jueves, 22 de diciembre de 2016

Georges Lemaître y el "Big Bang"

La teoría del Big Bang es la mejor explicación científica que tenemos de cómo se creó el Universo. Lo que es menos conocido es la historia de un hombre al que apenas ahora se le está dando el crédito que merece como el científico que nos dio esa teoría.

En 1923, un joven de un pequeño pueblo de Bélgica llegó a la Universidad de Cambridge, en Inglaterra, para llamar a la puerta de uno de los científicos más conocidos de la época, Arthur Eddington.

Este astrofísico, quien fue quien verificó la teoría de la Relatividad de Albert Einstein, estaba acostumbrado a recibir estudiantes de todas partes del mundo.

Sin embargo, el joven belga que lo visitó era distinto: llevaba un atuendo de sacerdote católico. Su nombre era Georges Lemaitre y ese año que pasó en Cambridge no sólo cambió su vida, sino también nuestra visión del Universo.

Georges Lemaître nació el 17 de julio de 1894 en Charleroi, Valonia (Bélgica). Desde muy joven, Lemaître descubrió su doble vocación de religioso y científico. Su padre le aconsejó estudiar primero ingeniería, y así lo hizo, aunque su trayectoria se complicó porque se pasó a la física y además porque, en mitad de sus estudios, estalló la Primera Guerra Mundial. A la edad de 17 años entró en la Escuela de Ingenieros de la Universidad de Lovaina y estudió ingeniería civil. Después sirvió como voluntario en el ejército belga durante la Primera Guerra Mundial,

Hoy en día, a Lemaitre se le conoce como el padre del Big Bang. Él fue quien empezó a hablar del "huevo cósmico" o la "teoría del átomo primigenio". Fue el primero en proponer la teoría de la expansión del Universo que hoy en día se conocen como las leyes de Hubble, por el físico estadounidense Edwin Hubble.

Es por esto que muchos expertos lo consideran ahora como uno de los científicos y físicos más importantes del siglo XX.


Ciencia y religión

Es imposible entender quién era George Lemaitre y cómo cambió lo que sabemos del mundo, sin reconocer que su ciencia y su fe fueron una parte integral e inseparable de su vida. Su vocación por las dos cosas empezó al mismo tiempo y evolucionó en paralelo.

Desde muy temprano mostró que era precoz en matemáticas y antes de que cumpliera 10 años le dijo a sus padres que quería hacerse sacerdote, pero fue su experiencia en la Primera Guerra Mundial, que lo que convenció de convertirse en sacerdote.

Se cuenta que entre batallas, Lemaitre leía una copia del génesis y el trabajo del físico francés Henri Poincaré. "Conocí a varias personas que coincidieron con Lemaitre en las trincheras", contó el filósofo científico Dominic Lamberth. "Y me dijeron que era muy extraño ver a un soldado que estudiaba ecuaciones con el libro de Poncaré".

Después de la guerra, el joven Lemaitre siguió sus estudios de matemática y física, y completó su preparación para ordenarse como sacerdote. El mismo año que fue ordenado, en 1923, ganó una beca para estudiar con Arthur Eddington, (quien jugó un papel importante para traer al mundo la teoría de la Relatividad de Einstein), en el observatorio de la Universidad de Cambridge.

Según los expertos, el año que pasó en Cambridge fue crucial para que Lemaitre diera una respuesta a la que quizás es una de las preguntas más importantes sobre el Universo: ¿cómo se originó? Un año más tarde viajó a Harvard y al MIT, en Massachusetts, EE.UU., para terminar su doctorado. Cuando regresó a Bélgica, Lemaitre era una de las pocas personas en el mundo que tenía un conocimiento profundo de las nuevas ideas "esotéricas" de Einstein sobre física.

Teoría del átomo primigenio

Lemaitre fue pionero en ofrecer una concepción nueva del cosmos. Y llamó a su idea la "teoría del átomo primigenio", lo que hoy conocemos como la teoría del Big Bang. La idea estaba enterrada en una de las ecuaciones de Albert Einstein, pero disentía de las conclusiones que el científico alemán había sacado de su propio trabajo.

"Einstein descubrió las ecuaciones de la relatividad general que definen cómo se comporta la gravedad", explicó para el programa de radio de la BBC "Stories in Sound" el sacerdote y científico John Polkinghorne. "Pero pensó que el Universo debía ser estático, que no podía cambiar. Mientras que Lemaitre concluyó que el Universo estaba cambiando todo el tiempo, que se estaba expandiendo".

A partir de esa premisa el Universo tenía una historia, no era eterno. Esto contradecía la Teoría del Estado Estacionario, que también se formuló en el siglo XX.

"De acuerdo con este modelo, el Universo siempre ha existido", explicó Wilkinson. "Y si bien el Universo se expande, lo hace con la creación de pequeños pedazos de materia entre las galaxias, al contrario del Big Bang, donde todo empezó a partir de una gran expansión".

Con el descubrimiento de radiación en el Universo, considerada como el eco del Big Bang, el trabajo de Lemaitre allanó el camino para tener una mirada alternativo del espacio.

