Tutorial para novatas - Astrofísica / 2.- El Big-Bang

Re: Barra libre
Miér Sep 29, 2010 4:11 pm

Tutorial para novatas - Astrofísica
2.- El Big-Bang

Supongo que, cronológicamente, es lo primero que toca... Lo mismo es demasiada tralla. Pero tu puedes con todo. Agárrate al oso que vienen curvas.

El primero en notarlo fue Hooble desde su trono en el observatorio de Monte Palomar. Fue en los años 20. Bueno, ya podría. Contaba con el mayor telecopio del mundo de su tiempo, y eso eran medios. Pero también contaba con su tesón y su ingenio. Hay quien dice que el descubrimiento que hizo entonces es comparable a los de Galileo cuando por primera vez en la historia del hombre enfocó un telescocpio hacia los cielos. Para que entiendas que averiguó primero te tengo que explicar un sencillo principio de física. Se trata del efecto Doppler. Es muy fácil de visualizar. Imagina que estás en una estación de tren, que estás junto al jefe de estación (esto para adornar, y por que no te quiero sola en un lugar peligroso) y que ves llegar un tren. Es un tren de vapor, de los de antes, de los que emitían silbidos, eso que a ti tanto te gusta. El maquinista avisa de su llegada, no va a detenerse. Quiere saludarte. Todo el mundo es amable contigo. Hace sonar el silbato. El sonido viene en tu dirección por que el tren se aproxima. Imagina las ondas sonoras como los circulos que dibuja una piedra sobre la superficie del agua cuando la arrojas a un estanque. Las ondas sonoras te llegan con el impulso adicional de la velocidad del tren. Oirás el sonido un poco más agudo de lo que en realidad es por que te llegan más ondas de lo normal, por que se agolpan en tu dirección. El tren llega a la estación, pasa junta a ti, el maquinista y tu os saludais con la mano y empieza a alejarse. Tu mueves la pata del oso para simular que también saluda. El maquinista vuelve a hacer sonar el silbato para agradecer la cortesía al peluche. Ahora las ondas de sonido te llegan con la oposición del movimiento del tren, notarás el sonido más grave. A esto se le llama efecto Doppler. Vale para cualquier fuente en movimiento que emita ondas. También para las ondas lumínicas. Los astrónomos enfocan un telescopio hacia una estrella, y si la luz que captan es ligeramente más roja de lo que debería, saben que se aleja de nosotros. Que se acerca si es más azul de lo que le corresponde. Esto último es más improbable, por que ya iras averiguando que en el universo todo tiende a alejarse. Siempre hay que estar preparado para una despedida.

Hooble descubrio que daba igual que galaxia mirase, todas emitían luz más roja de lo que les correspondía. Todas, escucha bien, todas las galaxias se alejan de nosotros, como si les hubiésemos hecho algo. En el universo no tenemos amigos. Pero es que el asunto es aun más complicado, más alarmante. No solo se alejan de nosotros sino que lo hacen entre si. La pregunta que a los cosmólogos les sugirió todo esto es si cabía la posibilidad de que en algún momento hubieran estado juntas. Ese momento sería el principio del todo.

Bueno, aquí un inciso. Un error que no debes cometer. No tenemos un gran espacio vacio de materia que las galaxias están intentando colmar distribuyéndose el volumen disponible de forma equitativa. No, no, no. Es el propio espacio el que se expande. Las galaxias van detrás arrastradas por el empuje de espansión. Lo siento, pero es así. Pero si lo miras sin prejuicios verás que es fascinante, que te desafía en cuanto a lo que crees lógico.

En realidad el Big-Bang no fue algo que ocurrió en algún lugar de la realidad. El Big-Bang marca el inicio de todo. A partir de ese instante la flecha del tiempo comienza a moverse. No hubo un antes del Big-Bang, eso es un absurdo. Por otro lado, el Universo no se expande dentro de una gran cavidad que la contiene. Los límites de lo que se expande marcan los límites de la realidad, más allá no hay nada. Así que imagina la nada y de repente un universo de tamaño microscópico que comienza a crecer de forma vertiginosa para ensanchar los limites de lo que es a costa de lo que no es. Eso es el Big-Bang. No hay más. A la Iglesia católica la teoría le mola por que parece fijar un momento concreto para la creación. Si se sincronizan los relojes lo mismo es coherente con el Génesis. El Universo se creó, tal como dicen las Sagradas Escrituras, lo que pasa es que en la Biblia está un poco confuso por que aquellos señores que la escribieron no estudiaron en el MIT ni el Cambridge. Ojalá. Aquí el problema es que no se necesita a nadie apretando un botón. Es lo que alguien calificó como un almuerzo gratis. No teníamos nada, ni siquira éramos, y en un pis-pas teníamos organizado un mundo multicolor de galaxias espirales y cúmulos estelares. Por más que los científicos corren en busca de Dios este parece alejarse cada vez más.

