A horcajadas en el Tiempo
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El Nacimi<strong>en</strong>to de la Cosmología Moderna<br />
como una aproximación bastante acertada de la realidad. El espacio, después de todo, apar<strong>en</strong>ta estar <strong>en</strong> su mayor parte vacío.<br />
Había, pues, dos mod<strong>el</strong>os cosmológicos basados <strong>en</strong> las ecuaciones de Einstein: la cosmología de Einstein, con un espacio estático ll<strong>en</strong>o<br />
de materia, y la de de Sitter, un espacio <strong>en</strong> expansión vacío de materia. Estos mod<strong>el</strong>os inferidos desde la r<strong>el</strong>atividad g<strong>en</strong>eraron una opinión<br />
corri<strong>en</strong>te <strong>en</strong> la época <strong>en</strong> cuanto a que las ecuaciones de Einstein no habían aclarado gran cosa los problemas cosmológicos.<br />
A comi<strong>en</strong>zos de los años '20, Einstein y de Sitter se vieron acompañados <strong>en</strong> la ar<strong>en</strong>a cosmológica por Alexander Friedmann, un versátil<br />
ci<strong>en</strong>tífico ruso que se había hecho originalm<strong>en</strong>te un nombre <strong>en</strong> meteorología y otros campos r<strong>el</strong>acionados y que llegó a ser profesor de<br />
matemáticas <strong>en</strong> la Universidad de L<strong>en</strong>ingrado. Friedmann, halló las soluciones dinámicas a las ecuaciones originales de Einstein (sin constante<br />
cosmológica) que hoy creemos que describ<strong>en</strong> correctam<strong>en</strong>te la cosmología. Sus mod<strong>el</strong>os cosmológicos nos llevan a un universo cambiante.<br />
Com<strong>en</strong>zó con las ecuaciones de r<strong>el</strong>atividad g<strong>en</strong>eral, y se dedicó a descubrir tantas soluciones como fuera posible, sin preocuparse por sus<br />
consecu<strong>en</strong>cias para <strong>el</strong> cosmos real. Friedmann demostró que las ecuaciones permitían una amplia variedad de universos. En particular descubrió<br />
que si dejaba a un lado la constante cosmológica, todos los resultados eran universos <strong>en</strong> expansión ll<strong>en</strong>os de materia. Las soluciones que nos<br />
<strong>en</strong>trega Friedmann son factibles de dividir <strong>en</strong> dos tipos: aqu<strong>el</strong>las <strong>en</strong> que <strong>el</strong> universo se expande eternam<strong>en</strong>te, y aqu<strong>el</strong>las <strong>en</strong> que la atracción<br />
gravitatoria de la materia supera finalm<strong>en</strong>te a la expansión, causando <strong>en</strong> último término un colapso.<br />
El factor que inclina <strong>el</strong> equilibrio hacia un lado o <strong>el</strong> otro <strong>en</strong>tre expansión y colapso es la d<strong>en</strong>sidad media de<br />
la materia que comporta <strong>el</strong> universo. Si la cantidad media de materia <strong>en</strong> un volum<strong>en</strong> dado de espacio es m<strong>en</strong>os<br />
que un valor crítico (cuestión no calculada por Friedmann), <strong>el</strong> universo se expandirá para siempre. En este tipo de<br />
universo se concibe un espaciotiempo con una curvatura negativa, análoga a una curvatura cóncava <strong>en</strong> <strong>el</strong> espacio<br />
ordinario y, además, de características infinitas. Pero <strong>en</strong> este mod<strong>el</strong>o, <strong>el</strong> problema de equilibrar exactam<strong>en</strong>te la<br />
distribución de la materia <strong>en</strong> un universo infinito gobernado por la gravedad newtoniana no aparece. La r<strong>el</strong>atividad<br />
g<strong>en</strong>eral señala que la gravedad, como todo lo demás <strong>en</strong> <strong>el</strong> universo, se halla limitada por la v<strong>el</strong>ocidad de la luz; no<br />
puede, como suponía Newton, actuar instantáneam<strong>en</strong>te sobre cualquier distancia. Así, los campos gravitatorios de<br />
distancias infinitam<strong>en</strong>te grandes requerirán una cantidad de tiempo infinita para dejar s<strong>en</strong>tir su influ<strong>en</strong>cia, <strong>en</strong> vez de<br />
que hasta <strong>el</strong> último átomo de materia influya inmediatam<strong>en</strong>te sobre todo lo demás <strong>en</strong> <strong>el</strong> universo.<br />
Si la d<strong>en</strong>sidad media de la masa es mayor que <strong>el</strong> valor crítico, <strong>el</strong> universo volverá a colapsarse al final <strong>en</strong><br />
una d<strong>en</strong>sa conc<strong>en</strong>tración de materia, de la que puede rebotar para iniciar un nuevo ciclo de expansión y colapso.<br />
Este universo es una versión expandida d<strong>el</strong> universo estático original de Einstein. Posee una curvatura positiva -<br />
análoga a una curva convexa- y un radio finito, y conti<strong>en</strong>e una cantidad finita de materia.<br />
