El big bang en la red del conocimiento

Estas secciones fueron extractadas de: Miguel, H. 2011. “El big bang en la red del conocimiento” en Pablo Melogno, Pablo Rodríguez y María Salomé Fernández (comp.) Elementos de Historia de la Ciencia. Comisión Sectorial de Educación / Universidad de la República, Montevideo, pp. 391-418.

El recorrido que describimos aquí es el que nos lleva de mirar hacia arriba en la noche, hasta creer que el universo se creó en una gran explosión hace miles de millones de años.

1. Mapas del universo

Estamos acostumbrados desde lo profundo de la historia a ver mapas del cielo. Los antiguos agrupaban las estrellas en constelaciones que les permitían ubicarse mirando en qué posición estaba el cielo para cada momento de la noche, el atardecer o el amanecer. Con la intención de poder ubicarse a lo largo de las rutas comerciales y con el propósito de comprender al forma en que el universo se comporta es que parecían necesarios los mapas del universo.

Métodos de medición de distancias

Para poder hacer un mapa se necesitan diferentes métodos de medición de distancias. Al realizar un plano de nuestra casa podríamos usar una cinta métrica, pero al querer hacer un mapa de la ciudad ya tendríamos que elegir otro tipo de método. Lo mismo ocurre con las mediciones de distancias de objetos en el universo. A medida que estudiamos objetos más distantes, deberemos usar métodos diferentes para estimar esa distancia. Comenzaremos utilizando el método de paralaje, como los griegos lo desarrollaron para distancias terrestres y como Ticho Brahe lo utilizó estimar distancias de objetos fuera de la Tierra.

Espectros estelares

Pero para objetos muy alejados, el método del ángulo de paralaje no será suficiente. Habrá que ingeniárselas mejor. No podemos tocar ni visitar, al menos por ahora, los objetos alejados más allá del sistema solar. Por lo cual, lo único que podemos hacer es mirarlos, analizar su luz, observarlos. No tenemos otra información que la que nos brinda el análisis de su luz, por eso será indispensable tener una teoría sobre espectros estelares. Una teoría que nos indique cómo es que se forma la luz en una estrella. Si sabemos la intensidad con la que emite su luz una estrella vista desde cierta distancia como la de la órbita terrestre, entonces podremos estimar a qué distancia está esa estrella si la vemos muy débil o no tan débil. Es decir, tendremos un cálculo tan fácil como el de decidir a qué distancia aproximada está un automóvil si vemos que su luz es tenue pero sabemos que sus faros son muy intensos. Allí utilizaremos lo que conocemos acerca de la ley del cuadrado de la distancia. Es decir, la intensidad de un foco luminoso disminuye cuatro veces cuando nos alejamos al doble de distancia, o disminuye 100 veces si nos alejamos a 10 veces la distancia inicial. Una de las dificultades será decidir cuál es la intensidad de cada estrella, si todas emiten con la misma intensidad o no y si esa intensidad va cambiando con la edad de la estrella. Todo esto requiere de una comprensión profunda de los procesos que tienen lugar en las estrellas, los tipos diferentes de estrellas y cómo se desarrolla la vida de una estrella, o sea, necesitamos varias teorías acerca de las estrellas.

Absorción interestelar

Una vez que comprendimos cómo es que se produce la luz, cómo escapa de las estrellas y aprendimos a identificar distintos tipos de estrellas, todavía queda el problema de que la luz debe atravesar una enorme distancia interestelar o intergaláctica. En esa distancia la luz es absorbida por el material que está disperso entre medio. El polvo interestelar absorbe la luz de las estrellas de un modo similar al que la atmósfera absorbe parte de la luz en el atardecer y cambian los colores del cielo. Para poder saber si la luz que nos llega de la estrella ha sido modificada por la absorción del polvo interestelar necesitaremos una teoría que nos indique cómo es que las partículas de polvo absorben la radiación.

Nubes de polvo en el mapa

Además, necesitaremos tener una idea de cómo es la distribución de las nubes de polvo en el espacio.

Efecto Doppler

Conocemos el efecto Doppler, según el cual la frecuencia del sonido cambia según la fuente de sonido se acerca o se aleja del receptor. Y lo mismo sucede si en vez de sonido analizamos el espectro luminoso. Por lo tanto parece que necesitamos echar mano de la teoría del efecto Doppler para determinar si las galaxias se acercan o se alejan y con eso completar la dinámica del mapa.

Corrimiento al rojo de las galaxias

La luz que nos llega de las galaxias no tiene los colores exactos que esperamos en su espectro, o dicho de otro modo, si hay un corrimiento de las longitudes de onda, entonces ¿debemos interpretar ese corrimiento como una diferencia en los modos en que las galaxias producen luz o se debe al movimiento de la fuente luminosa?

Ley de Hubble

Una vez reunido todo esto, podremos decidir que las galaxias se alejan y al ver que cuanto más alejadas, más rápido se alejan, inferir que el universo está en expansión.

Teoría del big bang

Del corrimiento al rojo de las galaxias al universo en expansión

No hemos visto que está en expansión, hemos registrado una serie muy larga de datos que nos llevó a configurar un panorama que puede ser explicado fácilmente si entendemos que el universo se expande. Y a su vez, si se expande, podemos pensar que en un pasado debió haber estado todo concentrado en un espacio diminuto.

Espacio, tiempo y espacio-tiempo

Luego de este recorrido que nos hizo llegar a la teoría del big bang, nos podemos preguntar acerca de cómo es la estructura del espacio-tiempo. Tenemos buenas razones para pensar que ya no obedece a la geometría euclideana o geometría plana.

Radiación cósmica de fondo

Si hemos conjeturado que hubo una gran explosión que dio lugar al surgimiento del espacio y el tiempo y que en esa explosión hubo una gran cantidad de energía involucrada, cuáles son las pistas en la actualidad de que esa explosión existió? ¿Hay alguna otra evidencia independientemente del corrimiento al rojo de que esa explosión existió? ¿Quedó energía radiante como efecto de esa explosión?

A la caza de las inhomogeneidades

Una vez encontrada esa radiación remanente de la explosión y ver que era totalmente homogénea sin variar sus características al cambiar la zona del espacio en la que se exploraba, la comunidad científica advirtió que si la explosión fue totalmente homogénea como lo era esta radiación, no se podría explicar la acumulación de materia en algunas zonas como en las galaxias y la enorme extensión de zonas vacías entre las galaxias. Tenía que haber inhomogeneidades en la radiación de fondo...