A Fred Hoyle la teoría del Big-Bang le hacía montar en cólera, le parecía digna solo de mentecatos, un espanto de teoría. Fue quien le puso nombre. Gran estallido, mucho ruido y pocas nueces. Me encantaría hablarte de mi amigo Fred por que es uno de los personajes más notables del siglo XX. Se hizo acreedor al Nobel de física por al menos 4 motivos diferentes y sin embargo nunca se lo concedieron. Era demasiado extravagante, y solía apostar por el caballo perdedor. Inventó la teoría del Estado Estacionario, que explicaba por que el uni verso es como es, sin estallidos, con calma y ceremonia, de una forma infinitamente más elegante que sus colegas, partidarios del Big-Bang. La pena es que no tenía razón. Pero su oposición obligó a los que la defendían, que cada vez eran más, a esmerarse en sus argumentos.

Algo que tienes que tienes que saber del Big-Bang es que todo ocurrio de forma muy rápida. Al principio la cosa estaba que ardía. Pero a medida que se fue enfriando se pudieron formar primero los primeros componentes de la materia, los quarks y leptones, después los átomos, y más adelante incluso moléculas. La materia se junto y se formaron galaxias. Pero hay algo sorprendente, solo se originó hidrógeno y una cierta cantidad de helio. Oye, entonces, ¿a ti como pudieron crearte? Esa es la parte más bonita de la historia pero aun es pronto para que te la pueda explicar.

A ver un esfuerzo más. Piensa en un bloque de hielo. No se si sabes que una caloría es la energía que se necesita para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado. Si tienes un kilo de agua a 20 grados y lo quieres a 21 para remojarte los pies necesitarás una kilocaloría para lograrlo. Esto es lineal y en los dos sentidos. Si el agua se enfría emite calor, no lo absorbe. Pero hay un momento de discontinuidad. El punto de congelación. Si tienes el kilo de agua a 1 grado centígrado y lo logras congelar no te reportará una kilocaloría, sino mucho más. Aquí entran en juego asuntos de mas calado. Los atomos de oxígeno e hidrógeno en un cristal de agua vibran menos, tienen menos movilidad que en una gota de agua, su estado energético es muy inferior al que tenían antes de formar parte del cristal.

El caso es que cuando el universo se creo no existían cuatro fuerzas. Te las repaso por si no las tienes frescas en la memoria: 1) La gravedad; ya sabes, si dejas de aguarrar el oso se te cae. 2) El electromagnetismo, antaño dos fuerzas que se pensaban distintas y que Maxwell (el del Barcelona no, por Dios) logró explicar como una sola; 3) La interacción nuclear fuerte, algo que ocurre en el interior de los núcleos atómicos, lo que explica que los quarks se mantengan unidos y prácticamente sea imposible separarlos. En realidad ya te anticipo que esta fuerza es el pilar que lo sostiene todo. 4) La interacción nuclear débil, un asuntillo que se manifiesta en los procesos de desintegración de los átomos. El caso es que hay 4 fuerzas fundamentales en la naturaleza y los físicos llevan décadas intentando explicarlas las 4 como si solo fueran una sola. Como hizo Maxwell con la Electricidad y el Magnetismo. Es el santo Grial de la Física Teórica. Una teoría que lo explicase todo hasta sus últimos detalles.

Ahora imagina un universo que arde. Solo hay una fuerza elemental que lo gobierna todo. Se esta expandiendo y al mismo tiempo enfriando. Sabes que es lo que le pasa a los gases, que se enfrían si se expanden. En un momento dado la temperatura baja lo suficiente como para que la estructura de la realidad se congele, una de las cuatro fuerzas se desliga del conjunto, se forma un cristal de realidad y, al igual que pasa con el hielo, al formarse emite una gran cantidad de energía. Piensa que son 4 fuerzas, así que el fenómeno pudo ocurrir hasta 3 veces. En otras palabras, el Universo traia un impulso de expansión que no veas, pero con estos 3 chutes de energía cinética adicional la cosa se puso de verdad vertiginosa. A esta idea, que se le ocurrió a Alan Guth a principios de los 80, la denominano teoría del Universo Inflacionario. Gustó mucho por que resolvía dos problemas pendientes. Los físicos son así, les van las teorías nuevas que, además de convincentes, les resuelven materias pendientes que andaban faltas de nuevos enfoques.

Por un lado estaba el tema ese de que si el espacio es curvo o no se que. Eso dijo Einstein. Lo malo es que lo dijo y lo demostró. Y que el espacio sea curvo significa exactamente lo mismo a lo que suena, que si tu te pones allí y me miras a lo mejor no me puedes ver los pies por la curvatura del espacio que nos separa. Algunas generaciones de cosmólogos y físicos teóricos llevaban preguntándose como era eso de que el espacio fuera curvo pero tuviera apariencia de ser plano. Pues la teoría del estado estacionario lo explica. El Universo era curvo, pero en uno de esos acelerones inflacionarios se aplanó lo suficiente como para que pareciese plano. Ahora nos hemos quedado sin la posibilidad de vernos la espalda usando unos prismáticos, o quien sabe que otra deliciosas paradijas. El mundo así a lo mejor te parece más comprensible. Pobrecita mía. Dile al oso que abandone toda esperanza de entender las cosas. No se trata de entender sino de dejarse arrastrar por la ola. Hay que dejarse fascinar por las implicaciones de todos estos temas. El espacio es curvo, pero su curvatura es tan pequeña que es muy difícil apreciarla. Pero si tuviésemos un telescopio lo suficientemente potente podríamos vernos tal como ereamos al principio de todo.

