El lado oscuro del universo

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Foto: Forest Wander. (CC) universo

En el último capítulo de la magnífica primera temporada de True Detective, Marty y Rust, magullados pero felices —o al menos tan felices como pueden aspirar a serlo unos polis cincuentones a los que la vida ha tratado a baquetazos— se escabullen del hospital donde Rust todavía convalece y pasean bajo el firmamento estrellado del bayou de Luisiana. Rust recuerda otro cielo nocturno, el de Alaska, al igual que a mí me vienen a la memoria los de aquella travesía inolvidable del Sinaí. Marty se asombra, quizás se sobrecoge un poco —como nos sobrecogíamos nosotros, bajo aquel saco de dormir que nos protegía del frío del desierto—, cuando repara en la inmensa negrura que cubre la bóveda celeste, contra la cual poco pueden las estrellas que tachonan el cielo.  «Es una vieja historia», comenta Rust. «Luz contra oscuridad». 

Luz contra oscuridad. Me pregunto si el veterano poli era consciente de hasta qué punto tenía razón. Las islas de claridad que brillan en la noche parecen escasas, en comparación con el manto de negrura que las rodea. Y sin embargo, hay cien mil millones de estrellas en nuestra galaxia. Y el universo contiene unos cien mil millones de galaxias, cada una de las cuales, millón arriba, millón abajo, aportan al cosmos tantos astros como la nuestra. Cada una de esas diez mil billones de estrellas brilla con la furia de un gigantesco reactor de fusión, emitiendo fotones (luz) y neutrinos en cantidades ingentes. La masa de cualquiera de esas estrellas se cuenta en miles de billones de billones de kilogramos. En ellas se van amontonando, en sucesivas capas de cebolla sideral, los elementos que componen la parte visible de nuestro universo. Protones y neutrones que se unen para formar hidrógeno y helio, más tarde litio y berilio y así sucesivamente hasta llegar al hierro, el elemento más estable que existe. Algunas de esas estrellas, mucho más pesadas que el sol, se convierten en supernovas al morir, creando en su agonía los elementos más pesados (incluyendo los radioactivos uranio y torio), que abundan en los pedazos de roca llamados planetas que, a menudo, orbitan en torno a ellas.

En el tercer planeta que gira en torno a cierta mediocre estrella de cierta galaxia corriente, en una esquina cualquiera del universo, habita una especie de monos locos y lampiños que nunca han dejado de preguntarse por esa vieja historia de luz y oscuridad. En los últimos años, estos curiosos animales han desarrollado cierta capacidad de interpretar el cosmos, un método que les permite elaborar teorías sobre el origen y la naturaleza de las cosas y contrastarlas con observaciones. Los monos locos y lampiños han producido así una subespecie de monos todavía más lampiños y locos llamados físicos.

Estos físicos han sido capaces de medir la masa que contienen las galaxias que los rodean. Han sido, de hecho, capaces de medirla de dos formas diferentes. Por una parte, suman toda la masa luminosa que registran con sus telescopios. Por otra, son capaces de estimar la masa de las galaxias fijándose en los efectos que la gravitación produce en ellas. La misma fuerza que tumba las manzanas del árbol de Newton hace que las constelaciones dancen un complejo tango, cuyas evoluciones dependen de la masa total involucrada en el sistema. 

Así que los astrofísicos cuentan estrellas y las multiplican por billones de billones de kilogramos que pesa de promedio cada una de ellas, añaden el gas y el polvo interestelar, y comparan el resultado con los cálculos relativistas que arrojan la masa total de esas galaxias, inferidas a partir de sus trayectorias y velocidades relativas. Los dos números deberían ser iguales dentro del error de medida, o al menos bastante similares. Pero no lo son. La masa luminosa resulta ser una pequeña fracción de la que albergan las galaxias. De hecho, todos los átomos del universo juntos no alcanzan el 5 % de la energía total almacenada en este. El 73 % restante se distribuye entre dos tipos de oscuridad. Casi un 22 % se lo lleva la llamada «materia oscura», constituida, creemos, por partículas que reaccionan muy débilmente con los átomos ordinarios, esto es, una especie de neutrinos pesados a los que llamamos WIMP (siglas de Weak Interactive Massive Particles). El resto (63 %) es «energía oscura», una misteriosa fuerza que se opone a la gravedad y hace que la expansión del universo se esté acelerando.

De una y otra sabemos muy poco. Los WIMP podrían ser partículas supersimétricas, llamadas así porque, en la calenturienta mente de los físicos, aparecen cuando las partículas ordinarias se reflejan en cierto espejo cósmico. Cuando un electrón se mira en dicho espejo, ve un s-electrón, idéntico en todo a él, menos en cierta propiedad mecánico-cuántica que llamamos espín. Los electrones tienen un espín semientero (de valor 1/2) que, entre otras cosas, les impide amontonarse en las órbitas atómicas que describen en torno a los núcleos de los elementos. Los s-electrones, en cambio, tienen un espín entero y se comportarían como los cuantos de luz o fotones. Pero nadie ha visto nunca un s-electrón, ni un fotino (el compañero supersimétrico del fotón, que a su vez se comportaría como un electrón), ni, a decir verdad, ninguna partícula supersimétrica. Esto no es sorprendente, ya que el espejo en el que la materia y la materia supersimétrica se contemplaban una a otra se le rompió a la divinidad en los primeros instantes del universo (hay que disculparle; por aquel entonces Dios era poco más que una bebé y por tanto bastante torpe). Los físicos describen el desaguisado con una frase políticamente correcta: «rotura espontánea de simetría».

Roto el espejo, casi todas las partículas supersimétricas se desintegran de inmediato (trece mil ochocientos millones de años más tarde, un ejército de físicos de partículas está tratando de resucitarlas en el gigantesco Large Hadron Collider, LHC, del CERN). Pero hay una, la más ligera, que no tiene a quién desintegrarse y, si la teoría es correcta, anda todavía suelta por ahí. Sueltas, deberíamos decir, porque son muy numerosas, hay unas seis de ellas por cada átomo del universo. Eso sí, como los neutrinos, los WIMP pasan de todo. Su probabilidad de reaccionar con la materia ordinaria es ridículamente pequeña y por eso, a pesar de que llenan, literalmente, el cosmos, aún no hemos conseguido detectarlos. 

De la energía oscura sabemos todavía menos. Necesitamos que exista para explicarnos las extrañas (y bastante recientes) observaciones conforme a las cuales el universo se está expandiendo mucho más rápidamente de lo que nos esperábamos. Dicho sea de paso, aunque la Tierra no es plana, el cosmos sí parece serlo. Los cosmólogos no son capaces de medir una curvatura global, no hay horizonte cósmico. La consecuencia de este inquietante hecho, por cierto, es que no habrá un big crunch que destruya el universo en un big bang invertido. O, dicho de otra manera, nuestro cosmos no permite un ciclo continuo de expansión-contracción. Si la posibilidad le asustaba, relájese. Nada de finales agitados, con el tiempo corriendo hacia atrás, los muertos levantándose de sus tumbas y descumpliendo años camino de la infancia y el no-ser que precede a la concepción, nada de chorros de materia precipitándose hacia un voraz agujero negro que se trague el cosmos igual que lo parió. El final que nos aguarda es bastante más tranquilo, una aburrida muerte térmica, en un universo en el que todo se va deteniendo poco a poco, hasta que al final, nada se mueve. La última estrella se apaga, el último neutrino se detiene y el último ángel bate por última vez sus alas. Después, frío y silencio.

Pero para que eso ocurra, falta bastante todavía. Y hasta entonces, para entretenerse, los monos locos y lampiños intentan detectar la materia oscura, esos WIMP supersimétricos que andan por todas partes y nadie ve. 

Para ello, los físicos construyen detectores ultrasensibles, capaces de registrar la diminuta huella que los huidizos WIMP dejarían si, por fin, se decidieran a reaccionar con la materia. Entre las varias técnicas experimentales posibles, la última moda es el uso de gases nobles (xenón, argón y neón), casi siempre en estado líquido. El principio es sencillo y elegante. El detector se sitúa en un laboratorio subterráneo (Canfranc en España, Gran Sasso en Italia, SNOWLAB en Canada, entre otros) que a su vez forma parte del planeta Tierra, el cual se pasea en la noria del Sol. En su viaje, la Tierra atraviesa el espacio lleno de WIMP y el efecto, visto desde Canfranc, es el de un viento de materia oscura que atraviesa nuestros detectores. 

¿Qué ocurre si uno de esos animales reacciona con el gas noble que le ofrecemos como blanco? Paradójicamente, se produce luz. La reacción deposita una pequeña cantidad de energía en el gas y este centellea como respuesta, emitiendo fotones ultravioleta que podemos registrar con nuestros sensores. Así que es la luz, literalmente, la que nos permite detectar la oscuridad que nos rodea.

A menudo, cuando hablo de mi oficio me suelen preguntar para qué sirve demostrar que el neutrino es su propia antipartícula, o encontrar los WIMP. Es una pregunta a la que se puede contestar alegando que la tecnología que desarrollamos para nuestros experimentos se multiplica siempre, como los panes y peces bíblicos, en aplicaciones prácticas. Los ejemplos son incontables y podríamos citar los rayos X, el transistor, la penicilina, el láser y sus infinitas aplicaciones, o la Web, por poner unos pocos ejemplos.

Pero la verdadera respuesta no es esa. Al igual que Marty y Rust, los físicos de partículas no peleamos contra la oscuridad por un salario, o una patente. Lo hacemos porque creemos que la naturaleza misma del ser humano está en esa lucha. El monstruo al que se enfrentan los héroes de True Detective no es sino la encarnación misma de la ignorancia y la superstición, siempre presentes desde que el primer hombre miró al cielo y deseó dejar de ser una bestia, siempre agazapadas en las esquinas de la incultura, el fanatismo y la intolerancia, siempre dispuestas a destruir las endebles islas de luz que llamamos civilización. La ciencia a la que me dedico, imperfecta y magullada como ese par de detectives, es también, como Luke Skywalker, la que nos defiende del lado oscuro de nuestra propia naturaleza. 

