10- Un hallazgo sorprendente y esclarecedor

10-UN HALLAZGO SORPRENDENTE Y ESCLARECEDOR-

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     "El verdadero incordio de este mundo nuestro es parecer un poquito más matemático y  regular de  lo que es; su exactitud resulta obvia, pero su inexactitud está  escondida: lo salvaje yace a la espera."

Gilbert Keith Chesterton (1874-1936)

                   Aún disponemos, no obstante, de una prueba más convincente si cabe para nuestro interés por indagar sobre las características de nuestro universo. Tiene una importancia comparable a la del descubrimiento de Hubble sobre la relación existente entre las distancias entre galaxias y los desplazamientos al rojo de la luz que emiten.

                   George Gamow, astrónomo y físico nuclear de origen ruso, al final de la década de los años cuarenta, y Robert H. Dicke, de la universidad de Princeton, en 1964, supusieron que si el universo tenía una naturaleza expansiva, la habría comenzado a tener desde que se produjo una Gran Explosión inicial, acompañada de una enorme temperatura e ingentes cantidades de radiación gamma de alta frecuencia. Una enorme bola de fuego termo nuclear estuvo en el origen de la expansión. En ella, la materia original compuesta por un gas denso de protones, neutrones y electrones se transmutaba por una cadena de reacciones nucleares de los elementos más comunes que constituyen la trama material del mundo en la actualidad. La radiación asociada o un sobrante de ella, según el grupo de Gamow, debería estar presente todavía de algún modo, aunque muy debilitada y extremadamente desplazada al rojo, hasta la región de las microondas. Sin embargo, en el decenio de 1940 la idea del universo en expansión era todavía bastante controvertida y aunque el sistema de Gamow proporcionaba una buena explicación de la formación del helio, que es el elemento más simple después del hidrógeno, fue postergada en favor de la teoría de Fowler y Hoyle de que los elementos tienen exclusivamente su origen en la combustión estelar.

                   Ya era un hecho conocido desde hacía tiempo que en las estrellas se quema hidrógeno y se convierte en helio. Peebles se ocupó en calcular cuanto helio habría podido producir una hipotética y gran explosión, y obtuvo que un venticinco por cien de la masa del universo primitivo era susceptible de haberse convertido en helio. 

                   Este había sido un misterio cosmológico de considerable importancia, que no encajaba en el modelo de nucleosíntesis estelar propuesto por Hoyle y su equipo, pero que sí daba vía libre a una interpretación expansiva del origen del universo. A pesar de que las ideas de Gamow y Peebles eran perfectamente complementarias, puesto que la procedencia del helio y la radiación hipotética de la Gran Explosión, daban verosimilitud a un universo de origen expansivo, la atmósfera científica no era todavía propicia para su aceptación y ambas fueron casi olvidadas por completo.

                   Una de las personas que había desechado esas investigaciones era Dicke. Ya durante la segunda guerra mundial había realizado un experimento para medir la señal en la parte de microondas del espectro, en donde debía presentarse una curva de energía que estaría en función de la longitud de onda característica del cuerpo negro. Esto ya era algo que los cálculos de Peebles habían previsto. Profundizando en los confines del universo, a miles de millones de años de distancia, significaría que retrocedíamos en el tiempo, con lo que podríamos localizar los residuos de  esa hipotética Gran Explosión. Pero en la práctica no detectó ninguna radiación de fondo del cielo. No obtuvo ni un solo vestigio de tan anhelada señal. Mientras tanto, el mismo Robert H. Dicke   que trabajaba en el desarrollo del radar, durante esa misma década de los años cuarenta del siglo XX, inventó el radiómetro de microondas, un dispositivo muy eficaz para detectar bajos niveles de radiación. Desde ese supuesto práctico, Dícke vaticinó que si la radiación de fondo cósmico existía, debería ser posible detectar algún día un frente general de microondas, en cualquier dirección que se enfocase el espacio con el radiotelescopio. Y esa radiación cósmica de fondo se acabaría detectando más pronto que tarde.