El otro problema que resuelve la teoría de Alan Guth es la aceleración con la que se expande el Universo. Es un caballo desbocado. Bueno, a lo mejor no es un simil acertado del todo, por que el Universo sospecho que sabe a donde va. El caso es que según lo que pensaban los cosmólogos hace unos años lo normal es que el Universo hubiera perdido impulso hace mucho y hubiera empezado ya a contraerse. Camino de un Big-Cruch, un aplastarse sobre si mismo para volver a la nada. El impulso inflacionario le dio la suficiente energía como para sobrevivir a sus primeros instantes. Tenemos pues un universo que perdura, hecho de buena materia y con una historia por escribir.

Y nos queda lo más importante, el asunto de las condiciones iniciales. La naturaleza está llena de constantes que tienen un valor arbitrario. Por decir así, por que a Dios no queremos darle vela en este entierro. Por ejemplo, la aceleración de la gravedad, que es de 9,81 m/s2. Ni más ni menos. Podía haber sido otra. Si hubiera sido de 98,1 m/s2 a ver quien es el guapo que aguanta ese oso en brazos. Y si hubiera sido de 0,981 m/s2 el agarrarle sería para que no saliese flotando. Lo malo es que con las manos ocupadas a ver a que te agarrabas tu. Bueno, pues las constantes son innumerables. Y lo curioso es que sus valores son todos propicios. Oye, que ha habido suerte, por que sino la realidad hubiera sido imposible, el Universo se hubiera ido a hacer gárgaras enseguida o en un plazo relativamente corte. Aquí entramos en terreno neblinoso. Resulta que el Universo emerge a la realidad con unas condiciones iniciales favorables, muy pero que muy propicias, y enseguida las dudas nos asaltan. ¿A ver si va a haber después de todo alguien inteligente entre bastidores? No un machaca pulsando botones, sino un disñeador dibujando planos maestros. ¿A ver si este no es el primer intento? Especulamos sobre este Universo, sobre como es y de donde surge, por que ha habido tiempo para que la vida apararezca en escena. Hay quien dice que la creación no fue más que una fluctuación cuántica, una de tantas que se producen constantemente. Miles de universos se crean y se destruyen y solo un porcentaje mínimo sobrevive por que parte con las condiciones iniciales adecuadas. Las posibilidades son múltiples. Quien crea que Dios se aleja del debate es un iluso. Lo mismo no es el Dios que nos gustaría, alguien que nos paga la hipoteca y nos dice claramente que nos conviene. El libre albedrío es una verdadera jodienda. Significa que tienes que tomar tus propias decisiones y que no estás exento de equivocarte con funestas implicaciones.

En realidad la vida es el germen de todo. Yo creo que el Univeros es cosciente de si mismo. Nosotros somos un fragmento de esa conciencia. El Universo evoluciona y aun no sabemos hacia donde. La creación aun está en proceso. Tal vez la realidad pueda tener control incluso sobre su propio devenir. ¿Y si pudieramos frenar la expansión del Universo y evitar que muera congelado? ¿O frenar su colapso si eso es lo que nos espera? ¿Por qué no? Verás, una vez cuando era niño, después de escuchar a mis compañeritos de clase disertar sobre Sansón y Dalila, la serpiente del Paraíso y otros temas de mucha enjundia enjundia, quise compartir mis inquietudes acerca de lo trascendente. ¿Sabes que ocurrió? Pues que se rieron todos. No creas que me enfadé. Bueno, un poco si. Pero lo que me dejó perplejo es que mi aportación, bastante pobre, oye, era un niño, era lo primero sensato que se decía en aquella clase. Pues a ellos les pareció infantil. Lo suyo era maduro que no veas. Bueno, en realidad lo entiendo. Lo trascendente está más allá de nuestra comprensión. Si tratamos de expresar nuestras creencias parecemos niños hablando sobre asuntos que solo competen a personas adultas. A partir de entonces ni loco le explico a nadie mis ideas. Tampoco es que haya pensado mucho sobre ellas en los últimos 20 años. Llega un momento en que te vuelves tan adulto que eres incapaz de pensar como un niño. Y para pensar en lo trascendente es necesario tejido embrionario en el alma, celulas indiferenciadas, paranquima en el esqueleto del cerebro. No des por sentado nada, todo lo que la gente afirma es discutible. Que Dios exista, que sea un invento. Si y no pueden ser cualquiera de las dos la respuesta correcta. Incluso ambas a la vez. Solo te digo que en todo esto hay un propósito, o una bella casualidad, que viene a ser lo mismo.