Quizás por eso no sea extraño que en tiempos de oscuridad, como los que vivimos, la ciencia sea un blanco fácil. Cuesta poco alegar que no vale la pena, ni el esfuerzo, ni el dinero, andar buscando esos WIMP que nada quieren saber de nosotros. Pero ignorarlos es como ignorar a los millones de ciudadanos que la barbarie ha abocado a la miseria. No los vemos, pero están ahí y cuentan. 

Por eso mi oficio, como el de Marty y Rust, me parece sagrado. Por eso también me emocionó tanto la línea final con que cierra la temporada. «Al principio», dice Rust, «había solo oscuridad. Pero ahora, si quieres saberlo, creo que la luz está ganando».


Viaje en cinco saltos hasta el mismísimo fin de los tiempos

El Ojo de gato, una nebulosa planetaria formada por las emisiones de plasma y gas ionizado de una gigante roja durante el último tramo de su vida. Fotografía: NASA / ESA / HEIC / STScI / AURA.

Si dos personas se diesen cita junto a un tablero de ajedrez y disputaran una partida tras otra hasta completar todas las que es posible jugar con arreglo a las normas tradicionales, esas dos personas jugarían un vigintillón de partidas. Un vigintillón es esto:

1 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000

No hace falta que pierda tiempo contando los ceros, ya le decimos nosotros cuántos tiene: ciento veinte. Por eso los números como este no se suelen escribir así, como una avalancha de cifras. Lo habitual es escribirlos abreviadamente recurriendo a la notación científica:

10120

Cuando se trata de números grandes, los divulgadores y los científicos suelen aportar comparaciones vistosas para ayudarnos a comprender sus magnitudes gigantescas. Algo frecuente, por ejemplo, es decir que hay una cantidad de tal o cual cosa mayor que el número de granos de arena que hay en todos los desiertos y playas de la Tierra. Esa clase de comparaciones, sin embargo, solo tienen sentido hasta que se alcanzan ciertas magnitudes, y dejan de tenerlo con las que son todavía mayores. Sería absurdo comparar un vigintillón (1) con el número de granos de arena que hay en todos los desiertos y playas de la Tierra, por ejemplo, o acaso con todos los granos de arena que hay en todos los planetas de nuestra galaxia. Un vigintillón es un número mucho mayor que el número de átomos que existe en el universo (2).

Esta es la razón por la que podemos derrotar a las máquinas jugando al ajedrez (3). No es posible construir un disco duro capaz de almacenar todas las partidas que se pueden jugar con treinta y dos fichas y el tablero reglamentario de sesenta y cuatro escaques. Incluso cuando fuese un disco duro extremadamente eficaz y emplease un único átomo de materia para almacenar una partida de ajedrez entera, sencillamente no hay suficientes átomos en el universo para construir ese disco duro.

A los seres humanos nos pasa algo muy parecido a esto. Somos incapaces de hacernos una idea de las magnitudes que representan realmente los números grandes. Aunque suele decirse que eso tiene mucho que ver con la biología y con nuestra propia evolución —entenderlos no representaba una ventaja cuando vivíamos en las selvas y en la sabana, por eso no nos hemos dotado con esa capacidad a través de la selección natural—, eso es cierto solamente en el caso de los números grandes «menos grandes», por llamarlos de alguna forma. En el caso de los números grandes «más grandes», la cosa es más sencilla: nos ocurre lo mismo que a los ordenadores. Incluso si nuestras habilidades matemáticas fuesen mejores de lo que son, estamos hablando de cantidades que exceden la cantidad de neuronas que hay en un cerebro o la cantidad de operaciones que puede realizar mentalmente un ser humano a lo largo de toda una vida.

En este artículo recorreremos el tiempo hacia delante y nos adentraremos muy profundo en el futuro, tan profundo que quizá lleguemos al punto en el que el propio tiempo se acabe. Encontrará usted muchas cifras y serán cifras muy grandes, pero no encontrará muchas comparaciones que le ayuden a comprender lo grandes que son realmente. La razón es que son números inimaginablemente grandes. Fuesen cuales fuesen esas comparaciones, sencillamente no les harían justicia.

El día que muera la próxima estrella (100 años en el futuro)

El 30 de abril del año 1006 apareció un punto de luz en el cielo y en cuestión de pocas horas se convirtió en el objeto más brillante del firmamento. Durante los tres meses siguientes pudo verse a todas horas, tanto de día como de noche, pero luego se atenuó lo suficiente como para aparecer solamente después de la puesta de sol, como hacen las estrellas y los planetas. En una crónica china de la época se dice que aquella «estrella invitada», como ellos la llamaron, brillaba tanto que los objetos arrojaban sombra durante las noches de luna nueva. Un astrónomo egipcio, Alí ibn Ridwan, precisó en sus comentarios al Tetrabiblos de Ptolomeo que emitía tanta luz como la luna durante sus cuartos. Y en la abadía de San Galo, en los Alpes suizos, los monjes anotaron que aquel resplandor variaba porque la estrella misteriosa, «de un modo maravilloso, algunas veces parecía contraerse, otras difuminarse e incluso a veces se extinguía» (4). Algunos creen que aparece retratada en unos petroglifos de la cultura hohokam, en Arizona, con la forma de un objeto celeste como radiante y expansivo, algo más parecido a una explosión (5).

Si la intención de los hohokam fue esa —retratar una explosión—, entonces fueron ellos los que estuvieron más acertados. Aquella estrella, en realidad, era una supernova, la detonación con la que terminan su vida los astros con más masa. Y se piensa que su magnitud aparente llegó a ser de −7,5, dieciséis veces mayor que la de Venus, el cuerpo más brillante de nuestro firmamento (6). SN 1006, como la conocemos hoy en día, fue la supernova más intensa que ha presenciado la humanidad a lo largo de la historia. Los restos de la explosión se redescubrieron en 1965 dentro de nuestra propia galaxia, a unos 7900 años luz de la Tierra (7).

Los restos de la supernova SN 1006. Fotografía: NASA / ESA / Zolt Levay / STScI.

Si le da envidia este acontecimiento y se dice que sería emocionante ver algo así con sus propios ojos, está usted de enhorabuena: la probabilidad de que llegue a hacerlo no es absurdamente remota, como suele pasar con la astronomía. De hecho, la posibilidad de que estalle una supernova en la Vía Láctea y de que sea visible desde la Tierra sin necesidad de instrumentos ópticos es del veinte por ciento en los próximos cincuenta años (8). Y si quiere mejorar su suerte, sabemos incluso en qué dirección debe mirar. Salga a la calle durante una noche despejada, vuelva la mirada hacia la constelación de Orión y busque la estrella rojiza que ejerce como hombro del cazador. Esa es Betelgeuse. Si alguna estrella cercana va a explotar pronto, es esa (9).

Palabra clave: cercana. Betelgeuse es la mejor candidata a convertirse en supernova entre las estrellas que conocemos bien y que están relativamente cerca de la Tierra. También es la que causaría una de las supernovas más espectaculares en nuestro cielo, ya que es una supergigante roja (la clase de estrella más grande que existe) y la estrella de esta clase que está a menos distancia de la Tierra (a unos 700 años luz). Es tremendamente improbable, eso sí, que lo haga mañana o pasado mañana o que sea la próxima en hacerlo (10), pero soñar es gratis y Betelgeuse nos está haciendo soñar últimamente. Hace unos cuantos meses era una de las diez estrellas más brillantes del cielo nocturno, pero ahora mismo ni siquiera está entre las veinte primeras. A finales de 2019 comenzó a perder luminosidad, y a mediados de 2020, cuando firmamos esta pieza, brilla un treinta y seis por ciento menos de lo habitual. Es normal que el resplandor de Betelgeuse cambie: a fin de cuentas, es una estrella variable (11), pero no es normal que lo haga tanto y con tanta rapidez.

Además, las estrellas como Betelgeuse tienen una esperanza de vida cortísima. Nuestro sol, por ejemplo, lleva brillando 4500 millones de años y lo seguirá haciendo otros tantos más, pero Betelgeuse tiene solo diez millones de años y seguramente le quedan unos cien mil, nada más. Las estrellas con tanta masa sencillamente son así, tan grandes y calientes que solo existen brevemente. Tienen más materia que las otras, pero también la fusionan a un ritmo mucho mayor y acaban con ella mucho antes. En el último tramo de su vida, cuando se dedican a fusionar elementos cada vez más pesados y lo hacen cada vez con más rapidez, sufren sacudidas parecidas a las que está sufriendo Betelgeuse. Pierden y ganan luminosidad, cambian de tamaño súbitamente y la temperatura en sus superficies experimenta variaciones vertiginosas. Son los estertores de una estrella.

El día que mueran todas las estrellas (100 años-1012 años en el futuro)

Cuando una estrella muere, expulsa sus capas exteriores hacia el espacio interestelar. Si la estrella tiene un tamaño modesto, parecido al del Sol y hasta diez veces mayor, lo hace mediante pulsos, contrayéndose y expandiéndose. Si la estrella tiene más masa, entonces se desata una única explosión violentísima, una supernova. El efecto es igual en ambos casos: los materiales esparcidos se mezclan con los restos de otras estrellas y con más gas interestelar, se aglutinan por efecto de la gravedad y dan lugar al nacimiento de nuevos astros y planetas.

Enrique III el Negro, emperador del Sacro Imperio Romano Germánico, observa la supernova acontecida en el año 1054 desde la ciudad italiana de Tivoli. Imagen: DP.