                   A mediados de la década de los años sesenta del pasado siglo, la tecnología de radio y microondas había mejorado muchísimo y en los laboratorios Bell se empleaba un radiómetro acoplado a un telescopio con el que se seguía la exploración de dos satélites de comunicaciones de la primera generación, Echo 1 y Telstar. De repente el ingeniero que construyó ese instrumento consiguió detectar una radiación inesperada. El descubrimiento de la radiación de fondo cósmico, que de eso se trataba, fue, en parte, accidental pero también tuvieron una importancia muy destacable Arno A. Penzias y Robert W. Wilson, dos físicos que trabajaban para la misma compañía en el diseño de antenas especiales y que fueron quienes identificaron la señal. La radiación de fondo cósmico fue percibida como un silbido o zumbido persistente, que era captada con independencia del momento del día o de la noche en que se hiciesen las pruebas y de la disposición de la antena, inclusive, aunque apuntase al espacio vacío. En 1965 Penzias y Wilson publicaron un trabajo, en el Astrophisical Journal en el que cautelosamente manifestaron que, tras eliminar el efecto de todas las emisiones de microondas, quedaba todavía un fondo general muy tenue de radioseñales, procedentes de todas las direcciones del espacio. Ninguna fuente cósmica conocida se detectaba en una longitud de onda de 7,35 cms. a la que se localizaba la señal, y además ninguna hipotética fuente emisora podía ser tan uniforme y constante. Curiosamente, esos dos investigadores recibieron el premio Nobel por este hallazgo, aunque tuvieron que recurrir a Dicke y su equipo para realizar su interpretación. Sin casi proponérselo acababan de encontrar el "eco" de la Gran Explosión impregnando todo el universo a la temperatura aproximada de 2,7 º Kelvin, es decir, casi tres grados por encima del cero absoluto.

                   Con toda seguridad, la radiación cósmica de fondo tuvo su origen cuando el universo estaba mucho más caliente que los 2,7 º Kelvin, pero ya estaba previsto que la temperatura con la que se manifestaría la radiación  sería mucho más baja. En efecto, Richard C. Tolman había demostrado ya en la década de los años treinta, que la temperatura del fondo cósmico tendería a disminuir como consecuencia de la propia expansión del universo, por lo que aquél debería estar mucho más frío que en el pasado.

                   El nombre que recibieron estas ondas fue el de radiación ambiente de microondas cósmicas. Se trata de una clase de ondas radioeléctricas de longitud inferior a un metro, que nos sugiere su inconcreta procedencia cósmica universal. No provienen ni de estrellas, ni de galaxias, ni de ninguna radiofuente específica. Sin embargo, debemos decir que no hay ninguna diferencia esencial entre el hecho de que la luz se haya emitido por una estrella o por una bola de fuego explosiva, que diera origen a todas las estrellas y galaxias que surgieron de ella con posterioridad. La importante distinción que hay que hacer, es que en este caso la luz emitida por el cuerpo original ha viajado por el espacio durante muchísimo más tiempo, ocasionando un alargamiento progresivo de las longitudes de onda hasta que la luz experimenta unos desplazamientos a la zona del rojo en el espectro, tan grandes, que las iniciales radiaciones electromagnéticas se convierten en ondas radioeléctricas.

                   Una condición necesaria, según la cual tuvo que producirse la radiación, exige partir de un universo denso y caliente, lo que nos proporciona una prueba muy directa de la expansión del mismo. En el universo primigenio, como decimos, muy denso y muy caliente, las radiaciones termonucleares crearon elementos como el deuterio, el helio o el litio, más pesados que el hidrógeno. Precisos cálculos realizados ponen de manifiesto que la mezcla de los elementos ligeros no difiere de las concentraciones observadas. Todas las pruebas señalan, según parece, que los elementos ligeros se generaron en el universo primitivo extremadamente caliente y recién formado, mientras que los elementos pesados surgieron más tarde, producidos en las reacciones termonucleares que suministran la energía necesaria a las sucesivas generaciones de estrellas.

                   Al estudio de la radiación de fondo se ha dedicado con intensidad la sonda espacial denominada Explorador del Fondo Cósmico (COBE). También se han realizado muchos otros experimentos con cohetes transportados en globos hasta una determinada altura o lanzados desde tierra. En 1992, George F. Smoot y su equipo descubrieron lo que ya se sospechaba: que la radiación es casi igual en todas direcciones, pues varía solo una parte entre cien mil, y que su espectro se parece mucho al de un objeto en equilibrio a 2,726 º Kelvin sobre el cero absoluto. Ello significa que la radiación llena uniformemente el espacio, como predecía el modelo cosmológico de la Gran Explosión.

