Los (casi) olvidados descubridores del Big Bang

Innovación | 9 diciembre 2005

Tras el gran logro de la teoría de la relatividad general, Einstein dedicó gran parte del resto de su vida a desarrollar un modelo científico que explicara la evolución del universo, pero fracasó en su empeño. El paso del tiempo reveló que el universo nació de una singularidad cósmica llamada Big Bang, o al menos, eso es lo que ahora forma la teoría aceptada, pero, ¿quiénes idearon este modelo?

Tres científicos, no muy conocidos, pusieron las bases de la revolución cosmológica. El ruso Alexandr Friedmann y el belga Georges Lemaître, el primero en 1922 y el segundo en 1927, expusieron teorías por las que merecerían ser conocidos como inventores de la idea del Big Bang.

FriedmannAlexandr Friedmann nació en San Petersburgo en 1888. Estudió física y matemáticas, fue piloto de aviación durante la Primera Guerra Mundial y llegó, muy joven, a ser profesor de la Universidad de Perm. A partir de 1920 se dedicó a la investigación y la docencia en la Universidad de Leningrado, donde realizó aportaciones de mucho interés a los campos de la meteorología, la astronomía y la aviación. Poco tiempo después de publicar sus teorías cosmológicas, que fueron la base del Big Bang, Alexandr moría de forma repentina, era el año 1925. Los artículos de Friedmann de 1922 a 1924, escritos en alemán, acompañados de un libro de divulgación científica llamado: El Universo como espacio y tiempo, demuestran que su concepción del universo estaba por delante de su época. Cuando Einstein se encontraba atrapado en su idea del espacio estacionario, Friedmann ya estaba planteando las muchas alternativas que se suponen en universos evolucionarios. Para el científico ruso, aceptando la idea de un origen, habría muchas formas de universo, desde el que se expande infinitamente en el tiempo hasta el que, llegado un punto máximo de expansión, se vuelve a contraer para retornar al punto inicial. Llegó a explicar el modelo del universo pulsante, en el que el cosmos, una vez expandido al máximo, retrocede hasta su origen para “rebotar” y crear de nuevo otro universo en un baile de universos consecutivos eterno, cada uno de los cuales podría regirse por leyes de la física totalmente diferentes entre sí.

Friedmann fue el primero en hablar de modo científico acerca del origen y el final de nuestro universo. Ya entonces apuntó una de las preguntas que, todavía, más atrae a los cosmólogos: si hubo un comienzo para el cosmos, ¿qué existió antes? De su teoría sobre el origen de todo, llegó a la conclusión de que la edad del universo era mucho mayor de lo que se había supuesto hasta entonces. En esa época no se consideraba que la Tierra tuviera más de mil millones de años. Friedmann resultó tener razón, pues la edad de nuestro planeta ronda los 5.000 millones de años y la del universo puede rondar los 15.000 millones de años. La física no acogió con alegría las tesis de Alexandr, no estaba preparada para que el cosmos mecanicista del relojero Newton se derrumbara del todo, la idea de un origen sonaba como algo fuera de lugar. Además a muchos les parecía una idea trasnochada, fruto de mentes religiosas en busca del día de la creación a manos de Dios.

El mismo Einstein achacó a errores de cálculo las conclusiones de Friedmann, aunque terminó por rectificar, aceptando el mérito del investigador ruso, el padre de la relatividad no aceptaba la idea de un “instante” cero. En 1924, Friedmann se adelanta todavía más a su tiempo y comienza a preguntarse sobre la estructura topológica del espacio y el tiempo, cosa que la astrofísica solamente comenzaría a explorar cincuenta años después. Pero la desgracia cayó sobre Alexandr a sus 37 años, al fallecer repentinamente.

Justamente en esa época Georges Lemaître recoge el testigo de Friedmann, sin conocer sus trabajos, para construir los cimientos finales que darán origen a la teoría del Big Bang. Lemaître nació en Bélgica en 1894, estudió ingeniería hasta que, después de la Gran Guerra, se decidió por la investigación en física teórica. Además, en 1923, fue ordenado sacerdote y recibió formación científica avanzada en Gran Bretaña y Estados Unidos. Hasta su muerte, a los 72 años, permaneció como profesor de la Universidad de Lovaina. Lemaître fue un apasionado de todo lo relacionado con el cosmos, la astronomía y las matemáticas. Independientemente de Friedmann, descubrió que las ecuaciones de Einstein admitían soluciones en las que se nos muestra un universo dinámico, no estático. Cotejando la teoría con las nuevas observaciones de las velocidades de desplazamiento de las galaxias, realizadas por astrónomos estadounidenses, logró interpretaciones nuevas de los modelos cosmológicos: nace así su versión de la expansión universal.

