A horcajadas en el Tiempo
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El Nacimi<strong>en</strong>to de la Cosmología Moderna<br />
La cosmología, que era una ci<strong>en</strong>cia especulativa, se convirtió <strong>en</strong> ci<strong>en</strong>cia empírica gracias a dos importantes acontecimi<strong>en</strong>tos ci<strong>en</strong>tíficos.<br />
El primero fue, a niv<strong>el</strong> teórico, la creación de la teoría de la r<strong>el</strong>atividad g<strong>en</strong>eral de Einstein, una teoría g<strong>en</strong>eral d<strong>el</strong> espacio, <strong>el</strong> tiempo y la materia,<br />
que aportó una nueva estructura conceptual a nuestra idea d<strong>el</strong> universo como un todo. Y <strong>el</strong> segundo acontecimi<strong>en</strong>to que proporcionó a la<br />
cosmología su forma moderna fue la aparición de nuevos y pot<strong>en</strong>tes instrum<strong>en</strong>tos astronómicos: los grandes t<strong>el</strong>escopios de reflexión y los<br />
radiot<strong>el</strong>escopios. La teoría de Einstein no exige una cosmología específica o una estructura concreta d<strong>el</strong> universo. Aporta <strong>el</strong> andamiaje, no los<br />
detalles. Para decidir la estructura concreta de todo <strong>el</strong> universo, <strong>en</strong> <strong>el</strong> espacio y <strong>en</strong> <strong>el</strong> tiempo, hac<strong>en</strong> falta, como siempre, muchas más<br />
observaciones y más ricas <strong>en</strong> detalles.<br />
En las primeras décadas d<strong>el</strong> siglo, cuando los astrónomos sondearon más profundam<strong>en</strong>te <strong>en</strong> <strong>el</strong> espacio, siguieron observando una<br />
jerarquía de estructuras cada vez mayores: de las estr<strong>el</strong>las a las galaxias y a los cúmulos de galaxias, todo expandiéndose con <strong>el</strong> universo. Pero,<br />
<strong>en</strong> las últimas décadas con <strong>el</strong> uso de nuevos y más poderosos instrum<strong>en</strong>tos de observación como son los distintos satélites que orbitan la Tierra<br />
y <strong>el</strong> t<strong>el</strong>escopio espacial Hubble, los astrónomos han explorado ya la estructura global d<strong>el</strong> universo mismo, y han descubierto que esta estructura<br />
jerárquica de grumos cada vez mayores se interrumpe. A las <strong>en</strong>ormes escalas de distancia de miles de millones de años luz empieza a verse un<br />
universo liso. Esta lisura parece ser la textura global d<strong>el</strong> cosmos, no sólo una propiedad local de nuestra región d<strong>el</strong> espacio. Contemplamos por<br />
primera vez características espaciales d<strong>el</strong> universo <strong>en</strong>tero. El estudio de ese espacio homogéneo y liso a gran escala, su desarrollo <strong>en</strong> <strong>el</strong> tiempo<br />
y cómo influye <strong>en</strong> la materia que conti<strong>en</strong>e, es <strong>el</strong> campo ci<strong>en</strong>tífico propio d<strong>el</strong> cosmólogo contemporáneo.<br />
Examinemos ahora esos dos aspectos principales de la cosmología (<strong>el</strong> teórico y <strong>el</strong> observacional) más detalladam<strong>en</strong>te, empezando por<br />
la teoría moderna d<strong>el</strong> espacio y <strong>el</strong> tiempo.<br />
Hagamos abstracción, por un instante, de lo cotidiano de nuestro <strong>en</strong>torno constituido por un espacio físico concreto e int<strong>en</strong>temos<br />
imaginar <strong>el</strong> espacio tridim<strong>en</strong>sional puro y vacío. Imaginémonos que nos <strong>en</strong>contramos <strong>en</strong> un cohete espacial, det<strong>en</strong>idos <strong>en</strong> <strong>el</strong> espacio profundo, y<br />
antes de poner <strong>en</strong> marcha <strong>el</strong> motor d<strong>el</strong> cohete dejamos flotando un faro <strong>en</strong> <strong>el</strong> espacio para ori<strong>en</strong>tar nuestro emplazami<strong>en</strong>to. Dicho faro, como<br />
debe ser obvio, emite un rayo de luz, que seguimos fi<strong>el</strong>m<strong>en</strong>te, sin volver nunca hacia atrás. Al cabo de un tiempo vemos que <strong>el</strong> mismo rayo<br />
aparece d<strong>el</strong>ante de nosotros. Es como si hubiésemos viajado <strong>en</strong> círculo. Probamos luego <strong>en</strong> una dirección distinta, pero sucede lo mismo. Es<br />
evid<strong>en</strong>te que este espacio no es un espacio ordinario <strong>en</strong> <strong>el</strong> que si partimos <strong>en</strong> línea recta nunca volvemos al punto de partida. Pues bi<strong>en</strong>, éste es<br />
un ejemplo de espacio no euclidiano y, aunque resulte extraño, es matemáticam<strong>en</strong>te posible.<br />
La primera descripción matemática completa de los espacios curvos fue realizada por <strong>el</strong> matemático alemán d<strong>el</strong> siglo XIX, Bernhard<br />
Riemann. Normalm<strong>en</strong>te, consideramos plano <strong>el</strong> espacio físico vacío, de forma que si utilizásemos rayos lumínicos para formar los lados de<br />
