William Herschel. ¿Quién es William Herschel? tú dices, porque es la única persona destacada de la que no te has enterado. Por favor, dame un minuto, te adelantas, espera y deja que la historia fluya.
William Herschel era un músico exitoso que desarrolló un interés en la astronomía. Nació en 1738. Originalmente un alemán, pasó su vida adulta en Inglaterra. Pasaba sus días dando clases de música y sus noches observando las estrellas y los planetas. Se obsesionó con la astronomía. Un día leyó algo sobre un nuevo tipo de telescopio, el reflector. El telescopio reflector es un espejo cóncavo, girado en la forma de una taza. Las versiones originales reflejaban la luz a un punto en el centro de la parábola. En este punto de foco normalmente se ponía un espejo plano que reflejaba la luz hacia el lado para que el observador pudiera ver la imagen desde el lado del telescopio donde no iba a estorbarle a la luz.
Herschel tenía estándares exigentes. Cuando se dio cuenta de que los telescopios de otras personas no podían satisfacerlos, empezó a construir sus propios telescopios. Se enfocó en los reflectores y gradualmente los hizo más grandes. Su telescopio más grande medía 12 metros de diámetro. Tenía que desarrollar técnicas para hacer un telescopio tan grande porque estaba construyendo los más grandes espejos en el mundo. Porque los espejos eran de metal, tenia que construir su propia fundición. Además, inventó mejoras en el diseño. La más importante era que formó el espejo para que el punto de foco estuviera fuera del espejo, entonces no tenía que poner otro espejo en el centro que estorbara a la luz que entraba al telescopio. Todavía estos tipos de telescopios se llaman Telescopios Herschelianos. Se volvió tan capaz que empezó a construir telescopios para otras personas incluyendo algunos para el rey de Inglaterra y otra realeza europea.
Pero aún más importante eran sus descubrimientos. Una noche descubrió el planeta Urano (un nombre muy desafortunado en inglés). Por mucho tiempo identificó y estudió estrellas dobles y otros sistemas nebulosos que a simple vista parecían como estrellas. Formuló una hipótesis de que estos sistemas eran combinaciones de estrellas que interactuaban bajo su misma gravedad. Sin saber lo que hizo, era la primera persona que teorizó sobre otras galaxias. Catalogó miles de estas nebulosas.
Algo más profundo, Herschel era la primera persona en reconocer que, debido a que la luz tiene una velocidad determinada, entre más profundo vemos el espacio, más vemos hacía el pasado. Para algunos es un concepto que aceptan fácilmente. Pero ser la primera persona que pensaba así es impresionante. Aún empezó a preguntarse por el tamaño del universo.
Lo que me impresiona de este hombre es que la astronomía solo era su pasatiempo. Su vocación principal era la música. Es algo que solo podía haber pasado hace mucho tiempo. Para encontrar nuevas cosas hoy en día, o inventar algo nuevo, toma equipos grandes de personas y mil millones de dólares. No digo que descubrir cosas en el pasado era tan fácil como recoger fruta de un árbol, claro tomaba mucha imaginación, disciplina y determinación. Dinero también. Pero una sola persona podía hacerlo si era inteligente, apasionada y moderadamente rica. Es increíble y ya no es así.
“Coelorum perrupit claustra”dice su epitafio, “Rompió las barreras del espacio.”
El Siglo XIX
El siglo XIX representa un periodo de mucho avance tecnológico. Los científicos seguían desarrollando los dos tipos de telescopios y seguían tratando de capturar más luz. En Alemania inventaron una nueva técnica para aplicar plata a vidrio. Este proceso creó espejos que pesaban mucho menos entonces eran más manejables, pero aún más importante, los nuevos espejos reflejaban más luz. Además, en Europa y en los Estados Unidos empezaron a utilizar la fotografía. La fotografía capturaba la luz a lo largo de un periodo de tiempo entonces hizo que aún más cosas fueran visibles.
“Más luz” era el mantra de los tiempos. Entre más luz, más profundamente en el espacio podían ver. Y ¿Qué veían? Veían más estrellas, pero también miles de cosas que parecían nubes. A estas estrellas borrosas las nombraron nébulas. Eran un misterio. Por mucho tiempo, después de mucha investigación y teoría, todavía no podían determinar lo que eran.