Lemaitre y EinsteinSiguiendo por estos caminos, por pura lógica, y un pensamiento profundo mantenido durante largo tiempo, el sacerdote astrónomo formuló una hipótesis muy arriesgada para su tiempo. Porque, si el universo se expande, en el pasado su tamaño debió de ser mucho más pequeño, con mayor densidad. Retrocediendo mucho en la película del cosmos se llegaría al “instante” primigenio, el que dio origen a todo lo que observamos ahora. A partir de este modelo, completado y corregido por muchos otros investigadores, la ciencia creó el modelo del Big Bang. Hay que tener en cuenta que todos estos descubrimientos los realizó Lemaître a principios del siglo XX, cuando hacía muy poco que Hubble había demostrado la existencia de las galaxias, y el efecto doppler, aplicado a la luz, apenas si se había comenzado a utilizar.

El año 1927 ve la luz su artículo explicativo del nuevo modelo, relacionando la expansión del universo, ideada a partir de las ecuaciones de la relatividad general, con las observaciones de Hubble. Uniendo teoría y observación, anunció también, que existe una relación proporcional entre la velocidad de expansión y la distancia de las galaxias, adelantándose muchas décadas a la aceptación general de esta teoría.

Pero, al igual que ocurrió con Friedmann, al joven sacerdote no se le hizo demasiado caso. El mismo año de la publicación de su arriesgado artículo sobre la expansión universal, se entrevista con Albert Einstein. El genio alemán reconoció la tenacidad investigadora de Lemaître, pero concluyó afirmando que su modelo de universo le parecía algo insostenible. En 1929 Edwin Hubble publicó su famosa ley de la proporcionalidad entre la velocidad de desplazamiento de las galaxias y la distancia. Esta ley, conocida por los cosmólogos como Ley de Hubble, es muy similar a la presentada por Lemaître dos años antes.

Pocos años después Arthur S. Eddington traduce el artículo del astrónomo belga al inglés. A partir de aquí, uniendo la Ley de Hubble con el concepto de universo en expansión de Lemaître, se creó un nuevo modelo válido, por lo menos desde el punto de vista teórico. La novedad llegó a ser aceptada incluso por el mismísimo Einstein. Pero Lemaître no se había quedado en el asunto de la expansión. En su afán por ir más allá, se centró en el propio génesis. En su libro de 1931, explica su idea sobre una fase inicial del cosmos, como una explosión. Para llegar a sus nuevas teorías, volvió a utilizar la experimentación de vanguardia, en este caso la de los físicos atómicos. Utilizando los fenómenos de radiación, Lemaître ideó un universo inicial cuya “desintegración” generó todo la materia y el espacio actuales. Su empleo del término “creación” fue muy criticado en los foros científicos. Pero no hay que pensar en un astrónomo, que como sacerdote, unía religión y ciencia. Nada de eso, Lemaître siempre separaba sus convicciones religiosas de su labor científica, como base para un juego limpio y neutral en el mundo del conocimiento. Sea por lo que fuere, su modelo no recibió aceptación alguna.

Hubo de pasar mucho tiempo hasta que, en 1965, Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron el fondo cósmico de radiación, poniendo así las bases experimentales del modelo actual de expansión del universo. Mortalmente enfermo de leucemia, Lemaître recibió con alegría esta confirmación, tardía, de sus teorías.

AlpherEn 1948 el físico norteamericano Ralph Alpher, tercer jugador en la partida de los olvidados descubridores del Big Bang, escribió su tesis doctoral. ¿De qué trataba? Pues, ni más ni menos, que del origen del universo. Explicaba matemáticamente cómo el universo pudo surgir de una “explosión”. Pero, como a Friedmann y a Lemaître, el adelantarse a su tiempo le trajo muchos disgustos. Los años fueron pasando desde la presentación de su tesis y nadie se acordaba del trabajo de Alpher.