                   Cada vez parece más claro para los estudiosos que el ambiente de microondas, no es el resultado directo de los procesos desarrollados en el mismo momento del fenómeno explosivo, si no que es el producto de acontecimientos algo posteriores, coincidentes con el momento de la formación de los primeros átomos, unos cuatrocientos mil años después del nacimiento del universo. Ya se sospechaba que en la era previa a la formación de los átomos, lo probable era que la radiación imperante dispersase la luz, restándole energía, mientras que la generalización de las formaciones atómicas posibilitó una "transparencia" del universo naciente y la supresión de barreras a la luz, que en consecuencia, empezó a viajar sin impedimentos. Además, las mediciones del satélite MAP (Micro-wawe Anisotropy Probe) lanzado al espacio en 2001 demuestran que la radiación de fondo es muy homogénea, pero no "absolutamente" homogénea. El mapa construido con datos fehacientes, nos muestra que hay variaciones de millonésimas de grado en las temperaturas de esa radiación entre un lugar y otro del espacio.

                   Los sensibles instrumentos del MAP permiten distinguir perfectamente los puntos más claros de la imagen, que constituyen los actuales semilleros de galaxias y supercúmulos de galaxias y están representados por la radiación propia de una temperatura de 2,725 º Kelvin. De manera análoga, se localizan en el mapa del universo los puntos más oscuros que representan una radiación de 2,7249 º Kelvin.

                   Una predicción crítica de la teoría de un universo inflacionario, que conllevan todos estos experimentos demuestra que debe haber igual número de puntos calientes que fríos en el mapa de la radiación de fondo. Tanto si la explosión inicial fue una sola, responsable de un universo abierto e infinito, o una de varias menores que condujeron a un universo cerrado, finito y pulsante, la materia primaria, muy caliente y superdensa, debió emitir radiación termal. En sus ígneos comienzos, es casi seguro que el universo emitió una intensa radiación de rayos gamma, lo que no contradice los cálculos teóricos previamente realizados. Con el tiempo, el universo se expandió, se diluyó y enfrió, por lo que puede deducirse  que la radiación emitida pasó gradualmente de la clase de rayos gamma, asociada normalmente con materia muy caliente, a la menos energética de ultravioletas, visibles e infrarrojas, hasta llegar a la variedad más diluida de radio, asociada con materia relativamente más fría.

                   En consonancia con todo lo que venimos exponiendo, la mayoría de los astrónomos y físicos se inclinan hoy por creer que lo que ocurrió antes de esa formidable explosión es un misterio casi insondable. La creación tiene un límite temporal que, al menos, de momento, no podemos rebasar. El tiempo y el espacio comenzaron a existir, conformes a la ley de la relatividad, en ese preciso instante, sin que podamos formarnos una idea de la clase de sucesos que se produjeron anteriormente. El comienzo fue en el mayor desorden cosmogónico imaginable, a la vez que en el equilibrio más absoluto. Algo así como cuando los átomos que constituyen un cuerpo están dispuestos de forma absolutamente aleatoria. Se puede entender con detalle el proceso de ordena- miento cósmico a partir del caos primitivo, estudiando los procesos nucleares que se produjeron en los primeros minutos, tras el comienzo de la Gran Explosión. Antes de eso no había galaxias, ni estrellas, ni planetas, ni átomos, ni siquiera núcleos atómicos, tal como los conocemos. Hay evidencia de un principio absolutamente caótico y desordenado cosmogónicamente, como nos lo indica el fondo de radiación cósmica de microondas a 2,7 º Kelvin de temperatura, que es un residuo verificado del calor primitivo que tuvo su origen en la explosión. El espectro energético de esta radiación es prácticamente igual que el que emitiría un cuerpo que hubiera alcanzado el equilibrio térmico; por eso es conocido como espectro de "cuerpo negro".