Las cosas mejoraron un poco con la invención del espectroscopio. El espectroscopio separaba las longitudes diferentes de onda de la luz. Con esta información se podía determinar la composición química de la fuente, porque cada átomo emite luz con un perfil específico. Por ejemplo, para cambiar el color de una luz de neón, solo tienes que cambiar el elemento que usas en el tubo: el neón emite una luz naranja y el mercurio azul. Parece un color, pero en realidad es un perfil de ondas de longitud diferentes. Cada elemento tiene un perfil único. En 1857 dos científicos, usando este aparato, determinaron los elementos que componen el sol. Luego otros determinaron los componentes de las estrellas y las nébulas. Lo que encontraron era que todo se componía de los mismos elementos; hidrógeno, oxígeno, hierro, carbono, etc. Ni siquiera encontraron uno nuevo.
Galileo determinó que los cielos eran parecidos a la Tierra. Newton dijo que funcionaban bajo las mismas leyes de la física. Luego descubrimos que estaban hechos de las mismas cosas. Los cielos se volvieron aún más similares a la Tierra.
El Siglo XX & Edwin Hubble. El siglo XX llegó con muchas preguntas todavía sin respuestas. Nuestro amigo Galileo ya había determinado que la banda de luz en el cielo estaba construida de muchas estrellas y que era nuestra galaxia, la Vía Láctea. En el siglo XIX algunos científicos ya habían teorizado que La Vía Láctea estaba construida de varios brazos de estrellas. Tenían razón, pero todavía los científicos creían que estaban observando el universo. Tenían el concepto de otros “universos” pero solo era eso, un concepto. Sin prueba, no lo tomaron en serio.
Luego en 1920 Edwin Hubble cambió todo. Hubble era el director del Observatorio de Monte Wilson en California. Ubicado cerca de Los Ángeles sobre una montaña, este observatorio tenía el más poderoso telescopio de la historia, un telescopio reflector de 254 centímetros. Cuando Hubble usó este telescopio produjo un mapa de la Vía Láctea que todavía usamos. Creó la imagen de la Vía Láctea como un disco con muchos brazos en espiral hacia afuera. Estimó que contiene 200 mil millones de estrellas, mucho más de las que podíamos ver e imaginar. Determinó la posición de nuestro sistema solar en nuestra galaxia también. Estamos en un brazo menor, entre dos brazos grandes, aproximadamente a un tercio de distancia del centro. Una posición poco notable.
Además, determinó que la nébula Andrómeda estaba a casi 900 mil años luz de distancia de nosotros, demasiado lejos para ser una parte de nuestra galaxia. Después de este descubrimiento, sabíamos que estábamos manejando un universo de millones de galaxias de las cuales éramos solo una. Otro recordatorio de nuestra insignificancia.
Finalmente teníamos una imagen realista del universo. Muchas galaxias flotando en un espacio enorme, demasiado enorme para imaginar. Pero todavía era un modelo fijo, estático. Científicos ya habían detectado un desplazamiento en la longitud de onda de las galaxias más lejanas. Esto significaba que las galaxias estaban viajando en relación a nosotros. Pero ¿A dónde iban?
Edwin Hubble empezó a examinar las otras galaxias y sus desplazamientos en la longitud de onda. Descubrió dos cosas:
- Todas las galaxias se alejaban de nosotros con velocidades grandes.
- Las galaxias más lejanas de nosotros se alejaban más rápido.
Solo podía haber una conclusión: El universo se estaba expandiendo. Con eso Hubble destrozó el concepto de que el universo era algo estático y fijo. Siempre habíamos creído que era algo que siempre había existido en la forma que veíamos, tal vez un prejuicio debido a la historia de la creación en la Biblia. A partir de ese momento el universo tenía una vida y estaba cambiando, envejeciendo.
Desde allí, no era un gran paso aceptar que hace mucho tiempo el universo era un punto, que todo en el universo empezó en el mismo lugar. En este origen, no había espacio, no había tiempo. Luego algo ocurrió, todavía no sabemos qué, y el universo empezó a expandirse. Se estima que ocurrió hace 14 mil millones de años. Mucho ha pasado desde entonces. No todos los científicos aceptaron la teoría inmediatamente. Un físico escéptico estaba hablando en una entrevista y quería menospreciar esta nueva teoría y usó el término “el big bang” por primera vez. La audiencia rio, pero el apodo pegó. La teoría del big bang nació oficialmente.
