LA GENESIS DEL BIG BANG... (Virginia Trimble).

Desde que se admitió la expansión del Universo como la interpretación más probable de la ley de Hubble del desplazamiento hacia el rojo, muchos astrónomos se dieron cuenta de que esto implicaba un Universo considerablemente diferente que en el pasado.

La literatura de los años 30 y 40 contiene muchas alusiones a un supuesto estado denso y caótico de la materia, que constituiría un contexto propicio a la formación de estrellas (la mayoría de las estrellas parecía tener entonces aproximadamente la misma edad que el Universo en conjunto).

Sin embargo, una reflexión sustancial sobre lo que había podido pasar miles de millones de años antes seguía siendo la excepción.

Georges Gamow, un físico nuclear formado en Rusia pero que hizo carrera en Estados Unidos, es considerado en general como el primer investigador que reflexionó seriamente sobre este problema de los orígenes del Universo.

En 1935, se concentró en las reacciones nucleares susceptibles de haberse producido cuando toda la materia estaba al menos tan caliente y era tan densa como en el núcleo de las estrellas actuales. Continuó sus investigaciones después de la segunda guerra mundial, en colaboración con Ralph Alpher y Robert Herman.

Los tres se dieron cuenta de que si el Universo era inicialmente un fluido constituido únicamente por protones, habría acabado en forma de hidrógeno y de helio en una proporción de alrededor de un átomo de helio por cada ocho átomos de hidrógeno.

Estudiaron a continuación el entorno térmico en el que se tenían que haber producido las reacciones nucleares y concluyeron que, después de millones de años de expansión y de enfriamiento, el Universo tenía que estar a una temperatura de unos 5 kelvin.

El mismo Gamow no se tomó su propia predicción suficientemente en serio para iniciar la busca de una firma en radio de una temperatura de 5 kelvin.

¡En 1949 o 1950, le dijo a uno de sus estudiantes que no conocía ningún problema interesante en espectroscopía milimétrica!

Sin embargo, los sensores que se habían desarrollado durante la segunda guerra mundial (fundamentalmente asociados al nombre de Robert Dicke) probablemente habrían permitido detectar la radiación de fondo en aquella época.

Mientras tanto, un equipo de tres astrónomos británicos había decidido que la expansión cósmica no significaba necesariamente un Universo diferente en el pasado: es la idea llamada del Universo estacionario. Fue avanzada en 1948 por Hermann Bondi, Thomas Gold y Fred Hoyle (los dos primeros habían huido del nazismo de la Europa continental y el tercero era una persona del Yorkshire).

Como los tres y sus partidarios tienen un excepcional talento de oradores y de divulgadores, su idea se hizo probablemente más popular entre el gran público que en la comunidad de los astrónomos profesionales.

Allan Sandage lo ha expresado con una fórmula de un chovinismo exquisito: «Yo no creo que la creación continua se haya tomado nunca en serio en California».

Un universo estacionario ha estado siempre en expansión, y lo estará eternamente (lo que suprime toda posibilidad de contradicción entre el inverso de la constante de Hubble, es decir la edad del Universo, y la edad de las estrellas más viejas).

Pero ni su densidad ni su temperatura disminuyen, ya que constantemente surge nueva materia, exactamente en la proporción necesaria para que todo se mantenga idéntico.

Naturalmente, esta idea viola el principio de conservación de la masa y de la energía tal como se concibe ordinariamente, pero a un nivel tal que no se puede esperar que se detecte en el laboratorio: es del orden de un átomo de hidrógeno por siglo para un volumen equivalente al de la torre Eiffel.

Desde el punto de vista de sus autores, esta teoría tiene el mérito de hacer de la creación un fenómeno físico aprehensible, en vez de remitirla al principio, allí donde nadie puede estudiar el proceso.

Las proposiciones del modelo de Universo estacionario tuvieron una fecundidad considerable: muchos astrónomos se sintieron en la obligación de refutarlo y desarrollaron con esta intención diversos tipos de observaciones de las que nos seguimos sirviendo en la actualidad (catalogación de las radiofuentes, medida de las luminosidades de la superficie de las galaxias, etc.).

Estas primeras pruebas, daban globalmente la preferencia al modelo del Big Bang y a los modelos evolutivos en general respecto a la idea de un universo estacionario, ya que sugerían que el Universo había sido diferente en el pasado.

Pero no hasta el punto de que una persona sensata estuviese absolutamente obligada a elegir.

La expresión misma de «Big Bang» fue inventada por Hoyle como un insulto deliberado, antes de que lo adoptasen los partidarios de los universos evolutivos.

