Hombre mirando al universo

El físico surgido de Exactas, que el año pasado ganó el premio “al genio” de la Fundación Mac Arthur, brindó una charla sobre cosmología en el Aula Magna del Pabellón I. Contó algunas de las cosas que se conocen sobre el universo y detalló los innumerables misterios que aún no tienen respuesta.

Matías Zaldarriaga tiene sólo 35 años y su carrera avanza a la velocidad de la luz. Luego de completar sus estudios de grado en Exactas, viajó a los Estados Unidos, donde se doctoró en Física en el Massachussetts Institute of Technology (MIT). Dictó clases en esa institución y en la Universidad de New York y actualmente integra el Departamento de Astronomía y Física de la Universidad de Harvard.

Su trabajo se inscribe en la astrofísica teórica con énfasis en cosmología. El desarrollo del CMBFast, un programa que permite analizar la radiación del fondo cósmico para comprender cómo era el universo 400.000 años después del Big Bang, fue la razón por la cual le otorgaron el premio, que consta de medio millón de dólares y que sólo reciben 25 personas en el mundo.

De visita en nuestro país, Zaldarriaga aceptó la invitación para llevar a cabo una charla. Bajo el título “Otros universos dentro y fuera del nuestro”, la exposición, que se prolongó por más de una hora, fue seguida con atención por unas 400 personas, en el Aula Magna del Pabellón I.

Zaldarriaga comenzó explicando que la cosmología tiene por objeto entender el universo. Para llevar a cabo esta tarea, intenta encontrar respuestas a múltiples preguntas: de qué está hecho el cosmos, cómo evoluciona, cuál es su edad y cómo se formaron los objetos que observamos, entre otras muchas. “En algún sentido es similar a la arqueología, ya que tratamos de reconstruir lo que pasó, mucho tiempo después de los eventos y sólo tenemos acceso a las cosas que quedaron”.
Pero ese objetivo no se puede buscar de cualquier manera, es necesario seguir determinadas reglas. Para desentrañar los infinitos misterios que encierra el espacio, los investigadores deben aplicar las mismas leyes de la física que rigen en sus laboratorios.

Un dato esencial que facilita el trabajo de los investigadores, es saber que la luz viaja a alrededor de 300.000 km por segundo, lo que significa que, cuando observamos a través de un telescopio un objeto muy lejano, en realidad estamos viendo cómo era tiempo atrás. ¿En qué momento? En el momento en que la luz partió de él hacia nosotros. “En realidad estamos viendo el pasado. Esto por supuesto es de gran ayuda para entender la historia del universo”, sostiene Zaldarriaga.

En la edad del crecimiento

Para Zaldarriaga uno de los descubrimientos más importantes de la historia de la cosmología fue la constatación, hacia principios del siglo XX, de que el universo se está expandiendo. Ahora bien, ¿cómo se llegó a esta conclusión? Por analogía con el llamado efecto Doppler. En relación con el sonido, la mayoría de las personas esta familiarizada con este efecto: si una persona está parada y un tren se acerca a ella, y luego pasa de largo, el sonido de ese tren es diferente cuando se está acercando, de cuando se va alejando. La frecuencia de ese sonido va variando. Por eso, si medimos la frecuencia de ese sonido podemos darnos cuenta de dos cosas: una, si el tren se está acercando o alejando de nuestra posición, y dos, a qué velocidad se desplaza.