Fue el primero en demostrar que la idea original de Einstein sobre que el Universo no se expande, es imposible. 

Lemaitre coincidió con Einstein en varias ocasiones y este se mostró impresionado con las ideas del cura belga. En una ocasión, se cuenta que después de que Einstein ofreció una clase, un miembro de la prensa le preguntó cuántas personas en la audiencia pensaba habían entendido lo que había dicho. "Casi seguro que solo una", respondió el científico alemán.


Lemaitre estaba en la audiencia, pero esto no quiere decir que Einstein aceptara con los brazos abiertos que estaba errado en sus conclusiones.

Sin embargo, quizás el mayor opositor a la hipótesis de Lemaitre fue el astrónomo inglés Fred Hoyle, uno de los arquitectos del modelo del Estado Estacionario. De hecho fue Hoyle quien le dio su nombre a la teoría del Big Bang en una entrevista de radio para la BBC.

Si bien Lemaitre era tan apasionado de la ciencia como de la religión, siempre fue contrario a mezclar estas dos disciplinas en un mismo proyecto. Se resistió a la idea de que la religión jugara un papel en el desarrollo de la ciencia, incluso cuando las teorías hablaban del origen del Universo como el Big Bang. Este sacerdote pensaba que era importante mantener una separación entre las ideas científicas y las creencias religiosas sobre la creación.


Falleció en Bélgica, el 20 de junio de 1966.


El "Big Bang"

La teoría del Big Bang propone que el universo se encontraba inicialmente en un estado de gran densidad y tras una gran explosión habría entrado en un proceso de expansión y enfriamiento en el cual nos encontraríamos en la actualidad y creando lo que conocemos como nuestro Universo.

Inmediatamente después del momento de la "explosión", cada partícula de materia comenzó a alejarse muy rápidamente una de otra, de la misma manera que al inflar un globo éste va ocupando más espacio expandiendo su superficie.

Los físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a partir de un 1/100 de segundo después del Big Bang. La materia lanzada en todas las direcciones por la explosión primordial está constituida exclusivamente por partículas elementales: Electrones, Positrones, Mesones, Bariones, Neutrinos, Fotones y un largo etcétera hasta más de 89 partículas conocidas hoy en día.

En 1948 el físico ruso nacionalizado estadounidense George Gamow modificó la teoría de Lemaître del núcleo primordial. Gamow planteó que el Universo se creó en una explosión gigantesca y que los diversos elementos que hoy se observan se produjeron durante los primeros minutos después de la Gran Explosión o Big Bang, cuando la temperatura extremadamente alta y la densidad del Universo fusionaron partículas subatómicas en los elementos químicos.


Cálculos más recientes indican que el hidrógeno y el helio habrían sido los productos primarios del Big Bang, y los elementos más pesados se produjeron más tarde, dentro de las estrellas. Sin embargo, la teoría de Gamow proporciona una base para la comprensión de los primeros estadios del Universo y su posterior evolución. A causa de su elevadísima densidad, la materia existente en los primeros momentos del Universo se expandió con rapidez. Al expandirse, el helio y el hidrógeno se enfriaron y se condensaron en estrellas y en galaxias. Esto explica la expansión del Universo y la base física de la ley de Hubble.

Después de la gran explosión

Según se expandía el Universo, la radiación residual del Big Bang continuó enfriándose, hasta llegar a una temperatura de unos 3 K (-270 °C). Estos vestigios de radiación de fondo de microondas fueron detectados por los radioastrónomos en 1965, proporcionando así lo que la mayoría de los astrónomos consideran la confirmación de la teoría del Big Bang.
La evidencia científica para confirmar la idea de que el universo estaba inicialmente en un estado muy denso, surgió en octubre de 1965, con el descubrimiento de un débil fondo de microondas en todo el espacio. La única explicación posible para este fondo de microondas es que sea radiación proceda de un universo primigenio muy denso y caliente. A medida que el universo se expandía, la radiación se iba enfriando, hasta que quedó el débil remanente que podemos detectar hoy
Uno de los grandes problemas científicos sin resolver en el modelo del Universo en expansión es si el Universo es abierto o cerrado (esto es, si se expandirá indefinidamente o se volverá a contraer).


Un intento de resolver este problema es determinar si la densidad media de la materia en el Universo es mayor que el valor crítico en el modelo de Friedmann. La masa de una galaxia se puede medir observando el movimiento de sus estrellas; multiplicando la masa de cada galaxia por el número de galaxias se ve que la densidad es sólo del 5 al 10% del valor crítico. La masa de un cúmulo de galaxias se puede determinar de forma análoga, midiendo el movimiento de las galaxias que contiene. Al multiplicar esta masa por el número de cúmulos de galaxias se obtiene una densidad mucho mayor, que se aproxima al límite crítico que indicaría que el Universo está cerrado.

La diferencia entre estos dos métodos sugiere la presencia de materia invisible, la llamada materia oscura, dentro de cada cúmulo pero fuera de las galaxias visibles. Hasta que se comprenda el fenómeno de la masa oculta, este método de determinar el destino del Universo será poco convincente.

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