Sin embargo, las estrellas no diseminan todo su material por el espacio en el momento en el que mueren, solo el que integraba sus capas exteriores. Las capas interiores y el núcleo, en cambio, se contraen por efecto de la gravedad y forman un cuerpo caliente, pequeño y compacto que los astrónomos llaman «remanente» estelar. Las estrellas más modestas, que son la inmensa mayoría, se convierten de esta forma en una enana blanca, un cuerpo con un diámetro parecido al de la Tierra y una densidad monstruosa. Las estrellas de mayor tamaño, en cambio, se comprimen todavía más y forman una estrella de neutrones, un cuerpo celeste pequeñísimo, de diez o doce kilómetros de diámetro, e inimaginablemente denso. En el caso de las más grandes, la compactación no se detiene nunca y toda la materia se concentra en un punto infinitamente pequeño e infinitamente denso: un agujero negro. Estos remanentes, los tres, son estériles. La materia que acopian no regresará al medio interestelar y no contribuirá a la formación de nuevos astros (12).

Esto les pasará a todas las estrellas y esta es la razón por la que estas, simplemente, dejarán de nacer algún día. Aunque aparecen nuevos astros constantemente y lo hacen a partir de los restos de otros, la materia en circulación es cada vez menos. A medida que pasa el tiempo, a medida que las generaciones de estrellas se vayan relevando unas a otras, los remanentes estériles abundarán más y las fértiles nebulosas de gas donde se forman los nuevos sistemas estelares abundarán menos. Nacerán menos estrellas y serán más pequeñas y llegará un día en el que simplemente dejen de hacerlo.

No sabemos qué aspecto tendrá el universo entonces, dentro de 1010años aproximadamente, pero sí sabemos un detalle: que será rojo y mucho menos luminoso. Ya no quedarán estrellas azules, blancas o amarillas —como lo son ahora en función de su masa y su temperatura—, solo las más pequeñas de todas, las enanas rojas. Y las enanas rojas, ya lo dice su nombre, alumbran poco y lo hacen con luz roja. Eso sí: en lo tocante a la longevidad, no tienen competidor. Del mismo modo que las estrellas grandes viven poco porque fusionan su material enseguida, las enanas rojas viven durante un plazo de tiempo inconcebiblemente prolongado, ya que lo hacen a un ritmo muy lento (13). Se cree que las estrellas más pequeñas del universo, las enanas rojas de cerca de 0,1 masas solares, pueden vivir hasta 1012 años. Eso significa que las primeras enanas rojas que prendieron en el cosmos —y lo hicieron pronto, solo unos cientos de miles de años después del Big Bang— no solo siguen activas hoy en día; es que ni siquiera han superado el uno por ciento de su vida. Desde que el mundo es mundo, todavía no ha dado tiempo a que muera ni una sola de ellas.

El día que muera el último átomo (1012-1040 años en el futuro)

El día que se apague la última enana roja habrá acabado la era estelífera, la era de las estrellas, y dará comienzo la era degenerada. Que no le engañe su nombre, no se lo pusieron buscando dramatismo (14). En realidad, alude a la materia degenerada, la sustancia de la que están hechos los remanentes de las estrellas.

Parte de las estrellas que se acumulan en el centro de la Vía Láctea en una imagen tomada por el telescopio espacial Hubble. Fotografía: NASA / ESA / T. Brown.

Los cuerpos celestes que persistan para entonces serán estos mismos remanentes: enanas blancas, estrellas de neutrones (y las variaciones más exóticas de las estrellas de neutrones, como los púlsares, los magnetares y las estrellas de quarks) y agujeros negros (y sus propias variaciones exóticas: los cuásares). A los seres vivos, que solemos fijarnos solamente en los intercambios de energía, podría parecernos que esta no es la peor de las noticias. A fin de cuentas, las enanas blancas brillan, los púlsares también emiten grandes haces de radiación desde sus polos y los cuásares hacen fundamentalmente las dos cosas, solo que a una escala mucho mayor y con muchísima más potencia. Pero debe recordarse que estos objetos no generan esa energía, tanto si es térmica como cinética. La generaron en su día, cuando eran estrellas, y ahora solo la conservan. El brillo de las enanas blancas es más bien incandescencia, emiten luz debido a su temperatura altísima; los púlsares absorben y disparan la materia que hay en sus inmediaciones porque giran sobre sí mismos a una velocidad vertiginosa, hasta cientos de veces por segundo; y los cuásares, cuyos campos gravitatorios son potentísimos, ponen esa energía en circulación gracias a la fricción que se produce en sus discos de acreción descomunales. Pero ninguno de ellos ni ninguna otra clase de remanente estelar es capaz de poner en marcha la nucleosíntesis, de desencadenar la fusión de los átomos y de transformar materia en energía.

Poco a poco, las enanas blancas irán perdiendo temperatura, las estrellas de neutrones irán perdiendo velocidad y finalmente unas y otras se apagarán y se detendrán completamente. No sabemos cuánto tardarán en hacerlo. Una estimación muy repetida (15) dice que las enanas blancas podrían tardar unos 1015 años en convertirse en enanas negras, es decir, en cuerpos fríos e inertes constituidos por materia degenerada. El plazo en el que lo harán las estrellas de neutrones es incluso más incierto, pero el resultado será parecido.

Durante la era degenerada, el cosmos será un lugar oscuro, aunque habrá algún chispazo de cuando en cuando. En los sistemas binarios de enanas blancas, por ejemplo, las órbitas se acercarán hasta hacer que los dos cuerpos colisionen y estalle una supernova. Y algunas enanas marrones (grandes objetos gaseosos a medio camino entre un planeta y una estrella) que llegasen a colisionar de esta misma forma podrían reunir materia suficiente entre las dos como para empezar a fusionar y alumbrar alguna pequeña estrella tardía. Estas estrellas, las últimas estrellas del universo, serán enanas rojas y serán increíblemente longevas, pero da igual, el reloj tampoco se detendrá entonces. Poco a poco, eón a eón, también ellas se desvanecerán. El cosmos, ya sí que sí, será un lugar a oscuras.

Algunos creen que será entonces cuando la propia materia comience a desintegrarse. Aunque la longevidad de las partículas subatómicas es un tema muy discutido, algunos de los modelos de física de partículas más populares predicen que la vida media del protón (las partículas estables y con carga positiva que forman parte de los núcleos atómicos) es de 1038 años aproximadamente (16). El decaimiento de los protones es un asunto complejo y fascinante que daría para muchas páginas de curiosidades, pero aquí nos quedaremos solo con una: aunque el universo llegue a ser totalmente oscuro, no llegará a ser totalmente frío, al menos no todavía. A medida que sus protones decaen y sus átomos se desintegran, algunas de las enanas negras que sobrevivan irradiarían partículas subatómicas y la radiación podría alcanzar valores de hasta 400 vatios en cada una de ellas. El horno microondas de cualquier cocina emite el doble que eso y más, pero dentro de 1039 años ese será el poder que tengan las mayores estrellas.

El día que muera el último agujero negro (1040-1092 años en el futuro)

Dentro de 1040 años, un átomo se desintegrará en algún rincón del cosmos y será el último en hacerlo. A partir de ese momento ya no existirá nada mayor que un núcleo atómico en todo el universo.

Seguirán existiendo, eso sí, los agujeros negros, y dese cuenta de que eso no constituye una excepción. Aunque solemos referirnos a ellos con ligereza y los llamamos «grandes» y «pequeños», lo cierto es que los agujeros negros son infinitamente pequeños. Lo que es grande o pequeño es el diámetro de su horizonte de sucesos, el espacio alrededor de esa singularidad central en el que la velocidad de escape es superior a la de la luz y entonces ya nada puede circular en dirección contraria a la suya, debe hacerlo siempre hacia ella. Si pudiésemos viajar a las inmediaciones de un agujero negro y contemplarlo desde una distancia prudencial, ese horizonte de sucesos se dibujaría con nitidez frente al fondo luminoso y colorido que presenta el cosmos hoy en día y tendría un aspecto parecido al de una esfera negra, pero eso es algo engañoso. Lo que estaríamos viendo con los ojos seguiría siendo un espacio, una región, no un cuerpo sólido con masa. Masa tiene la singularidad central, y esa está confinada en un volumen infinitamente pequeño.

El agujero negro de la galaxia elíptica M87, primer objeto de su clase en ser fotografiado. Fotografía: EHT / ESO.

En 1974, el físico Stephen Hawking descubrió que los agujeros negros emiten una forma de radiación térmica y que al hacerlo pierden masa (17). Aunque ocurra con una lentitud que desafía al entendimiento, los agujeros negros también se evaporarán poco a poco y al final, puf, desaparecerán completamente. Hawking calculó que los más pequeños que se forman naturalmente, los que tienen el equivalente a tres masas solares, tardarían 1068 años en desvanecerse. Los mayores, los agujeros negros supermasivos que se encuentran en el centro de las galaxias, y que a veces toman la forma de cuásares, tardarán 1092 años en hacerlo. Merece la pena pararse a pensar un segundo en esta cantidad, 1092. Es un número mayor que el número de partículas subatómicas que hay en el universo.

Si pregunta usted a un astrofísico, a un matemático o a cualquier otro profesional del ramo por la muerte del universo, es probable que le digan que ocurrirá más o menos en esta fecha, dentro de 1092 años, o en todo caso cuando el último agujero negro se encoja y desaparezca. Con él se irá también la última fuente energética del cosmos, la última forma de radiación, y el universo se habrá parado totalmente, se habrá enfriado completamente, habrá tocado fondo y habrá cesado para siempre. El universo habrá muerto, larga vida al universo.

El último día del mundo (1092-∞ años en el futuro)

¿Y después? Después de eso, poco más. Fotones, partículas subatómicas y una eternidad, esos son los ingredientes de esta sopa. Los dos primeros no son gran cosa, pero el tercero sí lo es. Algunos dicen que con ese ingrediente se pueden hacer muchas cosas.