¿Era la radiación radio detectada por Penzias y Wilson la predicha por Gamow quince años antes?

Entre 1955 y 1967, la gran mayoría de la comunidad científica rechazó el modelo de Bondi, Gold y Hoyle, que actualmente sólo conserva un puñado de fieles.

Hay tres razones principales para este rechazo.La primera, que fue la última que adquirió una fuerza de convicción definitiva, fue la contabilización de las radiofuentes y más tarde de los cuásares.

El resultado fue la aparición de una proporción mucho más elevada de fuentes débiles que de fuentes brillantes.

Esto se puede interpretar de dos maneras: o bien en el pasado existían más radiofuentes (que en la actualidad aparecen débiles debido a su distancia), o bien vivimos de modo muy improbable en una especie de hueco local, en medio de una población específica.

Las medidas del desplazamiento hacia el rojo de las radiofuentes y los cuásares acabaron con la hipótesis llamada «local»; los elevados valores atestiguaban el alejamiento de estas fuentes débiles. A partir de 1967 se podía decir con seguridad que las galaxias habían sido sede de fenómenos violentos más a menudo en el pasado que en la actualidad.

Por lo tanto, el Universo ha cambiado con el paso del tiempo: no está en un estado estable. Una de las contribuciones precoces y duraderas del astrónomo británico Martin Rees a la ciencia fue haber convencido a su director de tesis Dennis Sciama (los dos estaban en Cambridge).

Esto hace de Sciama el único defensor convencido de la creación continua que cambió de opinión.

La segunda razón fue la identificación del helio como una reliquia del Universo primitivo.

Gamow y sus colaboradores ya lo habían predicho pero, en los años 50, la mejora de los análisis espectrales de las estrellas y de las galaxias confirmó que la casi totalidad de lo que podemos observar está compuesto de un 75% de hidrógeno y de un 25% de helio (en proporción de masas, la proporción en número de átomos es del 90% y del 10% respectivamente).

Naturalmente, el helio también es un producto de reacciones nucleares internas en las estrellas. Pero, para producir la cantidad que observamos en el intervalo de tiempo atribuido a la creación de materia por la teoría del Universo estacionario, se necesitarían unas galaxias diez veces más brillantes que tal como lo son en realidad.

Este hecho se anunció en algunas raras ocasiones y luego cayó en el olvido a partir de 1960.Tercero, Arno Penzias y Robert Wilson midieron en 1965 una radiación de fondo cuyo origen era desconocido.

Cuando publicaron su descubrimiento ya estaban seguros de haber visto algo distinto de una bolsa local de radiación: la radiación presentaba fundamentalmente la misma intensidad y el mismo espectro en todas las direcciones del cielo.

De hecho, los modelos del Big Bang habían predicho la existencia de este tipo de radiación mucho antes de que fuese descubierta.

Y sería imposible explicarla en el marco de un universo estacionario. La cantidad total de energía de la radiación micrométrica de fondo no es gigantesca, y podría ser producida por las estrellas y las galaxias.

Pero, para que esta radiación presente un espectro de cuerpo negro y esté casi a la misma temperatura en todas partes en el Universo, tiene que haber interaccionado con materia muy densa y térmicamente homogénea.

Esto era fácil de lograr en el Universo primitivo, pero completamente imposible en cualquier otra situación. El mismo George Gamow quizá no estaba convencido del todo: ¿era verdaderamente la radiación descubierta por Penzias y Wilson la que él había predicho?

Al principio de 1967 planteó textualmente la siguiente pregunta durante una conferencia: «Vale, yo he perdido una moneda de cinco centavos y usted ha encontrado una. ¿Quién puede decir que es la misma?» Pero la moneda encontrada por Penzias y Wilson no era una moneda cualquiera.

Golpeada por el canto de la ley de la radiación de un cuerpo negro a 5 kelvin, no podía ser sino la perdida por Gamow veinte años antes.

Hacia 1965, con uno o dos años de diferencia, casi toda la comunidad astronómica se había adherido a un modelo de universo descrito por una de las soluciones de las ecuaciones de la relatividad general y que habría pasado por un estado caliente y denso (el Big Bang) hace de 10.000 a 20.000 millones de años.

A partir de ahí se podía interesar por temas como la distribución de las galaxias en el espacio, la naturaleza de la materia oscura y los hipotéticos acontecimientos anteriores al estadio inicial caliente y denso.


Fuente: Trimble, Virginia. La génesis del Big Bang. Mundo Científico. Barcelona: RBA Revistas, septiembre, 1992.Tomado de enciclopedia encarta 2008.