A través de los siglos los científicos estaban conscientes de que necesitaban más luz. En el siglo XIX se dieron cuenta de que habían estado enfocándose sólo en la luz visible. Pero la luz visible es menos del 1 por ciento de la luz que emiten las estrellas. Solo habían estado viendo el 1 por ciento de la información disponible. Entonces empezaron a desarrollar más telescopios que podían detectar longitudes de onda diferentes; rayos X, rayos gamas, rayos infrarrojos y todo lo que está en el medio y más allá. Expandieron lo que podían ver por un gran factor y descubrieron muchas cosas incluyendo estrellas en el proceso de nacer y morir, evidencia de planetas alrededor de otras estrellas y evidencia de estrellas gemelas, dos estrellas que giraban bajo su propia gravedad.
Desarrollaron la teoría del big bang también. Los modelos predijeron que todavía habría evidencia del big bang hoy en día, que deberían poder detectar una señal de ondas de radio que corresponde a una temperatura de 3 grados arriba del cero absoluto (-273 grados Celsius). Los telescopios de ondas de radio por años tenían que lidiar con señales de “ruido” y los científicos intentaban eliminar este ruido porque interferían con su recepción. Luego se dieron cuenta de que este ruido era evidencia empírica del big bang. Lo que se consideró un ruido irritante por años, probó conclusivamente cómo nació el universo.
Einstein, otro héroe que merece su propio ensayo, publicó su teoría de la relatividad en los principios del siglo XX. Era otro paso en el entendimiento de la gravedad de cómo y porqué las cosas pasaban. Einstein explicó que la gravedad era una curva en el continuum de tiempo espacial. ¿Qué es una curva en el continuum de tiempo y espacio? Pues, es precisamente donde el continuum no es recto. Es lo que hace una masa al continuum. Entre más masa, más grande es la curva. Finalmente sabíamos no solo el papel de la gravedad, sino cómo o por qué funcionaba también. Su teoría ha dominado los estudios del universo por mucho tiempo. También predijo agujeros negros, ondas gravitatorias, el giro de luz alrededor de una masa y la relatividad de tiempo entre cuerpos que tienen velocidades diferentes. Eran cosas importantes que los científicos probarían en los cien años siguientes. La evidencia empírica probó todas las predicciones, una por una, en su teoría bella como una bola derribando todos los pinos de boliche.
Han determinado también que el universo no sólo estaba expandiéndose, que la expansión se estaba acelerando. La velocidad en la que el universo estaba expandiéndose estaba aumentando constantemente. Einstein predijo este efecto en cálculos sobre su teoría de la relatividad, pero no podía creer que el universo estaba expandiéndose y acelerándose. Por eso puso un factor al azar en sus cálculos para prevenir este resultado. Años más tarde, cuando se dio cuenta de su error, Einstein dijo que era la más grande metida de pata de su vida. Todavía estamos buscando la fuerza que es la causa de esta aceleración.
Los científicos podían ver las otras galaxias más claro también. Encontraron galaxias que giraban rápidamente, pero demasiado rápidamente. Parecían que rompían las leyes de Newton y Kepler, porque, con una revolución tan rápida, deberían volar aparte, su fuerza centrípeta debería superar su gravedad según las reglas de Newton. Entonces tenía que haber más masa. Con este acertijo nació el concepto de materia oscura. Se creía que la gravedad de materia oscura era lo que mantenía unida estas galaxias. Se estimó que la materia oscura representaba del 80 al 90 por ciento de la materia en el universo. Los científicos por siglos no solo veían el 1 por ciento de la luz, solo veían el 10 por ciento de la materia en el universo también. Todavía no sabemos lo que es materia oscura, solo podemos observar la evidencia de ella. Muchos científicos están ocupados con este acertijo.
Finalmente, la “nueva” ciencia de física cuántica, que nació en el siglo XIX, es el estudio de cosas del tamaño de los átomos y más pequeñas. Está ayudándonos mucho en la búsqueda de entender todo. Mucho del desarrollo de la teoría del big bang tiene que ver con la física quántica. Pero este mundo de partículas pequeñas es muy extraño. Las partículas se comportan bajo sus propias reglas complejas. Han encontrado cosas muy raras que son muy difíciles de entender. Por ejemplo, se dice que el universo ha estado expandiéndose por 14 mil millones de años, pero todavía hay la misma cantidad de espacio y tiempo. La cantidad de espacio no ha cambiado desde que el universo nació. Si entiendes como puede ser, por favor, escribe un ensayo y explícamelo. Quiero leerlo.