La energía oscura tiene mucho que ver con el destino final del cosmos. Si hubiese una cantidad suficiente de ella, es probable que la expansión del universo acabase desgajándolo hasta la mismísima escala cuántica. A medida que el propio espacio se expandiese y lo hiciese cada vez a mayor velocidad —ese es precisamente el efecto que parecer tener la energía oscura en nuestro mundo—, disminuiría progresivamente la cantidad de espacio con la que se puede interactuar. Pongámoslo así: un fotón saldría del punto A y se dirigiría hacia el punto B a la velocidad de la luz, pero el espacio mismo que separa A y B estaría expandiéndose a una velocidad mayor que esa. Nuestro fotón hipotético, por tanto, jamás lograría alcanzar el punto B. Se dedicaría a viajar eternamente en su dirección y, pese a eso, estaría cada vez más lejos de él y también del lugar del que salió, el punto A. El diámetro dentro del cual la materia interactúa es gigantesco hoy en día, pero se está reduciendo a medida que la expansión del universo acelera. Si esa expansión sigue acelerándose, llegará el día en el que la distancia entre los puntos A y B sea menor que una galaxia, menor que un sistema estelar, menor que un planeta y menor que un átomo. Todas las distancias se harán infinitas y esto impedirá que tenga lugar cualquier proceso, sea el que sea, y que tenga efecto cualquier fuerza. A eso se lo llama «Big Rip», el Gran Desgarramiento (18).

El Cúmulo de Pandora, un cúmulo de galaxias también conocido como Abell 2744, en una fotografía tomada por el telescopio espacial Hubble en 2014. Fotografía: NASA / ESA / STScI.

Si el Big Rip no tuviera lugar, entonces el espacio-tiempo podría acabarse de otras formas. Los partidarios de la teoría del Big Freeze, por ejemplo, se atienen al hecho de que el cosmos empezó siendo algo infinitamente pequeño, infinitamente caliente e infinitamente denso, y nos recuerdan que las leyes de la termodinámica son muy claras al respecto: algo así solo puede derivar hacia lo infinitamente grande, lo infinitamente frío y lo infinitamente vacío. Y cuando las magnitudes físicas alcancen ese valor, o valores muy cercanos a ese, no cabe esperar que pase algo, sea lo que sea. El universo simplemente habrá sufrido la muerte térmica, se habrá alcanzado el grado máximo de entropía y los procesos físicos habrán cesado permanentemente. No ocurrirá nada que arrample con todo ello porque en esas condiciones no podría ocurrir nada. El mundo no acabará por una razón sencilla: ya se habrá acabado. En el mejor escenario solo habrá fotones en circulación y los fotones no experimentan tiempo, así que incluso hablar de eternidad carecería de sentido. El tiempo, que ahora es real, entonces será una ficción matemática, algo que solo existe en el plano de lo ideal y lo hipotético. The End.

Los partidarios del Big Crunch, por el contrario, admiten que algo así tendrá lugar, pero sostienen que ese no será el final del cosmos. Después de separarse al máximo, dicen ellos, la gravedad será la única fuerza capaz de afectar significativamente a las partículas subatómicas, por lo que podrían comenzar a reunirse de nuevo y hacer que la materia volviera a concentrarse poco a poco. Primero habría átomos, después moléculas y después volverían a existir trazas de material sólido. Al final, toda la materia del universo colisionaría, se compactaría y se convertiría en algo infinitamente pequeño, infinitamente caliente e infinitamente denso. El mundo, en otras palabras, terminaría con una implosión, y su resultado sería la aparición de una nueva singularidad de proporciones cósmicas y el estallido, quizá, de un nuevo Big Bang (19).

Y otros piensan que este Big Bang no es algo extraordinario, que ha ocurrido muchas veces en el pasado y que lo volverá a hacer indefinidamente en el futuro. La cosmología cíclica conforme, propuesta por Roger Penrose, es una de las tesis con más predicamento en los últimos años, en parte porque reconcilia visiones del futuro lejanísimo que parecían incompatibles hasta hace unos cuantos años. Este Big Bounce o Gran Rebote, como algunos lo llaman, tendría el mismo efecto que el Big Crunch, la reunificación de la materia, pero derivaría de algo más parecido al Big Freeze, la muerte térmica del cosmos. ¿Cómo? Ay, sería largo de explicar. A través de efectos cuánticos extravagantes y de procesos que tienen que ver con la geometría de la causalidad, fenómenos demasiado enjundiosos para detenernos de forma pormenorizada en ellos. Si le interesa, le recomendamos un par de lecturas en el capítulo de notas de este artículo (20) y le anticipamos que, de todos los cataclismos físicos y matemáticos que empiezan por «Big», este es el único que no acaba en la negrura y la nada. Al contrario: el cosmos podría haber existido una, dos, cuatro, mil, un millón y hasta un vigintillón de veces antes y después de nosotros. Y nuestros ajedrecistas hipotéticos, a fin de cuentas, sí podrían jugar sus 10120 partidas, todas las que permiten las reglas del juego. Si pensamos que no podrían, nos dice Penrose, fue porque pecamos de pocas miras, porque corrimos a echar cuentas sin levantar antes la mirada del tablero. Porque no nos dimos cuenta de que nosotros somos las fichas y de que el propio universo es el juego.

La región de formación de estrellas S106. Fotografía: NASA / ESA.


Notas

(1) Debe recordarse que, igual que un billón (en español) no es la misma cantidad que un billion (en inglés), tampoco lo son un vigintillón y un vigintillion. En lo tocante a los nombres de las cifras grandes, en los países hispanohablantes solemos usar la escala numérica larga (en la que cada nuevo nombre representa una cifra un millón de veces mayor que la anterior) y en Estados Unidos y en Reino Unido se usa normalmente la escala numérica corta (en la que cada nuevo nombre representa una cifra mil veces mayor). Cuando decimos, en español, «un vigintillón», estamos diciendo 10120. Cuando se dice, en inglés, «one vigintillion», se está diciendo 1063.

(2) Un vigintillón es 10120. El número de átomos en el universo oscila entre 1078 y 1082. Gott, J. Richard et al., «A Map of the Universe», The Astrophysical Journal, vol. 624, n.º 2, 2005.

(3) Algo que demostró Claude Shannon en 1950, razón por la cual hemos puesto su nombre a esta cifra y la llamamos «número de Shannon». Aunque él estimó que era 10120, hoy se cree que el número de Shannon es mayor, en torno a 10123. Shannon,  Claude E., «Programming a Computer for Playing Chess», Philosophical Magazine, ser.7, vol. 41, n.º 314, 1950.

(4) Aquellos monjes también precisaron en sus Annales Sangallenses maiores que la estrella apareció «in intimis finibus austri», tan al sur como el sur llega. Suiza es el punto más septentrional donde quedó documentado el fenómeno celeste y allí tuvo que verse solamente en junio y apenas por encima del horizonte. La constelación del lobo, donde apareció la nueva estrella, está ubicada en el hemisferio sur, pero en verano puede verse completamente hasta los 35° de latitud norte y solo parcialmente si es más al norte que eso. Stephenson, Richard F., Clark, David H. y Crawford, David F., «The Supernova of 1006 AD», Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, vol. 180, 1977.

(5) Cuando se trata de petroglifos, pintura rupestre y otras formas de arte prehistórico, las interpretaciones son siempre especulativas. Hamacher, Duane W., d«Are Supernovae Recorded in Indigenous Astronomical Traditions?»,  Journal of Astronomical History and Heritage, vol. 17, n.º 2, 2014.

(6) La magnitud aparente de un objeto celeste equivale al brillo que tiene al observarse desde la Tierra, pero fuera de la atmósfera. La magnitud aparente progresa de forma logarítmica y representa más resplandor cuanto más pequeño es el número. Las estrellas más débiles que alcanzamos a ver con nuestros ojos tienen una magnitud aparente de 6; la estrella más brillante, Sirio, de -1,5; Venus, de -4,4; la Luna llena, de -12,6; y el Sol, de -26,8.

(7) Goldstein, Bernard R., «Evidence for a supernova of A.D. 1006», The Astronomical Journal, vol. 70, 1965.

(8) La última supernova que estalló en la Vía Láctea y fue visible desde la Tierra lo hizo en 1604. La última supernova visible desde nuestro planeta tuvo lugar en 1987 y estalló en una galaxia vecina, la Gran Nube de Magallanes. En nuestra galaxia hay dos supernovas cada siglo, aproximadamente, pero tres de cada cuatro no llegan a verse a simple vista. Es preciso que no ocurran demasiado lejos, que no duren demasiado poco y que no se interpongan entre ellas y nuestro planeta nubes de polvo y gas interestelar. Sobre la probabilidad de observar una supernova desde la Tierra en los próximos cincuenta años, Adams, Scott M. et al., «Observing the Next Galactic Supernova», The Astrophysical Journal, vol. 778, n.º 2, 2013. Sobre la frecuencia de las supernovas en la Vía Láctea, Diehl, Roland et al., «Radioactive 26Al from massive stars in the Galaxy», Nature, vol. 439, n.º 7072, 2006.

(9) En palabras del astrofísico Alex Filippenko, «ninguna estrella de la que tengamos noticia tiene más posibilidades de convertirse en supernova antes que Betelgeuse».

(10) Lo más probable es que la próxima estrella que se convierta en supernova dentro de la Vía Láctea sea alguna a la que no nos hayamos anticipado, bien porque la desconozcamos totalmente o bien porque esté muy lejos y sepamos poco sobre ella.

(11) Los registros de su brillo sugieren que Betelgeuse gana y pierde luminosidad siguiendo dos ciclos, uno de seis años y otro de cuatrocientos días, aproximadamente. Algunos creen que lo que ha ocurrido en este momento es que los dos ciclos han coincidido y que Betelgeuse está experimentando un pico a la baja del que comenzará a recuperarse pronto.

(12) Hay excepciones, en particular cuando estos remanentes interactúan entre sí o con astros ordinarios en el contexto de sistemas binarios.

(13) Hay otra razón que explica la longevidad de las enanas rojas. La convección hace que los materiales puedan circular y que todo su hidrógeno tenga acceso al núcleo, donde se transforma en helio. En las estrellas grandes, por el contrario, el hidrógeno de las capas exteriores no pasa por el núcleo y no llega a experimentar la fusión.

(14) El nombre lo pusieron Fred Adams y Greg Laughlin en The Five Ages of the Universe, una obra de referencia en lo tocante al tiempo profundo y el futuro lejanísimo. Desde su publicación en 1999 se ha normalizado el uso de la cronología de cinco eras que proponían Adams y Laughlin en aquel libro, incluso entre astrofísicos y académicos. Estas eras son la era primordial, la era estelífera, la era degenerada, la era de los agujeros negros y la era oscura.

