El universo en tu mano

Un viaje extraordinario a los límites del tiempo y el espacio

Christophe Galfard, Pablo Álvarez Ellacuria

• Editorial: Blackie Books
• Año: 2020
• ISBN del libro electrónico: 9788418187322
• Categoría: Ciencias físicas
• Categoría: Astronomía y astrofísica

No estás solo en el universo. Y no estás solo en este viaje por el universo. Estás tumbado mirando el cielo en una playa cuando alguien te coge de la mano. Te guía en una odisea alucinante hasta los agujeros negros, las galaxias más lejanas y el inicio mismo del cosmos. Abandonas tu cuerpo y te desplazas a velocidades imposibles, te introduces en un núcleo atómico, viajas en el tiempo, entras en el Sol. No es que te expliquen el universo. Es que lo tocas. No es que por fin entiendas el universo. Lo tienes en tu mano. **** Christophe Galfard, el mejor discípulo de Stephen Hawking, es uno de los divulgadores científicos más renombrados del planeta. "El universo en tu mano" ha recibido el premio al mejor libro de ciencia de 2015 en Francia, donde lleva vendidos más de 50.000 ejemplares.

Sexta parte

Misterios inesperados

1

El universo

Si lo piensas, el universo al que pertenecemos tiene algo muy peculiar. Su nombre, universo, viene de uni («uno») y versus («convertido»), así que significa esencialmente «convertido en uno», lo cual señala desde el principio un problema muy concreto que genera.

Cualquier experimento realizado dentro de nuestro universo puede repetirse numerosas veces. ¿Quieres comprobar la ley de la gravedad de Newton en la Tierra? Dispara una flecha. ¿No tienes claro si lo has hecho correctamente? Dispara otra. Y así, una y otra vez. Con un poco de paciencia verás que, sabiendo su posición inicial, ángulo y velocidad, eres capaz de predecir dónde aterrizará la flecha. En ello se basa la balística. Y funciona. De no ser así, hace tiempo que habríamos abandonado los arcos y las flechas, e Inglaterra sería una provincia francesa.

Así que con una ley y unas condiciones iniciales puedes, como de hecho se ha demostrado, predecir dónde aterrizará la flecha y defender así a todo un país.

Pero aplicarlo al universo en su conjunto es poco más difícil.

Incluso aunque tuvieras una ley que lo explicase todo y que fuera válida en cualquier lugar, ¿cómo lograrías que funcionase? ¿Cómo podrías usarla para predecir de qué manera el universo en el que vivimos llegó a ser como es actualmente? Para eso, necesitas una condición inicial. Y no la tienes.

Pero se puede intentar ser más listo que la naturaleza. Empezando hoy, y yendo hacia atrás en el tiempo, tal vez se pueda llegar a un suceso inicial que tuvo lugar hace mucho tiempo. Y eso es lo que han hecho los científicos. Eso es lo que hiciste tú en la quinta parte del libro. Y ellos y tú llegasteis al muro de Planck. Lo cual no es en absoluto un mal comienzo, ya que corresponde al momento en el que el espacio y el tiempo se convirtieron en lo que son hoy.

Pero eso no quita el frustrante hecho de que, a diferencia de tu experimento con las flechas, solo tienes un universo con el que jugar. No puedes intentar crear otro con diferentes condiciones iniciales y ver qué es lo que sale. Al menos, no en un laboratorio.

Pero ¿qué pasaría si el nuestro no fuera el único universo? ¿Y si fuéramos parte de otro tipo de multiverso, diferente del que viste al final de la segunda parte? ¿Sería posible que nuestra realidad fuera solo una entre una infinidad de posibles realidades, todas con comienzos diferentes, puede que incluso con leyes distintas, y por tanto con presentes muy diversos?

La idea de ese multiverso es una cuestión que pronto tendrás que afrontar, ya que forma parte de la respuesta que la física teórica moderna ha dado a los misterios que investigarás en esta parte.

