El Cedazo

Estoy seguro de que vosotros, lectores de El Tamiz y de El Cedazo, tenéis conocimientos sobre cosmología, astrofísica y astronomía superiores a la media del común de los mortales, así como sobre la relatividad, la mecánica cuántica y demás teorías que componen el actual acervo con el que los físicos intentan comprender el mundo. Si además, como yo, no sois físicos, sino simples aficionados a los que una publicación formal de las que pueden encontrarse en Arxiv os resulta incomprensible, que tenéis dificultades para seguir fórmulas más allá de las famosas de la gravitación universal de Newton o la de la relatividad de Einstein, la famosa e igual a eme ce cuadrado… entonces en este libro que hoy os propongo encontraréis una excelente información del estado actual de la física, tanto la que aplica a lo más grande como a lo más pequeño.

Y digo “del estado actual” porque el libro fue escrito hace poco más de un año, en 2015, y para la segunda edición y la edición en español tiene correcciones y citas a eventos ocurridos en 2016, sobre todo la tan esperada detección de ondas gravitatorias en el experimento LIGO que fue noticia en el verano del año pasado. Más actualizado, imposible.

El Universo en tu mano, de Christophe Galfard

Desde mi humilde punto de vista, este libro completa (de momento, claro) la “trilogía del universo” que componen tres excelentes libros de divulgación científica, cada uno en su ámbito: El universo Elegante, de Brian Greene, escrito en 1999, El universo extravagante, de Robert P. Kirshner, escrito en 2002, y éste de hoy, El universo en tu mano, un viaje extraordinario a los límites del tiempo y del espacio, de Christophe Galfard, escrito, como ya dije, entre 2015 y 2016.

Efectivamente, cada uno de ellos contaba el estado de la física, la cosmología y la astrofísica en el momento en que fue escrito.

Hago un brevísimo resumen de los dos primeros:

Brian Greene, a finales del siglo XX, nos contaba en “El universo elegante”, en primer lugar, cómo se habían pergeñado las dos grandes teorías del siglo XX, la Relatividad de Einstein en sus dos sabores, especial y general, así como la mecánica cuántica que, tras los esfuerzos de Dirac o Feynman, había devenido finalmente en el “Modelo Estándar”, la teoría humana más precisa jamás creada, que es capaz de predecir los resultados de los experimentos con decenas de decimales. Y todo para, después de encandilarnos, echarnos un jarro de agua fría: ¡el modelo estándar y la relatividad no pueden ser simultáneamente correctos!: cuando están involucradas altas energías o velocidades ambas teorías dan resultados absurdos: infinitos, probabilidades negativas… Para solventarlo los físicos inventaron la “renormalización” de la electrodinámica cuántica, en la que, dicho mal y pronto, establecieron límites para la validez de cada una de las dos teorías: la constante de Planck. La relatividad funciona maravillosamente para las cosas grandes y el Modelo Estándar, en cambio, en las cosas diminutas. Mientras no se mezclen todo va como la seda, pero cuando no queda más remedio… todo se va al garete. Por ello la física actual no tiene ni idea de qué pudo haber en el Big Bang antes del tiempo de Planck, o de lo que ocurre dentro de un agujero negro (y tantas otras cosas, desde luego).

Brian Greene explicaba entonces que la solución era buscar una teoría que unificara las cuatro fuerzas de la naturaleza, la nuclear fuerte, la nuclear débil, la electromagnética^[1] y la gravedad, en una “teoría del todo”, o bien de la “gravedad cuántica”. Porque resulta que el truco de renormalizar no sirve en el caso de la gravedad, vaya Vd. a saber por qué… Y Greene propone como posible solución (y casi única, por entonces) la Teoría de Cuerdas, que es sobre lo que realmente trata su libro. Muy interesante su exposición de cómo se parió la teoría, sus avatares, cómo aparecieron cinco teorías diferentes que luego fueron a su vez unificadas en la “Teoría M”… apasionante. Sólo que, desgraciadamente, tras treinta años o más de esfuerzos de las mentes más preclaras de la Física, nadie ha sido capaz de encontrar ni una sola de la miríada de partículas nuevas que propone, ni de observar la desintegración de un solo protón, ni mucho menos las seis o siete dimensiones adicionales del espacio-tiempo que preconiza la teoría, por lo que el entusiasmo inicial sobre ella está algo en entredicho en la actualidad.