(15) Barrow, John D. y Tipler, Frank J., The Anthropic Cosmological Principle (Oxford Paperbacks, 1986).

(16) Son predicciones que se hacen desde la teoría de la gran unificación, pero otras hipótesis con mucho sustento confieren al protón una vida de hasta 10200 años. Adams, Fred C. y Laughlin, Gregory, «A dying universe: The long-termfate and evolution of Astrophysical objects», Reviews of Modern Physics, vol. 69, n.º 2, 1997.

(17) Aunque se han aportado distintos cálculos y algunos de los procesos cuánticos involucrados están descritos solo de forma muy vaga, la mayoría de los astrofísicos y los matemáticos consideran que la radiación de Hawking es algo fundado y probado. Steinhauer, Jeff, «Observation of quantum Hawking radiation and its entanglement in an analogue black hole», Nature Phys vol. 12, n.º8, 2016.

(18) Con frecuencia se dice que, si el Big Rip tuviese lugar, sería dentro de 22000 millones de años aproximadamente. Eso es en algún momento avanzado de la era estelífera, muchísimo antes del momento en el que ocurrirían los otros «Bigs», como el Big Freeze o el Big Crunch.

(19) Todos estos escenarios son conjeturas y la del Big Crunch es la más especulativa de todas. De las cuatro fuerzas fundamentales que rigen los procesos físicos (la fuerza nuclear débil, la fuerza nuclear fuerte, el electromagnetismo y la gravedad) la gravedad es la que nos resulta más familiar y la que mejor comprendemos intuitivamente, pero también es la peor documentada en el modelo estándar de física de partículas y la que más desconocemos en grado fundamental.

(20) Penrose presentó su tesis en una conferencia de 2006 titulada «Before the Big Bang: An Outrageous New Perspective and Its Implications for Particle Physics», que puede leerse aquí. Se trata de un texto muy celebrado por sus dobles sentidos y su retórica informal, aunque resulta inaccesible sin conocimientos muy avanzados de física de partículas. Para los profanos es mucho más recomendable la lectura de su libro de divulgación Cycles of Time: An Extraordinary New View of the Universe, publicado en 2010.


Viacheslav Mujánov: «La cosmología nos ha demostrado que la relatividad y la mecánica cuántica están presentes desde las escalas más grandes a las más pequeñas»

Viacheslav Fiódorovich Mujánov (Kanash, 1956) es cosmólogo, físico teórico y profesor en la Universidad Ludwig Maximilian de Múnich. Formado académicamente en Moscú en la década de 1970, pronto dirigió su carrera hacia la cosmología, la rama de la física que estudia las propiedades del universo como un todo. Los años noventa fueron revolucionarios para este campo, con el descubrimiento de que la expansión del universo se está acelerando y las observaciones del fondo cósmico de microondas por parte del satélite COBE. Mujánov vivió esta revolución en primera persona, porque los sucesivos descubrimientos fueron dando la razón a los trabajos que él había iniciado a lo largo de los ochenta. Hoy la cosmología es uno de los campos más activos de la física y ya no se puede decir que sea prometedor, porque, una tras otra, no deja de cumplir promesas.

¿A qué nos referimos cuando decimos «las estructuras del universo»? Cuando miramos al cielo vemos, sobre todo, estrellas. Es lógico: el espacio es muy grande y las distancias, inhumanas. Todo lo que no es cercano y brillante simplemente es demasiado sutil, demasiado oscuro para los ojos humanos. Por fortuna tenemos los otros ojos: los telescopios, cámaras digitales y las gigantescas antenas de radio; gracias a ellos sabemos que hay de todo ahí fuera: planetas errantes, agujeros negros, nubes de gas caliente que contienen más materia que todas las estrellas juntas. Sabemos que la materia forma islotes en medio del espacio, las galaxias, y que las galaxias a su vez se mueven en enjambres, los cúmulos de galaxias. El universo está salpicado de estos archipiélagos de materia en los que encontramos objetos, grupos de objetos, grupos de grupos de objetos. Todas estas cosas son las «estructuras». Hoy en día, con los instrumentos adecuados, son fáciles de ver, medir y cartografiar.

Pero hubo una época, hace miles de millones de años, en la que el universo era simplemente una nube de gas caliente. La materia acababa de nacer y estaba toda mezclada, en un estado anárquico, desordenado: cualquier lugar del universo era igual a cualquier otro y no había ni rastro de ninguna estructura. Así pues, ¿de dónde salieron? ¿Quién puso la primera piedra de la primera galaxia?

Da un poco de vértigo. Es decir, unos señores que se plantearon cómo empezó el orden en el universo: cómo el caos se transformó en cosmos. La pregunta no es nueva. Es, de hecho, recurrente a lo largo de la historia. Pero la mayoría de los hombres que la abordaron, y ninguno de ellos era tonto, respondió con relatos, con fábulas que eran entretenidas pero eran solo eso: fábulas. Hace treinta y cinco años la cosa cambió. Apareció un puñado de humanos que se sentaron, tomaron lápiz y papel y armados solo con las leyes de la física encontraron una manera plausible de explicar cómo empezó todo esto. No sé si vértigo es exactamente la palabra, pero sin duda da algo.

A principios de los años ochenta la teoría del big bang era ya una teoría madura, llevaba varias décadas en la palestra, y estaba en ese momento asimilando algunos elementos nuevos, como la inflación. ¿Cómo es la teoría del big bang en la actualidad, comparada con la de entonces?

La cosa ha cambiado dramáticamente. En los años ochenta los datos experimentales en los que se basaba la teoría eran muy inseguros. Que el universo se expande estaba bien establecido, prácticamente nadie se oponía a ello. Pero había bastantes dudas respecto al otro gran observable de la cosmología, el fondo cósmico de microondas, porque no disponíamos de medidas precisas. Por ejemplo, en 1987 tuvimos un experimento japonés-estadounidense, el cohete de Berkeley-Nagoya, que obtuvo que el espectro del fondo cósmico se desviaba mucho del espectro de cuerpo negro, que es el que debía tener si el universo primigenio estaba en equilibrio. Si aquel experimento hubiera estado en lo cierto eso habría supuesto el fin de la cosmología, porque con un espectro así podríamos haber especulado durante décadas y nunca podríamos estar seguros de si lo estábamos entendiendo o nos lo estábamos inventando. Por fortuna se equivocaban: lo que estaban viendo no era el fondo cósmico, sino el ruido eléctrico de sus propias máquinas.

¿Esto fue en 1987?

1987, así es, hace menos de treinta años. Pero yo diría que no fue hasta los años noventa cuando la cosmología adquirió verdadera carta de naturaleza como ciencia. Fue gracias a COBE, el Cosmic Background Explorer, una misión espacial que estudió el fondo cósmico de microondas y concluyó que su espectro era perfectamente planckiano, como tenía que ser. Pero no se quedó ahí: COBE, por primera vez, fue capaz de ver las siluetas, los «embriones» de las galaxias, tal y como eran cuando el universo tenía solo trescientos mil años. Con el paso del tiempo esos embriones germinaron y dieron lugar a la estructura del universo que hoy vemos. Lo que COBE nos mostró fue una imagen completa de lo que podríamos llamar un «universo bebé», con todos sus rasgos, con todo lo necesario para convertirse en un universo con galaxias, estrellas, planetas y en última instancia con vida.

¿Qué son exactamente esos embriones, cómo los vemos?

Vemos algo parecido a una fotografía. La radiación de fondo dejó de interaccionar con el resto del universo cuando este tenía trescientos mil años, así que cuando la detectamos hoy estamos obteniendo una especie de fotografía retardada que nos muestra cómo era el universo en aquella época. Con los telescopios habituales podemos observar cómo es el universo en la actualidad, tras trece mil millones de años de evolución, mientras que con el fondo cósmico podemos verlo cuando todavía era un bebé.

Pero en el fondo cósmico de microondas no vemos galaxias como tales, no se habían formado todavía.

No, vemos sus progenitores, nubes calientes de gas cuando eran muy jóvenes. Estos progenitores están muy lejos de nosotros y no sabemos el aspecto que tienen hoy en día, pero asumiendo que las galaxias que sí vemos son similares, y que sus progenitores fueron similares a estos, podemos aprender cosas sobre el proceso de formación de las galaxias. Bueno, es un poco como hacer encuestas: en el mundo hay muchas personas, pero para saber cómo es la sociedad no tienes que hablar con cada uno de ellos, porque sabes que tienen muchas cosas en común.

Fondo cósmico de microondas

¿Qué es el fondo cósmico de microondas? Bueno, más o menos lo que su nombre indica: microondas que vienen del cosmos. En todas direcciones. Vienen de más allá del sistema solar, de mucho más allá de nuestra galaxia. En ellas no vemos estrellas ni galaxias ni cuerpos celestes que sepamos identificar, porque cuando estas microondas echaron a andar ninguno de ellos existía todavía.

La formación del fondo cósmico de microondas es una de las historias más bonitas que nos ha contado la física. Cuando el universo era joven estaba formado por partículas que se movían en todas direcciones y chocaban continuamente. La mayor parte de esas partículas eran fotones, las partículas que forman la luz, pero también había pequeñas cantidades de electrones, protones, núcleos de helio… y alguna más, pero eso ahora no viene a cuento. Un universo como este era opaco para la luz, porque los fotones chocan muy fácilmente con las partículas cargadas, como protones y electrones.