Un efecto similar se produce con la luz. Entonces, si miramos estrellas o galaxias que se van alejando de nosotros, observamos que esas fuentes de luz se ven cada vez más rojas. “Lo que observamos es que cuanto más lejos está la fuente de luz, más rápido se aleja de nosotros y por eso entendemos que el universo se está expandiendo”, señala Zaldarriaga, y agrega, “para poder entender esto vamos a usar el ejemplo siguiente: imagínense que este auditorio se esta expandiendo y que después de un segundo se vuelve el doble de grande. Entonces la persona que está al lado de ustedes, que antes estaba a medio metro, un segundo después, está a un metro. Es decir que se movió a medio metro por segundo. Pero otra persona que estaba a dos metros, en el mismo lapso pasó a estar a cuatro metros. Por lo tanto, su velocidad de desplazamiento fue de 2 metros por segundo. Esto significa que las personas que están más alejadas de ustedes, se mueven a una velocidad cada vez mayor respecto de ustedes. Entonces, si algo se está expandiendo, uno lo que debería ver es que, las cosas que están más alejadas de uno, se mueven respecto de uno, cada vez más rápido, y si están el doble de lejos se deberían mover el doble de rápido”.

Este descubrimiento tiene importantes consecuencias: en primer lugar significa que el universo cambia, que no se mantiene siempre igual. En segundo lugar, que en el pasado era más denso, dado que todos los objetos estaban más juntos entre sí. Y en tercer lugar, que era mucho más caliente. Es decir que con el correr del tiempo el universo se expande, se diluye y se enfría.

Enigmas universales

Zaldarriaga presentó luego algunos de los misterios que todavía no han podido ser develados totalmente por la astrofísica. Uno de ellos es la “materia oscura”. Es un tipo de materia que no emite ni absorbe luz, por lo tanto nunca pudo ser vista, ni en el universo ni en el laboratorio, pero su presencia se infiere debido a la fuerza gravitatoria que produce. “Imagínense el caso del sistema solar, imagínense que el Sol se apagara y que no lo pueden ver directamente, si pudieran ver de alguna manera todos los planetas dando vueltas, lo primero de que se darían cuenta es de que tiene que haber algo ahí en el medio, porque todos estos planetas tienen que estar dando vueltas alrededor de algo que produzca suficiente fuerza de gravedad como para explicar el movimiento de los planetas. Inclusive si miden cuánto tarda cada planeta en dar la vuelta y a qué distancia está cada uno de ese centro, también podrían calcular la masa del Sol”, expresó Zaldarriaga.

Lo que los astrónomos hicieron fue realizar este mismo experimento en galaxias. Así, en 1933, el astrofísico suizo Fritz Zwicky, estaba intentando estimar la masa de cúmulos de galaxias, basándose en su número de estrellas y midió las velocidades a las cuales las galaxias se movían. Sin embargo, la masa calculada considerando las velocidades de las galaxias era muy superior a la estimada teniendo en cuenta sólo las estrellas. Entonces Zwicky propuso que debía haber alguna otra forma de materia existente que no había sido detectada, que sería la que proveería la masa y gravedad suficiente para mantener la galaxia unida. Esa fue la primera vez que se postuló la presencia de materia oscura en el universo. “Hay muchos científicos que se encuentran armando dispositivos en laboratorios, para detectar algunas de esas partículas, pero hasta ahora no lo han podido lograr. Sin embargo, evidencias de su presencia tenemos un montón”, se entusiasma.

Un segundo enigma que la astrofísica moderna todavía no ha podido desentrañar, es la energía oscura. Al igual que en el ejemplo anterior, nunca pudo ser observada y su presencia sólo puede ser inferida a partir del ritmo de expansión del universo. Sin embargo en el caso de la energía oscura existe mucha menos información, ya que sus efectos sólo pueden observarse en la historia de la expansión del universo.

La energía oscura fue descubierta en 1998 a raíz de varias observaciones de supernovas, que son explosiones que se dan al final de la vida de algunas estrellas, en galaxias muy lejanas. “Lo que comprobaron los astrónomos es que la expansión del universo no se estaba frenando debido a la fuerza gravitatoria, como se creía hasta ese momento, sino que en realidad se estaba acelerando”, revela Zaldarriaga, y sigue, “ésto sólo puede ser posible a partir de la presencia de alguna “sustancia” que genere una fuerza gravitacional repulsiva y que tuviera una presencia muy extendida en el espacio. Esta sería la energía oscura”.

