COSMOLOGIA, LA EXPANSIÓN DEL CEREBRO

Susana Biro

El estudio del Universo, como otras áreas de la ciencia, requeriría a veces que los astrónomos tuvieran un cerebro moldeable que se fuera acoplando a descubrimientos muy alejados del sentido común.

Hace algunos años empecé a leer sobre temas como la cosmología, el origen del Universo y la Gran Explosión. Algo conocía ya del asunto pues estudié astronomía, pero mi especialidad es el nacimiento de las estrellas, y éstas son de los objetos más pequeños sobre los que se puede investigar en esta disciplina, así que del Universo completo sabía relativamente poco. El primer libro sobre el tema que leí fue Luz antigua, de Alan Lightman (cuyo nombre curiosamente significa hombre de luz en inglés, y es también autor de Sueños de Einstein). Me pareció la mejor opción para comenzar porque Lightman es cosmólogo y escritor, así que supuse que iba a ser un libro muy claro. Y no me equivoqué, no sólo es sencillo y claro, es una delicia. Con este libro, como con todos los que he leído después al respecto, me pasa que cada tanto me topo con conceptos difíciles. No sé si es porque son demasiado nuevos, o simplemente están más allá de lo que mi cerebro está preparado para absorber, pero el caso es que me cuesta muchísimo trabajo meterlos en mi cabeza. La sensación es, siempre, querer tener el cerebro de algún material elástico, para así jalarlo un poco de aquí y otro poco de allá hasta que el concepto nuevo entre. Si me acompañan, les muestro cinco de las ideas en las que yo me atoro, para que vean lo que quiero decir. Modelo geocéntrico del Universo (con la Tierra en el centro), predominante antes de Copérnico. Modelo heliocéntrico del Universo (con el Sol en el centro), planteamiento revolucionario de Copérnico. Inicios Si revisamos la primera parte de la historia de la cosmología, el problema no es tanto asimilar los conceptos sobre el Universo que se tenían, sino entender por qué les resultaba tan difícil aceptar ciertas ideas. Como nosotros crecimos escuchando que la Tierra es redonda y gira sobre su eje y alrededor del Sol, ya no nos paramos a pensar en ello. Hay dos cosas en las que se atoraban nuestros antepasados: su sentido común y sus dogmas. Para ver cómo el sentido común estorba, no tenemos que ir más lejos que nosotros mismos. ¿Acaso se siente la rotación de la Tierra? No, ¿verdad? Si miramos al cielo, se ve claramente que el Sol se mueve, ¿o no? Y sin embargo hoy sabemos, por evidencias irrefutables, que la Tierra gira sobre su eje y alrededor del Sol. En contra de todo lo que decían los dogmas de entonces, Copérnico fue el primero en plantear que el Sol, y no la Tierra, era el centro del Universo y que la Tierra se movía alrededor de él. El concepto era tan ajeno a la manera de pensar del momento, y su enorme tratado —De Revolutionibus— tan difícil de entender, que realmente la revolución copernicana no se dio en vida de Copérnico. Fue Galileo quien, mediante evidencia indirecta del movimiento de las manchas solares, lo demostró. Defendió la idea de un Universo heliocéntrico (con el sol en el centro) y cambiante en contra del dogma de la iglesia y por ello se pasó los últimos años de su vida perseguido por ésta. Dimensiones Como irán viendo, problemas con la intuición siempre habrá. Se dice que la cosmología moderna nació con Albert Einstein quien, dentro de su Teoría de la Relatividad General, planteó que el Universo tiene cuatro dimensiones, las tres que estamos acostumbrados a manejar (largo, alto y ancho) y el tiempo. ¿Cómo se supone que nos imaginamos la cuarta dimensión? Hay muchos ejemplos y trucos, pero yo les recomiendo que empiecen con un libro divertidísimo escrito por el británico Edwin Abbott en 1884 que se llama Planilandia y que reseñamos en el número 20 de esta revista. Se trata de una historia sobre seres que viven en un mundo de dos dimensiones hasta que uno de ellos pasa al mundo de una sola dimensión y más tarde es visitado por un ser de la tercera dimensión. Es un excelente ejercicio mental para entender la dificultad de imaginar un mundo con un número mayor de dimensiones que el nuestro. Algo así como el calentamiento que nos prepara para el salto que tenemos que dar al imaginar cuatro dimensiones.