De vez en cuando un protón y un electrón se unían y formaban un átomo de hidrógeno, pero los átomos no duraban demasiado en este universo porque enseguida eran golpeados por alguien que pasaba por allí y se rompían. Por fortuna el universo está en expansión, y a medida que se expande también se enfría. Cuando la temperatura bajó por debajo de 3000 ºC las colisiones dejaron de ser suficientemente fuertes y los átomos de hidrógeno pasaron a ser estables. Protones y electrones empezaron a unirse a lo largo de todo el cosmos. Este proceso, llamado recombinación, tuvo un efecto espectacular en el universo: los átomos tienen carga cero, y la luz no choca con ellos tan fácilmente como con un electrón o un protón solitarios. O sea, que para los fotones el universo, que llevaba miles de años siendo una neblina opaca, se volvió transparente de repente. Trillones y trillones de fotones que llevaban miles de años encerrados en el plasma fueron liberados de repente, en el que probablemente sea el mayor fogonazo que nunca ha visto nuestro universo. Ese fogonazo es el fondo cósmico de microondas.

En el proceso de dejar escapar a los fotones el universo dejó imprimida su cara en el fondo cósmico. En primer lugar, dejó imprimida su temperatura: como todo el gas estaba más o menos a la misma temperatura la luz que salió de él tiene toda más o menos el mismo color. Cuando miramos mapas como el de arriba, en el que vemos zonas más calientes y otras más frías, lo que estamos dibujando es diferencias de temperatura minúsculas. Si pintáramos el fondo cósmico tal y como lo vemos, la elipse sería toda del mismo color, porque las diferencias son de una parte entre cien mil.

Y sin embargo esas diferencias son fundamentales. Durante treinta años, entre el descubrimiento de Penzias y Wilson y la misión COBE, el fondo cósmico era una fotografía plana en la que no se distinguía ningún rasgo. COBE fue el primer instrumento suficientemente preciso para distinguir esas partes entre cien mil y mostrarnos el siguiente nivel de detalle: nubes calientes y nubes frías, nubes que acumulaban materia, y que al evolucionar dieron lugar a millones de galaxias, y otras más pobres, que dieron lugar a vacíos, zonas huecas en las que las galaxias escasean. La pregunta es: si en este universo de trescientos mil años ya existían regiones frías y regiones calientes, ¿de dónde salieron?

Otra cosa que aprendemos de la radiación cósmica de fondo es que el universo era muy homogéneo en aquella época.

Mucho, efectivamente. En este universo de trescientos mil años de edad no hay estructuras como las que vemos hoy en día. Lo único que hay es una especie de «semillas» que después de crecer durante trece mil millones de años se han hecho adultas y se han convertido en galaxias. En realidad, es muy fácil de imaginar si piensas en cómo crecen los niños: lo que vemos con la ayuda del fondo cósmico de microondas son estructuras infantiles, prácticamente recién nacidas, y si cogemos un telescopio podemos ver la versión adulta. Pero hay algunas propiedades de estos «niños» que ya fueron predichas teóricamente a principios de los ochenta, cosas muy concretas como que el índice espectral ha de valer 0,96, y los experimentos que llegaron después encontraron precisamente estos números.

Vamos a hablar de otra de las piezas de esta historia: la inflación. ¿Qué papel juega en la formación de estructuras?

La inflación se encarga de hacer crecer las fluctuaciones cuánticas primordiales, que eran muy pequeñas, hasta convertirlas en estas semillas que vemos en el fondo cósmico y que ya tienen el tamaño de galaxias. Hay gente que, aún hoy, tiene dudas sobre si fue la inflación la causante de este crecimiento, incluso han sugerido explicaciones alternativas, pero en mi opinión es el mecanismo más sencillo. Para lo que nadie ha encontrado alternativa es para las propias fluctuaciones cuánticas, para esta idea de que ellas fueron el germen original de las estructuras. De hecho, tras las últimas medidas de la misión Planck, que coinciden con todas las predicciones teóricas, ya no queda margen para la duda y prácticamente nadie busca mecanismos alternativos. En comparación, si volvemos a mirar a los años ochenta, entonces sí que había decenas de teorías que competían por explicar el origen de las estructuras, y la de las fluctuaciones cuánticas quizá no era la más prometedora porque parecía en contradicción con muchas evidencias astrofísicas. Pero a lo largo de estos treinta años la tortilla se ha dado la vuelta: los datos astrofísicos han ido encajando poco a poco, desde las observaciones a través de telescopios hasta el fondo cósmico de microondas. Las fluctuaciones han ganado esta competición y las teorías alternativas están muertas, han sido descartadas.

La verdad es que así, de buenas a primeras, buscar el origen de las estructuras del cosmos en fluctuaciones cuánticas, que son tan pequeñas, no resulta evidente. ¿Por qué os lanzasteis a esa piscina? ¿Había algún tipo de motivación teórica?

Bueno, si la había la verdad es que yo nunca la conocí, porque lo único que yo quería era escribir mi tesis [risas]. Sí que es verdad que era una idea que nunca había sido explotada de forma sistemática. La gente había pensado sobre ello, pero hacía falta meterse en unos cálculos que eran bastante pesados. Además, era una época en la que no teníamos datos experimentales con los que comparar, y los pocos que había parecían contradecir lo que estábamos haciendo. Solo ahora, treinta y cinco años después, hemos podido poner a prueba todos los aspectos de la teoría.

Efectivamente, leí en un review tuyo que en aquellos momentos pensabas que este mecanismo iba a ser muy difícil de medir experimentalmente, y que te alegraste mucho al ver que otros grupos exploraban esta misma senda. En esos instantes, ¿pensabas que tu trabajo se iba a quedar en eso, como «un cálculo que estoy haciendo para mi tesis»?

No, como ya te he dicho en aquellos momentos la cosmología era casi como teología. La idea fundamental para acercarnos a este asunto de las fluctuaciones cuánticas era que el universo se estaba expandiendo, que había nacido en un estado extremadamente denso… por ejemplo, toda la materia que forma ahora mismo nuestra galaxia ocupaba entonces un espacio similar al de una caja de cerillas. Por esa razón no resultaba tan descabellado pensar que uno iba a poder explotar las propiedades de la mecánica cuántica para explicar las estructuras del universo, incluso a sus escalas más grandes. La mecánica cuántica normalmente solo es importante a escalas microscópicas. Nos permite, por ejemplo, explicar por qué los electrones no caen sobre los núcleos, o lo que es lo mismo: por qué la materia es estable. Pero a la vez también permite que tengamos iPhones. Sin mecánica cuántica te verías forzado a elegir: o bien iPhones y todos estos fantásticos dispositivos eléctricos o bien… tu vida. Y no sé lo que elegirías tú, pero yo… [risas] Pues bien, gracias a la mecánica cuántica no tenemos que elegir: el electromagnetismo y la materia pueden coexistir [1]. Creo que la teoría cuántica ha sido uno de los mayores logros científicos de la historia, y precisamente cumplirá noventa años el año que viene.

Inflación cósmica

A finales de los años setenta el fondo cósmico de microondas ya había revolucionado una cosmología que estaba todavía en pañales. Tras el descubrimiento de Penzias y Wilson a mediados de los sesenta, durante la siguiente década se pudo comprobar que el fondo cósmico era idéntico a la radiación que emite un cuerpo a -270 ºC. Todo indicaba que, literalmente, vivimos inmersos en un gran objeto que «brilla» a -270 ºC en todas direcciones. No había muchas maneras de justificar algo así. Por fortuna la relatividad general de Einstein nos informa de que la radiación que se mueve por un universo en expansión pierde energía continuamente: es como si le costara avanzar por el universo y se fuera cansando poco a poco. Aplicado a la radiación emitida por un cuerpo caliente, esto significa que se va a ir enfriando a medida que viaja. El resto consistía en sumar dos y dos: la gente cogió esa temperatura, hizo retroceder el reloj y se dieron cuenta de que si venía de los primeros tiempos del universo tenía que corresponder a materia muy caliente. Inmediatamente el fondo cósmico fue considerado el mejor espaldarazo posible a la teoría del big bang.

Pero junto con estas buenas noticias también trajo algunas preguntas desconcertantes: la gente no tardó en darse cuenta de que las regiones del universo que ahora veíamos en el fondo cósmico no estaban en contacto en aquella época. El universo era mucho más joven y ninguna partícula había tenido tiempo de viajar demasiado lejos. Entonces, ¿cómo era posible que todo, absolutamente todo el fondo cósmico estuviera a la misma temperatura? Lo lógico es que si todas esas regiones eran independientes tuvieran temperaturas diferentes.

Varios físicos trataron de dar respuesta a esta cuestión, pero fue el estadounidense Alan Guth el que encontró la solución que hoy consideramos más probable. Su idea era sencilla, elegante, casi trivial: si todo el universo temprano estaba a la misma temperatura era porque en un pasado aún más remoto todas sus partes habían estado en contacto. Esto era lo contrario de lo esperado: si hacíamos correr el reloj hacia atrás el círculo rojo de la imagen de arriba se haría más pequeño y el problema se agravaría, no se resolvería.

La idea de Guth era que, efectivamente, las partículas no podían resolver el problema porque no había manera de que recorrieran tanta distancia en tan poco tiempo. El trabajo duro tenía que hacerlo la expansión del universo. Cuando decimos «el universo se expande» lo que queremos decir es que el espacio se estira y trata de alejar los objetos unos de otros. Los objetos que están poco cohesionados, como puede ser una nube de gas, son arrastrados por la expansión: literalmente, la expansión los hincha como un globo. Guth pensó que un periodo de expansión extremadamente rápido podría haber tomado un pedazo muy pequeño de una nube de gas, suficientemente pequeño como para que estuviera todo a la misma temperatura, y haberlo hinchado hasta el tamaño del universo observable. Este periodo es lo que llamamos inflación.

Los detalles del cálculo de Guth eran sorprendentes: la inflación tendría que haber durado un suspiro, apenas 10-33 segundos (sí, 0,00…01 segundos, con 33 ceros de por medio), y durante ese suspiro el universo se habría expandido desde un tamaño menor que el núcleo de un átomo hasta el tamaño de un balón de fútbol. Para conseguir este espectacular estirón la velocidad de expansión tenía que haber sido mayor que la velocidad de la luz. El artífice de todas estas cosas sería una partícula, el inflatón, que interacciona de manera un poco peculiar con la gravedad y es capaz de desencadenar este periodo de expansión desbocada.