De hecho, esta sección del libro va a ser un poco diferente de las anteriores. En la primera y la segunda parte viajaste a través de las grandes dimensiones. Conociste lo que es la gravedad. En la tercera viste el aspecto que tiene nuestra realidad al viajar muy deprisa y luego, en la cuarta, entraste en el reino de lo diminuto. En resumen, hasta ahora te has aproximado a la relatividad del tiempo y del espacio, y a la física cuántica. Pero en ningún momento habías mezclado todavía la gravedad con las ideas cuánticas. Y eso es lo que vas a intentar hacer aquí.

Para ello, tendrás que ejercitar un poco la mente, de la misma forma que lo haces con el cuerpo cuando estiras.

Mezclar la gravedad con la física cuántica significa combinar lo gigantesco con lo diminuto. Así que, para prepararte, tu mente deberá aprender cómo saltar de lo muy pequeño a lo muy grande y viceversa, una y otra vez.

Al hacerlo, verás qué es lo que falla en las teorías que has visto hasta ahora.

Una vez hecho esto, viajarás con tu robot guía a un lugar donde la gravedad y los efectos cuánticos trabajan juntos.

Sin embargo, de momento, vamos a echar un vistazo a los misterios de la ciencia moderna, solos tú y yo.

Se podría decir que en física hay tres tipos de misterios.

Los primeros son inherentes a las propias teorías; son misterios teóricos. Los segundos están relacionados con las observaciones y los experimentos. Esos son los que normalmente, aunque no siempre, impulsan la investigación. El tercer tipo de misterio surge cuando ya nadie entiende absolutamente nada. Los agujeros negros y la física pre-espacio-tiempo corresponden a los tres tipos. Existen tanto puentes como obstáculos entre nosotros y el santo grial de la investigación moderna: una teoría que unifique el mundo cuántico y los aspectos dinámicos del espacio-tiempo descifrados por Einstein. Y por eso es tan emocionante.

Y también por eso el robot está deseando llevarte cerca de un agujero negro.

Pero ¿por qué un agujero negro? ¿Por qué no a los mismísimos orígenes del universo?

Porque, tanto en el caso del agujero negro como en el del nacimiento del universo, una inmensa cantidad de energía se encuentra confinada en un volumen diminuto. En ambos casos, lo muy grande debe encajar en lo muy pequeño y, en ambos casos, no pueden ignorarse ni la gravedad ni los efectos cuánticos.

En ese sentido, los agujeros negros y el origen de nuestro universo son muy similares.

Aunque, por supuesto, uno no puede observar el universo desde fuera. Experimentalmente, aunque tuviéramos incluso una ley que gobernase el comportamiento de todo lo que hay, visible o invisible, no podríamos comprobar si diferentes condiciones iniciales crean distintos modelos evolutivos para nuestro universo en su conjunto. No podemos crear Big Bangs en el laboratorio y tampoco vemos aparecer nuevos universos en el cielo nocturno para poder analizarlos.

Por eso los agujeros negros resultan útiles.

Para empezar, hay muchos. Escoge prácticamente cualquier galaxia del universo y lo más probable es que en su centro haya un agujero negro supermasivo. Puede que también haya muchos más de menor tamaño, con masas equivalentes a unas cuantas veces la de nuestra estrella y distribuidos por doquier. A fecha de 2016, el agujero negro más grande detectado tiene 23.000 millones de veces la masa del Sol. Está a unos 12.000 millones de años luz en lo que fue una galaxia muy joven en el momento que emitió la luz que captamos actualmente. Al otro extremo de la escala, teóricamente, los agujeros negros más pequeños pueden medir cualquier cosa hasta el llamado límite de la escala de Planck, que corresponde a un entorno en el cual deben tenerse en cuenta tanto los efectos gravitacionales como los cuánticos. En cifras, la longitud de Planck corresponde a 16 millonésimas de una milmillonésima de una milmillonésima de una milmillonésima de milímetro. Es tan diminuto, que a efectos prácticos los agujeros negros pueden tener cualquier tamaño.

