Por: José Luis Carrillo*
El físico y astrónomo Stephen Hawking, autor de varios libros sobre Astronomía, ha propuesto que Einstein estaba equivocado. En lugar de la famosa Teoría de la Relatividad General y de la Teoría de la Relatividad Especial, ha expuesto la existencia de una Teoría del Todo.
Para Hawking, el Universo es comprensible porque está regido por leyes científicas, es decir, su comportamiento puede ser descrito mediante un modelo matemático.
¿Cuáles son esas leyes y modelos?
ANTECEDENTES
La primera fuerza descrita matemáticamente por Sir Isaac Newton: La gravedad. Todo objeto en el Universo atrae cualquier otro con una fuerza proporcional a su masa es inversamente proporcional al cuadrado de su distancia.
Por otra parte, Christian Oersted observó que la corriente de la batería observada desviaba la aguja de una brújula. Se dió cuenta que la electricidad en movimiento producía una fuerza eléctrica y acuño el término “electromagnetismo”..
Pocos años después, Michael Faraday razonó que –expresado en términos modernos- si una corriente eléctrica puede producir un campo magnético, un campo magnético debería ser capaz de generar una corriente eléctrica. Una de las mayores innovaciones intelectuales de Faraday fue la de los campos de fuerza. Esta idea se lleva a la práctica hoy en día en Astronomía, por ejemplo con las corrientes o el viento solar.
En un intervalo de pocos años, James Clerk Maxwell desarrolló las ideas de Faraday de una forma matemática, bella y elegante a la vez, mediante algunas ecuaciones que incorporan cálculo integral y que en la actualidad se estudian en los últimos semestres de la educación media superior.
Finalmente, ya en 1905 el celebérrimo Albert Einstein desarrolló sus ideas que marcaron al siglo XX, la teoría de la relatividad y el fotón como un “paquetito de luz”. A pesar de que sus Teorías de la Relatividad, tanto la general como la relatividad, eran mucho más importantes que la del fotón, la cual le mereció el Premio Nobel, las otras teorías estaban muy adelantadas a su época, por lo cual Einstein no recibió ningún otro reconocimiento de esta envergadura.
Al contrario, Einstein estuvo en contra de algunos resultados de la física de partículas, expresadas elegantemente por Max Planck, Erwin Schrödinger y otros responsables de una nueva área de la Física llamada Mecánica Cuántica.
Entonces, el punto de vista de Stephen Hawking, Leonard Mlodinowes que el Universo tiene múltiples historias, que no hay uno sino una multiplicidad de universos, y otras consideraciones teóricas, para lo cual trabajan en combinar estas ideas, formuladas principalmente por Richard Feynman y Hawking. Ellos están en búsqueda de una teoría unificada, la teoría que permita calcular cómo se desarrollará el Universo si conocemos cómo empezaron las historias. Para ello, se requiere conocer de las condiciones de contorno, reglas que indiquen lo que ocurre en las fronteras del Universo, los bordes del tiempo y del espacio.
EL UNIVERSO EN EXPANSIÓN
El Universo se expande. Eso ocurre sin lugar a dudas. A pesar de que antes de 1920 la mayoría de los científicos creía en un Universo estático que había existido desde siempre, Edwin Hubble realizó una serie de observaciones mediante el telescopio de cien pulgadas del observatorio de Monte Wilson, en las colinas de Pasadena, en California. Analizando el espectro de luz que emiten las galaxias, Hubble determinó que prácticamente todas ellas se están alejando de nosotros, y que cuánto más lejos están unas de otras se mueven con mayor velocidad.
EFECTO DOPPLER Y TEORIA DEL COLOR
¿Cómo se demostró en su época que el Universo se expande? Primero entendamos un poco el concepto de Efecto Doppler. Si escuchamos la sirena de una patrulla o de una ambulancia, mientras el vehículo se acerca, el sonido es cada vez más agudo. Ello se debe a que las ondas aumentan su frecuencia aunque disminuyen su longitud de onda, porque tienden a comprimirse a medida que se acerca el vehículo. (Es lo que ocurre, por ejemplo, cuando empujamos las sábanas de la cama, los pliegues tienden de la tela tienden a apretujarse) [bulancia se alejan, el sonido tiende a hacerse más grave, porque las ondas se elongan (vaya se hacen más largas).
Bueno, pues algo similar ocurre con la luz. Si una galaxia se mantuviera a una distancia constante de la Tierra, las líneas características de su espectro aparecerían en ciertas posiciones normales o estándar. Pero si la galaxia se está separando de nosotros, las ondas parecerían alargadas o estiradas, y las líneas características se desplazarán hacia el rojo. ¿En qué consiste este fenómeno, también conocido como “corrimiento hacia el rojo”? Aquí hay que explicar un poco sobre la teoría del color.
Según demostró Sir Isaac Newton, un rayo de luz solar puede descomponerse en los diversos colores del espectro, desde el rojo hasta el violeta. Se dice “colores del espectro”, porque forman parte del espectro electromagnético, que incluye ondas gamma, ondas de radio, ondas de rayos X, además de la luz visible, entre otros tipos de radiación.