Hoy en día la inflación se considera un mecanismo muy exitoso, ya que responde a varias preguntas planteadas por el fondo cósmico de microondas y otros experimentos, y en general la comunidad considera que si no fue inflación lo que ocurrió en las primeras fracciones de segundo del universo debió de ser algo parecido. Sin embargo, cierto es que todavía no hemos podido tener acceso experimental a la época de la inflación y que el propio inflatón, que debería ser una partícula muy pesada, nunca ha sido observado.

 

En aquel momento, ¿cuál fue la actitud de la comunidad científica hacia estos trabajos? ¿Se los veía como algo muy especulativo?

Sí, muy especulativo. Y además tienes que pensar que en aquellos primeros tiempos la comunidad era muy pequeña. Los físicos de partículas, por ejemplo, no se tomaban la cosmología demasiado en serio porque no había prácticamente ningún hecho que la respaldara. La física de partículas estaba construida sobre un gran número de experimentos, de los que la cosmología carecía. En Rusia el campo empezó a tener cierta vida porque gente que ya había hecho cosas «útiles», cosas como bombas nucleares, empezaron a interesarse por la cosmología. Estoy pensando en Zeldovich, por ejemplo. Una consecuencia de esto es que, en realidad, había bastante libertad de investigación. No había presión, y como lo que hacíamos no parecía tener ninguna relación con la realidad podíamos hacer lo que nos viniera en gana. Desde luego, cuando la gente empezó a manejar la idea del universo inflacionario y se vio que con ella se podían resolver algunos problemas de física de partículas, como el problema de los monopolos, el campo empezó a atraer un poco de atención por parte de la comunidad de física de partículas. Pero antes de los noventa no había ningún experimento fiable, así que era todo blablablá, especulaciones.

¿Cómo valoras las aportaciones de Stephen Hawking a este campo, a la cosmología?

Creo que él llegó a las mismas conclusiones que nosotros usando métodos diferentes, y también lo hizo durante esa época en que estos temas no interesaban a casi nadie. La comunidad entonces era pequeña, y la comunicación entre la Unión Soviética y el exterior no era demasiado fluida. Personalmente me hizo muy feliz comprobar que se había acercado a la cuestión por su cuenta y la había abordado a su manera. Desde luego, Hawking fue un hombre de gran personalidad y un físico muy brillante.

¿Era mala la relación entre los físicos a un lado y a otro del telón de acero?

No es que fuera mala, pero no había demasiada comunicación. Yo, por ejemplo, no hablaba prácticamente nada de inglés antes de mi primer viaje a los Estados Unidos, en 1989. Y si te he de ser sincero no me importaba mucho. Lo que se hacía al otro lado, a pesar de todos sus recursos, no era cosmología. Hacían mucha astrofísica, y yo la conocía y la había leído: había una muy potente escuela inglesa, estaban los americanos, pero en esa época se dedicaban a cosas como formación de galaxias y tenían la vista fijada en un universo temprano, pero mucho más viejo que el que a mí me interesaba. Nadie pensaba entonces en un universo de fracciones de fracciones de segundo. A nosotros nos interesaba lo que había ocurrido en la primera millonésima de millonésima de millonésima de segundo, una época disparatada, tan loca que ni siquiera sabíamos qué física de partículas teníamos que usar. Por fortuna, al final resultó que no necesitábamos saberlo: la relatividad general, la teoría de la gravedad de Einstein, es tan potente que no se preocupa por la estructura microscópica detallada, por las interacciones fundamentales. Cuando la gravedad domina, domina sobre todo y convierte en irrelevantes los aspectos microscópicos de la física. Creo que la cosmología constituye la primera prueba experimental de que la relatividad general es universal más allá de la teoría lineal, más allá del régimen newtoniano. El régimen que la cosmología explora es comparable al que exploraríamos si pudiéramos observar un agujero negro. Bueno, si pudiéramos entrar dentro de uno, pero no creo que haya mucha gente dispuesta a hacer eso, porque, aunque se convertirían en personas muy sabias, no podrían compartir ese conocimiento con nadie [risas]. La cosmología, en este sentido, es única. No conocemos ninguna otra manera de tener acceso a campos gravitatorios tan intensos.

Y de hecho nos permite incluso poner a prueba los fundamentos de la mecánica cuántica, ¿verdad? Porque estamos hablando todo el rato de fluctuaciones cuánticas, que describen la probabilidad de que algo ocurra, y estas fluctuaciones se terminan transformando en estructuras reales, en objetos clásicos como una nube de gas o un cúmulo de galaxias. ¿Qué sabemos de cómo sucede esta transición?

Sobre esa transición cada cual tiene su propia opinión. Yo siempre hacía la broma de que si quisiera usar la interpretación de Bohr de la mecánica cuántica me vería obligado a decir que fue el primer astrónomo que miró al cielo el que desencadenó el colapso de las fluctuaciones cuánticas. Pero esto parece un tanto excesivo, ¿verdad? Así que yo prefiero considerar otras formas de interpretar la teoría cuántica. Por ejemplo, una de esas visiones alternativas fue sugerida en 1957, antes de que naciera la cosmología como ciencia, y se suele llamar la interpretación de Everett o de many worlds. En ella uno no necesita el concepto de colapso de la función de onda, que solo puede ser desencadenado por alguien que observa el sistema, y de esta manera la realidad sigue siendo la realidad y no depende de los observadores. Pero estas son consideraciones profundas con las que, creo, gran parte de los físicos no estarían de acuerdo, y es importante recalcar que estas consideraciones no tienen ninguna influencia en los cálculos. En física es muy importante ser capaz de calcular cierto número y después hacer un experimento y medir esa misma cantidad. Si la medida coincide con el número que habías calculado, entonces la gente se siente impresionada y empieza a tomarte en serio. Si la historia sucede al revés, es decir, que alguien mide un número y entonces tú haces un cálculo y obtienes el mismo número… la gente tiende a no estar tan impresionada.

En definitiva, la capacidad de predecir es muy importante en física. Y en lo que respecta a este mecanismo de formación de estructuras, la intuición sugería que uno puede empezar con las fluctuaciones cuánticas, amplificarlas de alguna manera, por ejemplo, gracias a la inflación, y como resultado de este esquema uno obtiene unas predicciones muy claras. El problema es que en los años ochenta todas estas predicciones estaban en total contradicción con las observaciones astrofísicas, pero nosotros sabíamos que esas observaciones no eran de gran calidad. Por ejemplo, uno no puede viajar a una supernova para ver de cerca cómo se produce, y eso genera unas incertidumbres sistemáticas que no puedes cuantificar fácilmente. Esas incertidumbres terminaron, en última instancia, salvando nuestra teoría. Por el contrario, cuando en los noventa llegaron las observaciones del fondo cósmico de microondas ahí sí que podíamos controlar bien las incertidumbres sistemáticas, de forma que esas observaciones eran asimilables a un experimento de laboratorio. Además, al estar observando un universo recién nacido también estás observando un universo simple y lo puedes describir usando física, porque a la física le gustan los fenómenos sencillos. Hoy en día, claro, el universo ha evolucionado hasta convertirse en algo muy complicado, algo casi biológico, y en este universo las teorías simples ya no funcionan tan bien.

¿Qué idioma habla la mecánica cuántica?

La teoría cuántica es, probablemente, la teoría física más exitosa de la historia. Sus métodos nos han permitido entender el mundo microscópico con un gran nivel de detalle y, en muchos casos, controlarlo. Hoy en día, casi cien años después de su formalización, sigue arrojando predicciones nuevas que los experimentos sistemáticamente confirman, casi sin sombra de duda. Es potente. Es maravillosa. Y hay un consenso casi generalizado en que no terminamos de entenderla.

El problema es que la teoría dice claramente que los sistemas físicos se comportan como si pudieran estar en varios estados a la vez: un único electrón puede participar de varios enlaces químicos, un neutrino se comporta como si tuviera varias masas al mismo tiempo… y un largo etcétera. Acostumbrados al mundo macroscópico estas propiedades nos resultan exóticas, un poco difíciles de digerir. Pero el lío de verdad llega cuando queremos hacer un experimento: resulta que si cogemos uno de estos sistemas que está «en dos estados a la vez» y medimos su estado nos encontramos… solo uno de ellos. Sistemáticamente los experimentos nos dan o el primero o el segundo, pero nunca ambos. Y las matemáticas de la teoría, que describen muy bien el sistema mientras no lo tocamos, no nos dan ninguna pista sobre qué pasa cuando abrimos la caja y miramos lo que hay dentro. En este punto es donde empieza el debate.

La interpretación ortodoxa, y la más aceptada hoy en día, se llama interpretación de Copenhague y fue establecida en el año 1927 por Niels Bohr, Werner Heisenberg, Max Born y otros. Según esta visión las matemáticas de la física cuántica no nos hablan del sistema físico, sino de la probabilidad de que, al medir ese sistema, obtengamos un valor u otro para sus propiedades. De esta manera, la frase «un sistema que está en dos estados a la vez» significa realmente «un sistema cuyas propiedades tienen dos valores posibles». Según la interpretación de Copenhague las matemáticas de la teoría cuántica describen los posibles estados del sistema a partir del conocimiento que tenemos de él. Cuando hacemos un experimento y nuestro conocimiento del sistema cambia hemos de reflejar eso en las matemáticas, eliminando las posibilidades que no hemos encontrado y poniendo todo el peso sobre la que sí hemos visto: este proceso recibe el nombre de colapso, y en él se pierde para siempre toda la información que no ha sido observada en el experimento. La interpretación de Copenhague funciona como un reloj y es, en gran medida, la responsable del éxito de la teoría cuántica. A cambio ha de hacer una severa concesión: que la teoría no habla sobre la realidad sino sobre nuestro conocimiento de la realidad, y sobre cómo evoluciona ese conocimiento.