De todo esto surge un dato impactante, si con toda la información con la que la que la ciencia cuenta actualmente, se elaborara un informe detallado acerca de la composición del universo, el resultado indicaría que un 70% está formado por energía oscura y un 25% por materia oscura. Es decir que el 95% del cosmos está formado por “dos materias que en realidad no entendemos muy bien”, confiesa Zaldarriaga.

¿Universo o “multiverso”?

En el tramo final de su exposición, Zaldarriaga optó por regresar al punto de partida y retomó en forma de pregunta el título que dio origen a la charla:”¿Qué es esto de que hay muchos universos dentro de nuestro universo?”. Para revelar este misterio, el astrofísico comenzó recordando que el universo se está expandiendo y que, por lo tanto, los objetos están cada vez más lejos entre sí. Entonces si pasáramos “la película al revés” los objetos tenderían a acercarse cada vez más. “Eso es verdad -afirmó-, pero a medida que se acercan, la edad del universo también disminuye y se reduce más rápido que la distancia entre los objetos. Así que llega un momento en que si bien ambos objetos están muy cerca, no tuvieron tiempo de comunicarse, y en ese sentido, a partir de ese momento, esos objetos nunca se hubieran podido `hablar´ entre sí. Así que eran como universos separados”, describió.

“Todos esos eran como universos separados -se explayó Zaldarriaga-. Cada uno estaba, hasta ese momento, haciendo la suya sin poder coordinarse, porque ni siquiera la luz podía servir de mensajera entre ellos. Es decir que, en ese sentido, dentro de nuestro universo hay muchos universos separados. Si miran -dijo dirigiéndose al auditorio-, galaxias lejanas, observan, por ejemplo, las galaxias para allá y miran las galaxias que están para el otro lado, en el momento en que la luz empezó a salir, de esas y de aquellas galaxias, para llegar hasta nosotros en la actualidad, entre esas dos galaxias no se habían podido “hablar” entre ellas. Así que eran como universos separados”.

Pero como siempre ocurre en la ciencia, la explicación de un fenómeno, trae aparejados nuevos problemas que parecen más difíciles de contestar que la pregunta original. El punto es el siguiente: si observo hacia un lugar del universo veo un conjunto de galaxias, si luego miro hacia otro sector, también descubro un conjunto de galaxias que además son parecidas a las anteriores. Pero si no habían tenido tiempo de comunicarse unas con las otras, ¿por qué son más o menos parecidas?

“Es como si estuviéramos mirando una fiesta, que se está desarrollando en un salón enorme. Observamos el fondo de la fiesta y miramos un extremo y otro del salón. Entre esas dos partes de la fiesta no tuvieron tiempo de comunicarse entre ellas, sin embargo, los vemos bailando la misma música. Pero, ¿cómo puede ser eso posible, si la música no pudo haberles llegado a los dos a la vez? Es como que cada uno tendría que tener su propio grabador y los dos tendrían que estar pasando al mismo tiempo la misma música, pero en realidad, nunca se pudieron juntar para ponerse de acuerdo acerca de qué música y en qué momento pasarla”, dice con sorpresa Zaldarriaga.

Este interrogante todavía no ha encontrado su respuesta. “Tenemos sugerencias de posibles cosas que pudieron haber pasado al principio para que todos se pongan de acuerdo. La teoría más aceptada se llama Inflación y estamos tratando de comprobarla”, confiesa.

“Sin embargo, no hay que desesperar. En los últimos 150 años hubo un avance muy grande en la cosmología. Sabemos muchísimo más sobre el universo que antes. Aunque hoy tenemos un montón de preguntas que no tienen respuesta, hay que seguir. Tuvimos muchos éxitos aplicando el método científico para tratar de entender cómo funciona el universo y si bien nadie nos garantiza que vamos a obtener en algún momento las respuestas, creo que es el mejor camino que tenemos para tratar de conseguirlas”, remató. Conociendo todo lo que logró Zaldarriaga en tan poco tiempo, lo mejor será creerle.

Fuente: Cable Semanal Nro. 648