Luego, en 2002, Robert P. Kirshner nos contó en “El universo extravagente: estrellas explosivas, energía oscura y cosmos acelerado” el trabajo detectivesco que llevó a dos equipos independientes (el High-Z Supernova Search Team del que él formaba parte, liderado por Adam Riess y Brian Schmidt, por una parte, y el Supernova Cosmology Project liderado por Saul Perlmutter) a encontrar que el universo no sólo se expandía, sino que lo hacía ¡de forma acelerada!, en base a la observación de supernovas tipo Ia en galaxias lejanas.^[2]

El trabajo de ambos equipos independientes, que además de investigar competían entre sí, dio como resultado el absolutamente sorprendente resultado de que el universo se estaba expandiendo de forma acelerada, en contra de la creencia generalizada de la comunidad de físicos del momento. La consecuencia, además del Premio Nobel de Física de 2011 que se ganaron Perlmutter, Riess y Schmidt por el trabajo, fue la necesidad de proponer una “Energía Oscura” que explicara lo que estaba ocurriendo. Como ya se había tenido anteriormente que proponer una “Materia Oscura” que explicara por qué las galaxias seguían siendo galaxias y las estrellas que las componían no habían salido despedidas por efecto de su rotación alrededor del centro galáctico, estamos ahora en la incómoda situación de que no tenemos noticias de cerca del 95% de la materia que se estima que tiene el universo. De hecho, las cifras de consenso aproximadas son: el 5% de materia visible (estrellas, planetas, polvo galáctico, agujeros negros…); el 23%, de materia oscura, que origina la gravedad necesaria para que las galaxias no se desparramen por el espacio; y el 72% restante es de energía oscura, necesaria para explicar la expansión acelerada del universo. Hay montañas de teorías sobre qué demonios puede ser la materia oscura o la energía oscura… pero ninguna evidencia. Hoy por hoy no tenemos ni idea de qué puede ser una o la otra.

Pues bien, el libro que hoy recomiendo nos pone al día el estado de los conocimientos sobre física, sin ecuaciones (sólo cita una, la de siempre, que no hace falta recordar porque está hasta en las camisetas: e=mc²). El autor es Christophe Galfard, parisino, que trabajó con Stephen Hawking (fue su director de tesis doctoral), y en la actualidad se gana la vida más bien como divulgador científico, novelista, etc, al igual que otros famosos divulgadores como es, por ejemplo, Michio Kaku.

Para llevarnos en este viaje por el estado del arte de la física utiliza una técnica narrativa completamente diferente a la de los dos libros anteriores: te va llevando a ti a los confines del espacio y del tiempo para que veas lo que está ocurriendo allí. Lo mismo te convierte en tu “miniyo” de inverosímilmente pequeño tamaño que te permite “ver” cómo se producen las fluctuaciones cuánticas y cómo fluyen los gluones en el interior del núcleo atómico, que te lleva al vacío más vacío que te puedas imaginar, sólo para comprobar que… ¡el vacío, como tal, no existe! El efecto Casimir lo demuestra, y eres tan, tan pequeño que lo ves en acción. Lo mismo te lleva al interior de un agujero negro para que experimentes en tu propia carne los efectos del horizonte de sucesos, donde verás^[3] cómo los agujeros negros, los objetos más masivos del universo, ¡se evaporan!,^[4] que te transporta a una galaxia lejana para que veas cómo es el efecto de la materia oscura, o bien te lleva marcha atrás al mismísimo Big Bang, donde verás lo que ocurre cuando traspasas la superficie de última dispersión o cuando se activa el campo inflatón, o bien te obliga a subirte a un avión que te llevará, a un 99,99% de la velocidad de la luz, a 400 años en el futuro mientras te echas una siestecita en tu asiento…

Mezclar lo muy grande, donde la relatividad general es la reina, con lo muy pequeño, donde quien manda es la mecánica cuántica, no es nada fácil, a pesar de que la física moderna exige hacerlo continuamente, y el autor lo hace con bastante soltura, llevándote de aquí para allá a lo largo de las siete partes en que se divide el libro:

1- El cosmos.