Entre los límites de estos dos tipos de universo hay uno <strong>en</strong> <strong>el</strong> que la d<strong>en</strong>sidad media de la materia es igual a la d<strong>en</strong>sidad crítica. Este<br />
universo ti<strong>en</strong>e curvatura cero, y se dice que <strong>el</strong> espaciotiempo es plano debido a que <strong>en</strong> él se aplica la geometría euclidiana habitual para <strong>el</strong><br />
espacio plano. Un universo plano es infinito y se expande eternam<strong>en</strong>te.<br />
El trabajo de Friedmann se publicó <strong>en</strong> un conocido y muy leído periódico alemán de física <strong>en</strong> 1922. Einstein reconoció con r<strong>en</strong>u<strong>en</strong>cia la<br />
validez matemática d<strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o cosmológico que Friedmann desarrolló; sin embargo, <strong>en</strong> un principio dudó que tuviese alguna r<strong>el</strong>ación con <strong>el</strong><br />
universo real. Le parecía que estas soluciones no t<strong>en</strong>ían validez física: para producir un universo curvo con las características apar<strong>en</strong>tem<strong>en</strong>te<br />
estáticas observadas por los astrónomos se seguía necesitando algo parecido a la constante cosmológica. En todo caso, tanto <strong>el</strong> mod<strong>el</strong>o de<br />
Einstein como <strong>el</strong> de Friedmann eran pura teoría. Las observaciones no habían contribuido con datos sufici<strong>en</strong>tes acerca de la estructura o<br />
evolución verdadera d<strong>el</strong> universo.<br />
El debate <strong>en</strong>tre Einstein y Friedmann siempre se c<strong>en</strong>tró <strong>en</strong> términos matemáticos y no astronómicos. Nunca abordaron la cuestión de<br />
cómo podía manifestarse <strong>el</strong> espaciotiempo <strong>en</strong> expansión <strong>en</strong> <strong>el</strong> cosmos. Einstein estaba por aqu<strong>el</strong> <strong>en</strong>tonces empezando a trabajar <strong>en</strong> otros<br />
campos, y Friedmann, satisfecha su curiosidad, se alejó también de la r<strong>el</strong>atividad, considerando eso sí, que ésta era es<strong>en</strong>cial para una educación<br />
<strong>en</strong> física. Los cursos que impartía <strong>en</strong> la Universidad de L<strong>en</strong>ingrado eran famosos por su originalidad; sus textos incluy<strong>en</strong> «Experim<strong>en</strong>tos <strong>en</strong> la<br />
hidrodinámica de líquidos comprimidos» y «El mundo como espacio y tiempo» . En 1925, a la edad de treinta y siete años, Friedmann murió de<br />
neumonía, que contrajo tras <strong>en</strong>friarse terriblem<strong>en</strong>te durante un vu<strong>el</strong>o meteorológico <strong>en</strong> globo. Puesto que la comunidad astronómica había<br />
prestado poca at<strong>en</strong>ción al debate, las soluciones de Friedmann a las ecuaciones de campo casi murieron con él. Hasta que Georges Lemaître,<br />
«<strong>el</strong> padre d<strong>el</strong> Big Bang», no redescubrió por su cu<strong>en</strong>ta estas ecuaciones <strong>en</strong> 1926 no adquirió la cosmología su estructura moderna. Y la obra de<br />
Lemaître fue también ignorada. T<strong>en</strong>drían que pasar varios años antes de que los astrónomos captaran las radicales aplicaciones de la r<strong>el</strong>atividad<br />
<strong>en</strong> su trabajo, hasta que Arthur Eddington, prestigioso astrónomo inglés, resaltó su importancia <strong>en</strong> 1930.<br />
UN UNIVERSO EN EXPANSIÓN<br />
Múltiples soluciones a las teorías de campo de Einstein parecían permitir universos que eran mutuam<strong>en</strong>te distintos: por una parte<br />
estáticos, por la otra <strong>en</strong> expansión, y vacíos o ll<strong>en</strong>os de materia. Pero, sin embargo, ninguna de <strong>el</strong>las describía satisfactoriam<strong>en</strong>te <strong>el</strong> cosmos<br />
como aparecía fr<strong>en</strong>te a los ojos d<strong>el</strong> hombre: estático y escasam<strong>en</strong>te poblado de astros m<strong>en</strong>ores, estr<strong>el</strong>las y galaxias. Antes de que se pudiera<br />
hallar una descripción más consecu<strong>en</strong>te, la física debió sufrir una serie de revoluciones y contrarrevoluciones, las que a su vez, eran insertadas<br />
con difer<strong>en</strong>tes conceptos e intuiciones sobre la naturaleza d<strong>el</strong> átomo y de la <strong>en</strong>ergía. Ello trajo consigo <strong>el</strong> av<strong>en</strong>imi<strong>en</strong>to de un nuevo leguaje -la<br />
mecánica cuántica-, cuya extraña gramática conduciría finalm<strong>en</strong>te a los físicos teóricos a poder describir, por primera vez, la Creación <strong>en</strong><br />
términos puram<strong>en</strong>te ci<strong>en</strong>tíficos. Se llega hasta un mom<strong>en</strong>to primig<strong>en</strong>io: <strong>el</strong> principio d<strong>el</strong> propio universo.<br />
http://www.astrocosmo.cl/h-foton/h-foton-04_03.htm (3 of 9)29/12/2004 23:25:19