triángulos, cubos y otras figuras geométricas, obedecerían a los teoremas de la geometría euclidiana. Si despegásemos <strong>en</strong> un cohete <strong>en</strong> línea<br />
recta y siguiéramos esa línea recta, no volveríamos nunca al punto de partida. Pero los trabajos de Riemann g<strong>en</strong>eralizaron una noción de<br />
espacio que incluyese también la posibilidad de una geometría no euclidiana, de un espacio no plano sino curvo. Seria como g<strong>en</strong>eralizar<br />
espacios bidim<strong>en</strong>sionales para que no sólo incluyes<strong>en</strong> <strong>el</strong> espacio plano de una hoja de pap<strong>el</strong> sino también superficies curvas como la de una<br />
pera. Riemann demostró que podía describirse exactam<strong>en</strong>te la curvatura geométrica d<strong>el</strong> espacio no euclidiano con una herrami<strong>en</strong>ta matemática<br />
d<strong>en</strong>ominada t<strong>en</strong>sor de curvatura. Utilizando rayos lumínicos <strong>en</strong> un espacio tridim<strong>en</strong>sional y midi<strong>en</strong>do con <strong>el</strong>los ángulos y distancias, podemos<br />
determinar, <strong>en</strong> principio, <strong>el</strong> t<strong>en</strong>sor de curvatura de Riemann <strong>en</strong> cada punto de ese espacio.<br />
La obra geométrica de Riemann es de gran b<strong>el</strong>leza y posibilidades, y se soporta sobre firmes bases matemáticas. En <strong>el</strong>la, se describ<strong>en</strong><br />
espacios curvos arbitrariam<strong>en</strong>te complicados <strong>en</strong> cualquier número de dim<strong>en</strong>siones espaciales. Con <strong>el</strong> legado matemático que nos dejó Riemann,<br />
podemos concebir fácilm<strong>en</strong>te la mayoría de los espacios curvos bidim<strong>en</strong>sionales, como la superficie de una esfera o una rosquilla, pero nuestra<br />
capacidad para imaginar <strong>el</strong> espacio curvo tridim<strong>en</strong>sional falla. Sin embargo, los métodos matemáticos de Riemann nos muestran cómo abordar<br />
esos espacios: las matemáticas pued<strong>en</strong> llevarnos por donde no puede hacerlo la imaginación visual.<br />
Ya, a principios d<strong>el</strong> siglo XX, tanto las matemáticas como la geometría aplicada a espacios curvos eran bi<strong>en</strong> compr<strong>en</strong>didas por los<br />
respectivos ci<strong>en</strong>tíficos especialistas. Pero estos avances parecían reducirse al ámbito exclusivam<strong>en</strong>te académico, si<strong>en</strong>do poco consideradas sus<br />
ideas <strong>en</strong> <strong>el</strong> mundo físico real hasta que Albert Einstein postuló su teoría de la r<strong>el</strong>atividad g<strong>en</strong>eral <strong>en</strong> 1915-1916.<br />
La teoría de la r<strong>el</strong>atividad g<strong>en</strong>eral surgió de la teoría especial de la r<strong>el</strong>atividad que Einstein <strong>el</strong>aboró <strong>en</strong> 1905, y que establecía una nueva<br />
cinemática para la física y, a su vez, su av<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to trajo como consecu<strong>en</strong>cia primaria dos mod<strong>el</strong>os cosmológicos d<strong>el</strong> universo. Uno de <strong>el</strong>los, lo<br />
proyecta <strong>el</strong> propio Albert Einstein. Einstein estaba tan conv<strong>en</strong>cido de la naturaleza estática d<strong>el</strong> cosmos que, <strong>en</strong> una actitud muy poco<br />
característica de él, no prosiguió las implicaciones que arrojaban sus propias ecuaciones, añadiéndoles un término que se correspondía con una<br />
fuerza repulsiva cósmica que actuaba contra la gravedad. El término extra, al que llamó la «constante cosmológica», parecía hacer más<br />
manejable <strong>el</strong> problema de describir <strong>el</strong> universo. Puesto que la constante estaba directam<strong>en</strong>te r<strong>el</strong>acionada con <strong>el</strong> tamaño y la masa d<strong>el</strong> universo,<br />
<strong>el</strong> añadido de Einstein implicó una descripción matemática de un cosmos estructurado por un espacio curvo y estático ll<strong>en</strong>o de gas uniforme de<br />
materia sin presión; o sea, un universo estático de inspiración aristotélica.<br />
En <strong>el</strong> mismo año <strong>en</strong> que Einstein introdujo su término «constante cosmológica», o sea, 1917, <strong>el</strong> astrónomo holandés Willem de Sitter dio<br />
otra solución a las ecuaciones descritas <strong>en</strong> la r<strong>el</strong>atividad, añadi<strong>en</strong>do <strong>el</strong> término de la constante cosmológica pero sin materia: un universo vacío.<br />
La solución que daba de Sitter a las ecuaciones de Einstein podía interpretarse como un espacio <strong>en</strong> expansión similar a la superficie <strong>en</strong><br />
expansión de un globo de goma. Un cosmos desprovisto de materia podía aparecer absurdo a primera vista, pero <strong>en</strong> verdad puede considerarse<br />
http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-04_03.htm (2 of 9)29/12/2004 23:25:19