2- Comprender el espacio exterior

3- Rápido

4- Un chapuzón el mundo cuántico

5- Hasta el origen del espacio y del tiempo

6- Misterios inesperados

7- Un paso más allá de lo conocido

Los títulos de las partes explican, más o menos, de qué va cada una de ellas. A lo largo de toda la exposición, Galfard va repasando la relatividad general, la especial y la mecánica cuántica para luego citar cuáles son los misterios que la ciencia no sabe todavía cómo resolver (y ya adelanto que son bastantes, además de lo de la energía y la materia oscuras, y lo de que la relatividad y la cuántica no acaban de ser compatibles), para por fin proponer algunas de las posibles soluciones que los mejores físicos están estudiando hoy mismo para responder a algunos de estos misterios… que, de todos modos, siguen siendo misterios muy misteriosos, incluyendo una mención a la famosa teoría de cuerdas que tanto le agrada a Brian Greene, a los multiversos, los universos burbuja y alguna que otra locura más. Claro que igual alguna “locura” de éstas se convierte finalmente en la Teoría del Todo, el Santo Grial que tanto buscan los físicos de hoy… total, más locura que es la propia mecánica cuántica va a ser difícil y, sin embargo, parece que funciona muy bien…

Nunca podremos observar lo que ocurrió antes de lo que el autor llama “el muro”: la superficie de última dispersión situada a 380.000 años tras el Big Bang, puesto que había tanta energía en el universo hasta entonces, más de 3.000ºK, que la luz, es decir, la radiación electromagnética, no podía atravesarla. No existe, por lo tanto, luz alguna con cuya detección podamos averiguar qué pasó antes de eso. Sin embargo, Christophe Galfard es optimista: el reciente éxito de LIGO detectando ondas gravitatorias procedentes de la fusión de dos agujeros negros, confirmando la predicción de su existencia por parte del genial Albert Einstein, nos proporcionará una nueva visión sobre los acontecimientos lejanos, incluso sobre el Big Bang, dado que para ellas no es ningún impedimento, como sí lo es para la luz, que el universo fuera o no transparente, lo que ocurrió esos 380.000 años después del Big Bang, si nuestras teorías son correctas. Su esperanza es que estas ondas gravitatorias, conforme nuestros instrumentos sean más y más precisos, aporten una nueva luz^[5] sobre el universo, su origen y su destino. Esperemos que los próximos años sean fructíferos, se resuelvan grandes misterios y encontremos otros nuevos que resolver. ¡Y que algún buen divulgador nos lo cuente a nosotros, los profanos!

Son 454 páginas que, aunque no tienen ni una sola imagen, fotos, gráficos o diagramas, se leen muy bien, haciendo divertido el aprender sobre ese sitio enorme en el que vivimos y del que cada vez sabemos más: el Universo. Muy recomendable, pues.

Disfrutad de la vida, mientras podáis.

1. La fuerza débil y la electromagnética fueron unificadas en la fuerza electrodébil por Salam, Glashow y Weinberg en los años 60, lo que les valió obtener el Premio Nobel de Física en 1979. [↩]
2. Las supernovas de tipo Ia se producen por la fulminante explosión de una enana blanca que adquiere paulatinamente masa de una estrella compañera, normalmente una gigante roja. Cuando finalmente supera el llamado “límite de Chandrasekhar”, alrededor de 1,38 masas solares, se produce una explosión repentina que en pocos segundos volatiliza la estrella entera, generando de largo ella sola más radiación que toda la galaxia en la que se encuentra. Se trata del evento más energético conocido del universo, y como todas las supernovas de este estilo provienen de estrellas que tienen idéntica masa, todas ellas generan la misma gigantesca radiación y, por tanto, se convierten en una excelente candela standard para averiguar la distancia a la que se encuentra la galaxia en que se encuentra, gracias a la medición del corrimiento al rojo de la luz que nos llega. [↩]
3. Y entenderás por qué es inevitable que sea así. [↩]
4. Sorprendente descubrimiento de Stephen Hawking que, si no fuera porque no ha podido ser verificado experimentalmente todavía, y quizás nunca pueda serlo, le habría valido con seguridad un Premio Nobel de Física. [↩]
5. Aunque ellas mismas no sean precisamente “luz”. [↩]

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