Tanto los agujeros negros como el universo en sus inicios comparten algunas características importantes. Ambos implican un límite a partir del cual la gravedad no puede usarse sin incorporar los efectos cuánticos. Ese límite es el muro de Planck, el muro que viste al viajar hacia atrás en el tiempo más allá del Big Bang, al final de la anterior parte de este libro. En el momento del nacimiento del universo, ese muro estaba por todas partes. Sin embargo, en el caso de los agujeros negros no suele estar a la vista, sino que está oculto tras una puerta que solo se abre en una dirección: un horizonte. Cruzarás uno al final de esta parte.

Ese viaje será la clave que te lleve hasta la séptima parte del libro, donde te embarcarás en tu viaje definitivo; una travesía a través del universo tal y como se ve según las teorías modernas más populares, una visión del todo que busca unificar espacio, tiempo y campos cuánticos. Pero esas teorías, llamadas teorías de cuerdas, son tan demenciales, y están tan repletas de universos múltiples y paralelos y de dimensiones extra y demás, que tranquilamente podrías empezar a pensar que los científicos están mal de la chaveta.

Claro está, si no fuera por los misterios que resuelven.

Después de todo lo que has pasado para llegar a esta página, tal vez te parezca divertido saber que, en vez de haberlo descubierto casi todo, la física del siglo XXI nos deja con una imagen de nuestro universo que está llena, en su mayor parte, de profundas y oscuras áreas desconocidas. Sin embargo, no dejes que ello te decepcione. Esas áreas desconocidas son las ventanas (opacas) a través de las cuales nos asomamos a la ciencia del mañana. Y, entre tú y yo, si vemos lo mucho que el conocimiento de la humanidad sobre prácticamente todo ha avanzado en menos de un siglo y las desconcertantes ideas que brotan de las mentes de los físicos teóricos, no cabe duda de que quedan nuevas revoluciones del pensamiento aún por venir. Algunas puede que ya estén incluso maduras o listas para florecer, a falta tan solo del experimento adecuado, preparadas para moldear nuestras percepciones con la promesa de una extraña y mágica nueva realidad.

Así que esto es lo que te va a pasar ahora.

Primero, echarás otro vistazo a los campos cuánticos que llenan nuestro universo y verás que, a pesar de lo que te he contado hasta ahora, son un sinsentido. Luego echarás otra mirada más a todas las partículas que han generado estos campos dentro del contexto de la gravedad cuántica y verás que tampoco tienen ningún sentido. Luego conocerás a un gato que está vivo y muerto a la vez, y si lo vas siguiendo todo bien, para entonces ya habrás dejado de entender absolutamente nada.

Con el refuerzo que te proporcionarán esos éxitos, oirás hablar de universos paralelos que parten del nuestro como las ramas de un árbol.

Una vez te convenzas de que el mundo cuántico está completamente más allá de cómo nuestro sentido común nos dicta qué es la realidad, pasarás a un territorio más familiar. Con el objetivo de acabar salvando la distancia que separa lo muy diminuto de lo muy inmenso, volveremos de nuevo al panorama general para ver con ojos nuevos la teoría de Einstein, las galaxias de nuestro universo y su expansión, mientras esperamos encontrarlo todo tranquilizadoramente bien definido. Lamentablemente, no va a ser así. Te darás cuenta de que la mayor parte de lo que contiene nuestro universo no solo es invisible para nuest...

Índice

• Portada
• El universo en tu mano
• Créditos
• Prefacio
• Primera parte. El cosmos
• Segunda parte. Comprender el espacio exterior
• Tercera parte. Rápido
• Cuarta parte. Un chapuzón
• Quinta parte. Hasta el origen del espacio y el tiempo
• Sexta parte. Misterios inesperados
• Séptima parte. Un paso más allá de lo conocido
• Epílogo
• Agradecimientos
• Bibliografía
• Nota editorial
• Notas