                   Algunos cosmólogos que no quieren obviar la importancia de un hecho tan relevante, como es el límite espacio-temporal cronorretrogrado de nuestro universo, han elaborado modelos matemáticos alternativos que tratan de explicar la Gran Explosión como una fase transitoria entre universos infinitamente viejos que se suceden unos a otros. Hay también su parte polémica entre aquellos que postulan la idea de una creación universal espaciotemporal, a partir de la idea de la singularidad.

                   Normalmente, los astrofísicos se preocupan de aplicar las leyes de la naturaleza al estado presente o actual de cualquier sistema, con objeto de predecir su futuro. En el caso de la gran panorámica cósmica, ese sistema es todo el universo. De ahí que resulte apropiado invertir el tiempo mentalmente para imaginarnos las épocas más primitivas del mundo. Podemos utilizar cautelosamente la simetría natural de un modelo de universo contractivo y, sacando conclusiones, tratar de predecir los acontecimientos físicos que sobrevienen cuando un universo que se va cerrando progresivamente se aproxima a la fase final de su colapso. Este procedimiento se basa supuestamente en un fundadamente válido, porque mediante el desarrollo matemático que ayuda a describir un universo en contracción se obtiene una imagen que puede extrapolarse, permitiéndonos describir un universo en expansión, como un reflejo del universo contractivo. Además, los acontecimientos que deberían sobrevenir poco antes del colapso total de un universo de este último tipo, serían, por lógica, muy similares a los acontecimientos ya acaecidos inmediatamente después de que el mismo universo comenzara a expandirse. Tomando como base las leyes de la física para predecir los sucesos terminales de un universo en contracción, podremos conseguir saber algo de las primeras fases de la gran explosión universal, acontecida según los últimos estudios fiables, hace unos trece mil setecientos millones de años. Lo que estamos diciendo, en términos comparativos, es que las condiciones de tiempos próximos al colapso del universo, pueden parecerse bastante a las que predominaron poco después de su nacimiento.

                   Sin embargo, no es preciso que debamos seguir al pie de la letra las pautas de un modelo de universo cerrado, según el cual, éste llegaría a colapsarse convirtiéndose en una singularidad. Los astrofísicos pueden utilizar el modelo de universo cerrado como útil pragmático en orden a la comprensión teórica de los momentos cumbre de un universo evolutivo, ya sea cerrado o ya sea abierto puesto que ambas opciones son discutibles.

                   Actualmente lo que parece improbable para algunos cosmólogos, es que nuestro mundo tuviera origen en otros universos antiguos preexistentes, es decir, formados en cadena unos de otros y sucesivamente, pues alegan que no parece que pudiera exhibir el gran vigor que posee. Probablemente, según ellos, esos universos estarían gastados energéticamente y perforados por multitud de agujeros negros, que son fenómenos producidos en algunas regiones del espacio-tiempo. De acuerdo con la teoría de la relatividad general, debido a la intensidad que la atracción gravitatoria puede alcanzar en ellos, desaparece casi toda la información. Cuando un objeto penetra en un agujero negro, según las previsiones cosmológicas, sólo su masa, su carga y su momento angular se preservan, el resto (aunque eso contradice las leyes de la mecánica cuántica) de propiedades físicas se esfuman.

                   Volviendo a nuestro modelo único, en el que tomamos como premisa una singularidad caliente, densa y explosiva, el tiempo y el espacio hicieron eclosión al unísono. La materia con unas propiedades muy distintas a las que conocemos habitualmente, comprimida a unas densidades y temperaturas inimaginablemente elevadas provocó que el universo se expansionase de forma explosiva en un proceso que nos hace imaginar el fenómeno inverso al de un colapso gravitatorio de una estrella, o sea, al de una implosión que acabaría por convertirla en un agujero negro. La mayoría de los experimentos numéricos de los astrofísicos conducen a un principio en el que reinaba el caos. Es de todo punto imposible saber que ocurrió en el punto cero de la explosión. Algunos teóricos argumentan que las condiciones físicas existentes casi inmediatamente después de la explosión pueden ser especificadas. Es cierto que si no nos salimos del marco de la relatividad general, el universo debió tener en uno o varios momentos del pasado una densidad infinita, pero como hemos dicho en reiteradas ocasiones ese supuesto fuerza demasiado nuestra capacidad de imaginación… aunque no de entendimiento.