Galileo Galilei Dibujos del Sol hechos por Galileo con los que demostró el movimiento de las manchas solares y por lo tanto del Sol. Expansión Aunque la teoría de Einstein fue muy revolucionaria y rompió con la manera misma de concebir el espacio que nos rodea, él no fue capaz de imaginar un Universo cambiante. En 1929 Edwin Hubble, tratando de medir distancias a objetos lejanos, se dio cuenta de que todas las galaxias que observaba se alejan de nosotros, que el Universo se está expandiendo. Éste es otro buen reto para nuestro cerebro: si todo se está alejando de todo y así lo ha estado haciendo por mucho tiempo, ¿cómo era antes? Todo debió estar más cerca, ¿no? Si pasamos la película de la historia del Universo en reversa, todo se va acercando más y más hasta que llega a estar en un punto. Esto es lo que dice la teoría del Big Bang o Gran Explosión: en el principio todo estaba en un punto, toda la materia y la energía que hoy vemos y vivimos, y debió haber una gran explosión que inició la expansión y enfriamiento del Universo. De entre los muchos intentos de entender ese momento inicial que me he encontrado, me parece que el del escritor Italo Calvino es el mejor. En su relato “Todo en un punto” (que aparece en su libro Memoria del mundo y otras cosmicómicas) imagina, con una saludable dosis de sentido del humor —y hasta atisbos de una historia de amor— cómo debió ser la existencia antes de la Gran Explosión, cuando todos los átomos de todo lo que hoy existe estaban... ¡en un punto! Futuro Está bien, entonces el Universo surgió de un punto, hubo una gran explosión, se fue expandiendo y enfriando hasta llegar a lo que es hoy. Pero, ¿y ahora qué sigue? ¿Se va a expandir y enfriar para siempre? Y si no, ¿por qué no? Pues aquí nos dicen que hay tres opciones: que el impulso restante de la Gran Explosión sea mucho más que suficiente y se siga expandiendo, que este impulso sea justo el necesario y también se siga expandiendo o que no sea suficiente el impulso, el Universo termine por frenarse y empiece el camino de vuelta a ser nada más que un punto. A estos tres casos para el Universo se les llama abierto, plano y cerrado respectivamente, por el tipo de geometría que se cumple en cada caso. Que el Universo caiga en alguna de estas tres posibilidades va a depender de la cantidad de masa que exista, porque hay dos fuerzas actuando ahí: la aceleración restante de la explosión inicial que actúa, digamos, a favor de la expansión, y la atracción gravitacional entre las galaxias que actúa en contra. Si hay mucha masa, ganará la gravedad y se irá frenando, pero si hay poca, ganará el impulso inicial y seguirá creciendo el Universo. Acerca de esta pregunta, por lo menos, ya nos hicieron el favor de encontrar que el Universo es plano. Y menos mal, porque éste es el más sencillo de imaginar. En universos abiertos y cerrados, la geometría sería curva y entonces pasarían cosas como que dos rectas paralelas sí se cruzan en algún punto o que los ángulos internos de un triángulo suman más o menos que 180º. En cambio, en el Universo plano en el que resulta que vivimos, se aplica la geometría euclidiana, esa que aprendimos en preparatoria y donde no pasan cosas raras. Cosmos, el libro de Carl Sagan, basado en su famosa serie de televisión, da una excelente perspectiva de la aparición, evolución y posibles futuros del Universo.

odo en un punto Naturalmente que estábamos todos allí —dijo el viejo Qfwfq—, ¿y dónde si no? Que pudiese haber espacio, nadie lo sabía aún. Y el tiempo, ídem: ¿qué queréis que hiciéramos con el tiempo, allí apretados como sardinas? He dicho “apretados como sardinas”, así, por usar una imagen literaria: en realidad no había espacio ni siquiera para estar apretados. Cada punto de cada uno de nosotros coincidía con cada punto de los puntos de los demás en un punto único que era aquel donde estábamos todos. Italo Calvino Si la geometría del Universo es curva, el tamaño aparente de los objetos aumenta o disminuye. En el caso de una geometría plana no hay cambios. Gimnasia cerebral Si en vez de mirar hacia el futuro, volteamos al pasado, es inevitable preguntarse acerca de la edad del Universo y su tamaño. Pareciera que lo del tamaño es sencillo, pues basta con medir la distancia de aquí a los objetos más lejanos, ¿no? Pero recordemos que, entre más lejos esté de nosotros un objeto, más tiempo tarda en llegarnos su luz. Por ejemplo, la galaxia más cercana a la Vía Láctea es M31 y se encuentra a dos millones de años luz de nosotros. Un año luz es la distancia que viaja la luz en un año (en kilómetros, ¡942 seguido de 10 ceros!). Así que, la imagen que tomemos de esta galaxia hoy nos muestra, en realidad, cómo se veía hace dos millones de años. Entonces, mientras más lejos esté una galaxia, más tiempo tarda en llegarnos su luz y, por lo tanto, estamos viendo una imagen de ella cuando era “más joven”, cuando también el Universo era “más joven” y por lo tanto más chico (no olvidemos que se ha estado expandiendo desde que apareció). Es aquí donde se atora mi el cerebro: ¿las galaxias que se ven más lejos de nosotros, en cualquier dirección en la que miremos, están en realidad en el Universo más temprano, es decir más pequeño y por lo tanto muy cercanas entre sí? Como que se enredan tamaños y tiempos, ¿no? Una manera de empezar a entenderlo es ver todo desde otro punto de vista. Si olvidamos por un momento dónde estamos nosotros y nos plantamos afuera de todo, podemos pensar en el comienzo del Universo y en su expansión. En la figura de la edad del Universo sí se entiende la relación entre la edad y el tamaño. Lo único que necesitamos ahora es poder pasar de una forma de ver las cosas a la otra. Prueben hacerlo y vean también cómo lo hace Lightman en Luz antigua. La verdad, muchas de estas ideas nunca me cupieron del todo en la cabeza, pero me quedé picada, y creo que de por vida, con la cosmología. Con estos ejemplos apenas les plantee dudas, abrí algunas puertas. Les toca ahora a ustedes pensar un poco, leer algo y estirar mucho las neuronas. ¡Suerte!  Susana Biro estudió física en la UNAM y el doctorado en astronomía en la Universidad de Manchester en Inglaterra. Es autora de varios artículos de divulgación de la astronomía y trabaja en la Dirección General de Divulgación de la Ciencia.

Para entender el Universo: su evolución en el tiempo desde un punto, pasando por pura energía, la aparición de la materia, enfriamiento y la formación de las galaxias y sus estrellas.

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