Entonces, cuando se habla de “corrimiento al rojo”, lo que se quiere dar a entender es que las ondas parecerían alargadas o estiradas, y las líneas características se desplazarán hacia el rojo.
Si las galaxias se nos estuvieran aproximando, las ondas aparentemente se desplazarían al azul.
El descubrimiento de la expansión del Universo fue una de las grandes revoluciones intelectuales del siglo XX. Constituyó una sorpresa radical y modificó completamente las discusiones sobre el origen del Universo. Si las galaxias se están separando, debieron estar más juntas en el pasado. A partir de la tasa actual de expansión, podemos evaluar que efectivamente, estuvieron muy cercanas unas de otras hace unos diez o quince mil millones de años. Roger Penrose y Stephen Hawking demostraron que la teoría general de la relatividad de Einstein implica que el Universo debió comenzar en una tremenda explosión. (Big Bang como llaman furtivamente los compañeros estadounidenses).
Esto explica un hecho aparentemente familiar: El cielo nocturno es oscuro. El Universo no puede haber existido desde siempre en el estado que lo vemos hoy. Algo debió ocurrir, hace unos 13 500 millones de años, que encendiera las estrellas, lo cual significa que la luz de las estrellas muy distantes aún no ha tenido tiempo de llegar hasta nosotros. Por eso, el cielo no brilla en la noche en todas direcciones.
Muchos filósofos, como Immanuel Kant, creían que el Universo había existido siempre. Pero para la mayoría de la gente, ello resultaba consistente con la idea de que el Universo había sido creado, más o menos en su estado actual, hace tan sólo unos pocos miles de años.
Sin embargo, observaciones de VestoSlipher y Edwin Hubble durante la segunda década del siglo XX empezaron a develar discrepancias respecto a esta idea. En 1923, Hubble descubrió que muchas tenues manchas luminosas, llamadas nebulosas, eran en realidad galaxias, grandes conjuntos de estrellas como el Sol, pero a gran distancia de nosotros. Para que nos parezcan tan pequeñas y débiles, las distancias habían de ser tan grandes que la luz procedente de ellas habría tardado millones o incluso miles de millones de años en llegarnos. Ello indicaba que el comienzo no podía haberse producido hace tan sólo unos pocos miles de años.
Aquí vale la pena hacer alusión a un comentario vertido por la doctora en astronomía Silvia Torres y la astrónoma y divulgadora de la ciencia Julieta Fierro, en su libro “Nebulosas planetarias: la hermosa muerte de las estrellas”. En esta magnífica obra de divulgación, perteneciente a la colección “La Ciencia/220 para todos”, editada por el Fondo de Cultura Económica, Conacyt y la SEP, se da cuenta de que no todas las estrellas se ven igualmente brillantes: Incluso hay algunas que apenas se logran observar. “Los astrónomos clasifican el brillo aparentede las estrellas en lo que denominan magnitudes. Se le llama brillo aparente, porque gran parte de las diferencias de brillo se deben a las diferencias de distancia. Si todas las estrellas estuvieran a la misma distancia, su brillo aparente nos daría información sobre lo intensas que son, pero debido a que se hallan a distancias muy diversas, la magnitud sólo indica la manera en que apreciamos su brillo desde la Tierra”. Recordemos, nos invitan a reflexionar ambas autoras, que en realidad todas las estrellas son objetos similares al Sol, pero situadas tan lejos que se ven como puntos de luz.
DISTANCIAS
Uno de los grandes problemas de la Astronomía, indican las autoras del citado libro, es determinar las distancias de los diferentes cuerpos. Para lograr este objetivo, mencionan diversas metodologías, como el radar, el paralaje, el paralaje espectroscópico, las estrellas variables y otros métodos, que no nos detendremos a analizar en este espacio.
La explicación de por qué el cielo es nocturno es oscuro, está en que ninguna estrella podría estar brillando desde hace 13 500 millones de años, el tiempo transcurrido desde la Gran Explosión.
Referencias
ASIMOV, Isaac. The Universe. Prentice Hall, New York, 1977.
TORRES, Silvia, Julieta Fierro. Nebulosas planetarias: la hermosa muerte de las estrellas. Secretaría de Educación Pública, Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología, Fondo de Cultura Económica. México, 2009.
HAWKING, Stephen. El Universo en una cáscara de nuez.Título original: The Universe in a Nutshell. Ed. Crítica/Planeta Barcelona, España. Novena Edición, mayo de 2003.
HAWKING, Stephen, Mlodinow, Leonard. Traducción castellana de David Jou i Mirabent. Catedrático de Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Barcelona. El Gran Diseño. Título original: The Gran Design. Ed. Crítica/Planeta Barcelona. Primera Edición impresa en España: 2010. Primera Edición impresa en México: noviembre 2010.
*Periodista científico.
