algo a partir de la nada?".
Las respuestas a estas preguntas están más atrás,
escondidas bajo la cortina de la CMB.
Sus secretos se encuentran en el Universo primordial,
dentro del primer segundo de su existencia.
Aquí es donde se encuentra el límite de nuestro actual conocimiento
y aquí es donde los científicos concentran sus esfuerzos.
No es mirando a los cielos, sino aquí,
en la frontera entre Suiza y Francia.
Más específicamente, en el CERN,
con el acelerador de partículas más grande del mundo,
el Gran Colisionador de Hadrones, o GCH.
Deben estar preguntándose qué tiene que ver un acelerador de partículas
con el inicio del Universo,
ya que la conexión entre ambos dista de ser obvia.
Lo que hay que recordar es que, cuando el Universo era muy joven,
era mucho más pequeño.
Así que toda la materia, todo lo que compone las estrellas,
las galaxias, los hoyos negros, todo eso debía estar contenido
en un espacio mucho más pequeño.
En ese punto, el Universo era fenomenalmente caliente
y, lo más importante, su densidad energética era muy alta.
Fue entonces que surgió la primera materia.
El GCH aún no puede reproducir ese proceso,
pero puede permitirnos estudiar las propiedades
de estas partículas fundamentales.
Una vez al año, el GCH detiene sus operaciones normales
de colisionar haces de protones,
y en lugar de eso, usa partículas mucho más grandes
para crear colisiones con energías que son más de 80 veces mayores
que las que son producidas por dos protones.
Lo hacen mediante la aceleración de átomos de plomo,
desprovistos de todos sus electrones,
a velocidades cercanas a las de la luz y amalgamándolos.
Eso es lo que nos permite ver algo bastante especial.
Las colisiones son tan intensas
que, por un momento, crearán algo único:
un mundo, no de átomos o de neutrones y protones,
sino de quarks, gluones y leptones,
partículas de nombres exóticos que se unieron para formar átomos
durante la primera millonésima de segundo tras el Big Bang
y que han estado encerrados desde entonces.
Ahí abajo, debajo de esa armadura de hierro,
estamos recreando una etapa de la evolución del Universo
llamada plasma de quarks-gluones.
Este es el momento justo antes de que los gluones atraparan a los quarks
para crear protones y neutrones,
los cuales pasaron a formar núcleos de átomos.
La frase elegante que usamos es: "El confinamiento de los quarks".
Para desarrollar la energía necesaria,
los núcleos de plomo pasan por una cadena de aceleradores más pequeños
que gradualmente aumentan la energía
hasta que son asimilados por el acelerador más grande de la Tierra,
el GCH.
La energía máxima que un haz puede alcanzar
está directamente relacionada con la talla del acelerador
y el GCH tiene una circunferencia de 27 kilómetros.
Eso significa que estos haces
pueden alcanzar una energía de 1000 teraelectronvoltios.
Eso es, de hecho, menos de lo que podrán imaginar,
ya que equivale a la energía con la que una mosca choca contra una ventana,
pero la diferencia crítica es que esta energía está concentrada.
Lo que importa es la densidad de energía.
El GCH puede comprimir toda la energía
en un espacio menor a la trillonésima de un átomo.
Esto es algo que no puede suceder en otro sitio del Universo conocido.
Los dos haces de núcleo de plomo viajan alrededor del anillo
en direcciones opuestas.
Se unen muy debajo de esta sala de control en el detector.
Podemos ver fotografías de la transmisión del detector en esa pantalla.
Están viajando debajo de nosotros
a una velocidad del 99.9998% de la velocidad de la luz.
Eso significa que están cubriendo los 27 km de la circunferencia del anillo
más de 11 000 veces por segundo.
Cuando los haces alcanzan su máximo punto energético
y podemos ver que ahí dice: "Física de partículas: haces estables",
eso significa que pueden cruzarse,
justo como en Cazafantasmas.
En ese punto, una fracción diminuta de los núcleos de plomo se colisionará
y creará una bola de fuego superdensa y supercaliente,
con una temperatura 400 000 veces mayor a la del centro del Sol
y una densidad que equivaldría a comprimir
la totalidad del Mont Blanc dentro del tamaño de una uva.
Esa parece ser una imagen fantástica, ¿pueden decirme qué es lo que vemos?
De hecho, es increíble, ¿verdad?
Son, literalmente, decenas de miles
de partículas y partículas antimateria que salen volando.
- Es la secuela de esta explosión. - Correcto.
Así que los rastros en color de partículas no son los quarks y gluones en sí,
sino la evidencia del plasma de quarks-gluones creada por la colisión.
Debemos inferir sus propiedades mirando los escombros que salen volando.
Es un poco como descifrar cómo funciona un avión
mirando los escombros de un choque aéreo,
eso es lo que vemos.
Lo que me parece increíble es que lo que estamos haciendo
es intentar recrear ese momento del inicio del Universo
en el que los quarks y los gluones flotaban libremente,
debido a que la energía era muy alta y luego, se enfriaron y fusionaron.
Están haciendo lo opuesto. Comenzamos con materia normal,
amalgamándola
y regresando a ese estado libre, a ese plasma.
Sí, me gusta pensar que esto es una máquina del tiempo,
en realidad, retrocedemos el reloj
y es la única forma posible de estudiar las propiedades de estos quarks libres,
porque estos quarks han estado recluidos en partículas como protones y neutrones
durante 13 800 millones de años.
Eso es bastante increíble, ¿no?
Finalmente, tras 13 800 millones de años pueden liberar estos quarks, aunque sea
por una fracción de segundo.
Sí.
A pesar de que aún no sabemos cómo surgió la materia,
el estudiar estas colisiones nos permite
tomar los primeros pasos hacia ese descubrimiento.
Lo que acabamos de presenciar son las primeras etapas del Universo
que cualquiera ha podido observar en donde sea.
Es lo más cerca que hemos llegado al momento del Big Bang
y, aceptémoslo, no está nada mal:
una millonésima de segundo después del Big Bang mismo.
Incluso después de retroceder tanto en el tiempo,
los físicos aún siguen teniendo preguntas sin resolver.
Más allá de este punto es donde se ocultan algunos de los misterios
más profundos del Universo.
Cómo las cuatro fuerzas fundamentales que unen a la materia,
a la gravedad, al electromagnetismo y las fuerzas nucleares
se conectan entre sí.
Cómo las partículas que componen a la materia
se condensaron a partir de una niebla de energía,
cómo se genera la masa de la fuerza que une a los protones y neutrones
y cómo el Universo mismo
pasó por una expansión superrápida,
en una milmillonésima de milmillonésima de milmillonésima de milmillonésima
de segundo para crear la estructura del cosmos.
En este momento, no tenemos forma de observar todos estos fenómenos.
Este es el reino de la teoría abstracta y de la especulación.
Si algún día vamos a reproducir esta temprana etapa
de la evolución del Universo,
necesitaremos crear energías considerablemente más potentes.
Francamente, tendremos que construir un colisionador más grande
y eso es un problema, no solo por el coste,
aunque sería, en efecto, fenomenalmente caro.
No, el problema radica en encontrar el espacio dónde construirlo.
¿Recuerdan cuando dije que la energía
estaba relacionada con la circunferencia del acelerador?
Bueno, el GCH que está justo allá abajo
tiene una circunferencia de 27 kilómetros,
corre debajo de las montañas del Jura
y se extiende por Francia y Suiza.
Para poder retroceder y observar el Universo en su etapa más temprana,
tendríamos que construir un acelerador
con una circunferencia mayor que la órbita de Plutón.
Traducido por: Patricia Flores Figueroa