Entonces, a mediado de la década de los sesenta, dos curiosos radiaoastrónomos de los Laboratorios Bell descubrieron, como ya he mencionado, el fondo cósmico de microondas, lo que evidenciaba lo ciertas que fueron las teorías de Ralph. Pero, ni Penzias ni Wilson oyeron jamás hablar de la tesis doctoral del pionero Alpher, así que, de nuevo, el Premio Nobel recayó en los dos radioastrónomos y del físico adelantado a su tiempo no se dijo absolutamente nada. El consejero de su tesis, en la Universidad George Washington, fue George Gamow, otro de los pioneros del Big Bang. Alpher comenzó a pensar qué ocurrió en el instante cero, donde parecía que las leyes de la física no eran aplicables. Por consejo de Gamow, decidió olvidarse del “punto” cero y centrarse en el momento donde las leyes físicas, tal y como las conocemos, comenzaron a funcionar. Alpher y Gamow se concentraron en el estudio de un cosmos bastante más “frío” que el del “instante” cero, un universo al que llamaron Ylem, palabra griega para llamar a la materia prima de la vida, el tiempo en el que la materia y las radiaciones comenzaron a existir por separado.

Los modelos diseñados fueron evolucionando, desecharon muchos, idearon otros, pero finalmente lograron una aproximación al problema sobre el origen de los elementos químicos en el universo. Se introdujo Alpher en unos mundos gobernados, en aquella época, por la teología, temas a los que la ciencia no se había atrevido a entrar. En el duro trabajo de investigación, Alpher recibió un apoyo inestimable de su joven esposa, Louise, a la que conoció en 1940 en la universidad, siendo ella estudiante de psicología. Gamow, una vez leída la aportación de Alpher, decidió incluir, para su publicación, el nombre de Hans Bethe. Gamow, hombre excéntrico, pensaba que, incluyendo como coautor el apellido del famoso científico de Los Alamos, el trabajo ganaría en credibilidad, al ser altamente especulativo. Alpher aceptó, pero con reticencias. Al fin llegó el día de defender su tesis doctoral. Alpher entró al auditorio y observó, aterrado, cómo había más de trescientas personas esperando escuchar su exposición, cuando lo normal era que no se presentaran más que un puñado de amigos del lector. Entre ellos, grandes físicos, como el propio Bethe, periodistas y curiosos, que habían llegado impulsados por la publicidad mediática involuntaria que había supuesto la publicación del ensayo preliminar firmado por los tres “autores”. Todos querían conocer al hombre que, se suponía, sabía cómo surgió el universo. Los periodistas, que no entendieron casi nada de la exposición, respondieron a la mañana siguiente con columnas en los diarios mostrándose escépticos, e incluso engañados. Las ideas de Alpher sobre la síntesis de los elementos en un universo infinitamente pequeño y caliente, hicieron que recibiera muchas críticas e incluso cartas de personas que le comunicaban haber rezado por la salvación de su alma, irremisiblemente perdida, por haberse atrevido a cuestionar al Libro del Génesis. En sus artículos posteriores, Alpher indicó que, para encontrar una prueba de sus teorías, se debería buscar la radiación residual de aquel primer y violento instante. Tras muchos ensayos, artículos y conferencias, a Alfer no se le hace caso.

En 1955, el científico, apesadumbrado, decide aceptar un cargo en la General Electric, pues debía mantener a su familia, lejos del mundo científico. Tristemente, en 1965, se produce un hecho que debió ser motivo de felicidad. Se publica en ese año el trabajo sobre la radiación de microondas por parte de Wilson y Penzias, pero no se menciona por ninguna parte a Alpher. Así, totalmente olvidados, Alpher, Gamow y su colaborador German, iniciaron un proceso de “motín” por medio de ensayos y cartas sobre el tema. Gamow murió en 1968, pero los dos miembros restantes del equipo continuaron su batalla. Nadie les hace ningún caso. Un infarto llamó a las puertas del corazón de Ralph Alpher a finales de los años setenta.

En 1989, la NASA lanzó al espacio la famosa sonda COBE, que exploraría muchos de los asuntos tratados por Alpher y Herman. Los dos ancianos científicos fueron testigos de aquel lanzamiento, invitados por la agencia espacial. En los últimos tiempos muchas instituciones de todo el mundo invitaron a Ralph como conferenciante, o para darle algún premio menor, postreras muestras de reconocimiento para un anciano científico casi olvidado.