Esta concesión ha sido muy dura de admitir para muchos físicos, entre ellos Albert Einstein, que fue un firme defensor de la teoría cuántica pero un durísimo detractor de la interpretación de Copenhague. Esta corriente crítica piensa que la física debería describir la realidad, y no algo etéreo y quizá subjetivo, como «nuestro conocimiento». En este contexto se enmarca la interpretación de many worlds de Hugh Everett. Según esta visión, las matemáticas de la física cuántica representan estrictamente la realidad, incluso cuando hablan de varios estados a la vez. Lo que pasa, sencillamente, es que hay más de una realidad, pero nosotros solo experimentamos una. Según Everett, cuando las matemáticas dicen que un átomo puede tener dos energías a la vez hay una «capa de la realidad» en la que el átomo tiene una de ellas, y otra capa en la que tiene la otra. Si no medimos el átomo ambas capas están unidas, y por eso el sistema se comporta como si tuviera dos energías al mismo tiempo. Cuando medimos lo que hacemos es escoger una de esas capas, y esa elección es irrevocable: nosotros seguiremos transitando por esa capa y habrá otra versión de nosotros que habrá encontrado otro valor y que transitará la otra capa y tendrá una vida diferente a partir de ese instante. Esta interpretación recuerda a la idea de universos paralelos, pero es diferente a ella en un punto importante: las diferentes capas de la realidad una vez se han separado no pueden volver a reunirse.

En lo que respecta a los hechos, todas estas interpretaciones son idénticas: en todas obtenemos los mismos valores para las medidas, en todos los sistemas cuánticos se comportan de la misma forma. Solo disienten en cuál es la relación entre las matemáticas de la física cuántica y la realidad física. Son, por tanto, diferencias filosóficas. Es sorprendente que unas matemáticas que generan tanta polémica científica sean, a la vez, tan precisas y tan potentes a la hora de describir lo que vemos en el laboratorio. La mecánica cuántica está, cien años después de su nacimiento, más fuerte que nunca. Y sigue siendo, cien años después, un profundo e irritante misterio.

De hecho, en esa época el universo era tan simple que posiblemente no tenía toda la materia que vemos ahora. Por allá debía de andar este campo, el inflatón, que ni siquiera sabemos si es un objeto elemental o compuesto…

No, pero fíjate que el problema es que probablemente nunca seremos capaces de saberlo. Las predicciones, los números que la gente puede calcular y medir, no dependen de si el inflatón es elemental o es otra cosa. Todo lo que necesitamos saber de él es la forma en que interacciona con la gravedad, y uno puede imitar esas interacciones usando objetos que, microscópicamente, pueden ser muy diferentes. De hecho, la lección más valiosa que podemos extraer es que todos esos modelos terminan dando el mismo resultado, y esto está relacionado con la universalidad de la gravedad de Einstein.

¿Y cómo podemos tener acceso experimental a esa época? Es decir, tenemos el fondo cósmico de microondas, pero sabemos que es muy posterior. ¿Podría conservarse en él algún vestigio de épocas más remotas?

Una de las cosas que podemos intentar obtener de él, y es razonable que podamos lograrlo en los próximos años, es información sobre las ondas gravitacionales primordiales.

Las que el experimento BICEP2 creyó haber encontrado en 2014.

Las que dijeron erróneamente que habían encontrado, así es. En cuanto las publicaron yo ya dije que no podían ser correctas. Creo, de hecho, que hasta hablé de ello en una entrevista en el Süddeutsche Zeitung, así que está en negro sobre blanco. El problema de BICEP2 era que sus medidas entraban en colisión directa con las de Planck. De hecho, era un poco más que eso: Planck, BICEP2 y el modelo cosmológico estándar no podían ser ciertos a la vez, uno de ellos tenía que morir. Y como yo tengo mucha confianza en el modelo y en Planck, BICEP2 tenía las de perder. Y perdió, finalmente, medio año después, cuando Planck publicó sus propias observaciones y descubrió que lo que BICEP2 había visto no se debía a las ondas gravitacionales del universo temprano, sino al polvo de nuestra propia galaxia.

Vale, del fondo cósmico de microondas podemos extraer información sobre estas ondas gravitacionales primordiales. ¿Qué nos aportan, para qué las necesitamos?

Bueno, las ondas gravitacionales no son «necesarias», en el sentido en que podrían serlo las fluctuaciones cuánticas primordiales. El universo podría tener igualmente galaxias, estrellas y vida sin ellas, y todos estaríamos muy a gusto igual. Lo que sí necesitamos para sobrevivir son otros fenómenos gravitacionales, como por ejemplo los que dieron origen a las estructuras. Es incluso posible que la gravedad sea la responsable de la creación del universo, porque estos fenómenos gravitatorios en concreto, a diferencia de las ondas gravitacionales, tienen energía negativa, así que tú puedes empezar con nada, extraer energía de ese reservorio de energía negativa y terminar con un universo de billones de galaxias, cada una de ellas con miles de millones de estrellas.

Pero eso es precioso. Es uno de esos momentos en los que la física se vuelve bella: no solo explica, sino que también inspira.

Desde luego que sí, porque los físicos no existimos solo para la física. La física, como sabes, es la ciencia que aspira a describir la naturaleza de los fenómenos que observamos. Y a cierto nivel se trata solo de una especie de campo de juegos matemático en el que los físicos se divierten persiguiendo esta o aquella idea porque, como ideas, les parecen interesantes. Pero la física no sería una ciencia si no tuviera nada que ver con la realidad, así que en un momento dado hay que relacionar esas ideas con las cosas reales, y de repente estos juguetes que eran abstractos e inofensivos se transforman en el origen del universo, en la razón por la que estamos aquí. Y todo se vuelve mucho más profundo.

¿Y más allá del fondo cósmico de microondas? ¿Hay algo que nos pueda dar un acceso más directo a las primeras fracciones de segundo del universo?

La gente habla sobre diferentes ventanas para acceder al universo temprano. Por ejemplo, la línea de 21 cm del hidrógeno podría darnos información sobre la «edad oscura», que abarca desde los tiempos del fondo cósmico hasta la aparición de las primeras estrellas y de la que no sabemos prácticamente nada. Hay ideas para construir un gran telescopio en la Luna, que esté a salvo de las interferencias de radio de la Tierra. Pero sí, el fondo cósmico de microondas ha sido un éxito científico de tal magnitud, ha permitido tanta exploración y ha producido tantos resultados nuevos… bueno, ya sabes lo que les pasa a las cosas muy brillantes, ¿verdad? Que no suelen vivir demasiado. Como las supernovas: una estrella puede ser más brillante que una galaxia entera, pero no por mucho tiempo. Puede que sea esto lo que está pasando con el fondo cósmico de microondas.

Tengo mucha curiosidad por el entorno en la URSS donde aprendiste física en los años setenta. Tu director de tesis fue Vitali Ginzburg, que es una especie de mito de la física y las matemáticas. ¿Cómo era estudiar allí? ¿Había mucha presión?

No, no, no, en absoluto. Ginzburg era un tipo estupendo, sobre todo porque nunca interfería con mi trabajo. Él siempre me decía: «Mi labor como supervisor nunca es impedir que tú hagas lo que quieres hacer». Pero en realidad Ginzburg se convirtió en mi director cuando yo ya estaba haciendo el doctorado. Antes de eso tuve a otro supervisor, que decidió emigrar por motivos personales. Ginzburg era un hombre muy práctico, siempre dispuesto a ayudar, y yo diría que nunca ejerció nada parecido a presión. De hecho, no tengo la sensación de haber aprendido de él cosas concretas, del tipo «cómo hacer este cálculo», sino las de verdad importantes: cuál es la ciencia verdadera y cómo debe hacerla un buen científico. No cuestiones pragmáticas, sino otras, si quieres, más filosóficas. Él era un hombre que amaba la física y creo que lo que realmente me enseñó fue esa actitud.

¿Y cómo fue que terminaste trabajando en Múnich, en lugar de Rusia?

Ah, bueno. En fin, ya sabes que la Unión Soviética se desintegró, pero seguíamos teniendo que comer todos los días, así que empecé a buscar dónde podía ganar algún dinero. En esa época no era tan sencillo encontrar una fuente de ingresos, ni siquiera para comprar comida, ¿sabes? Una opción era robarlo, todo el mundo robaba en la Unión Soviética. Pero no era robar de la manera trivial, como tú lo entiendes, sino robar del Estado. El Estado se estaba desintegrando y se lo estaban dividiendo entre unos pocos. ¿Y qué pasaba con la ciencia entre tanto? Pues que te podías olvidar de ella. Como sabes, cuando una sociedad pasa momentos difíciles el Gobierno tiende a asfixiar a la ciencia.

Sí, eso es lo que ha pasado en España con esta crisis en la que estamos ahora.

Claro, pero la gente de los Gobiernos debería entender que no puede ahorrar excesivamente a costa de la ciencia, porque si logran destruir su propio tejido científico les va a ser imposible recuperarlo, independientemente de cuánto dinero inviertan. Porque no todo en este mundo es dinero, y hay cosas que por mucho dinero que tengas no puedes comprar. Por ejemplo, la salud, como todo el mundo sabe.

Totalmente de acuerdo. Bueno, alguien me dijo que hay una pregunta de física que no puedo dejar de hacerte: hay dos grandes misterios encerrados en esto de la formación de estructuras. Uno es la transición de lo cuántico a lo clásico, de la que ya hemos hablado, y el otro es lo que se llama reheating, el momento en que en el universo posinflación, que estaba frío y vacío, aparecieron las partículas que conocemos. Así que, ¿de dónde vinieron todas estas partículas que después recibirían la información de las fluctuaciones cuánticas?

Bueno, mira… no sé quién te ha dicho que me preguntes eso [risas]. Hay muchas explicaciones sobre cómo apareció la materia. Desgraciadamente, cuando uno tiene demasiadas explicaciones para algo suele querer decir que no tiene la buena. Por otro lado, este reheating ocurrió en un universo tan temprano y a tan altas temperaturas que parece imposible que vayamos a poder verlo en un experimento. Pero sabemos que lo que quiera que ocurriese fue un proceso microscópico, regido por algún tipo de física de partículas, y eso marca una gran diferencia con la teoría de las fluctuaciones cuánticas, que es un proceso gravitatorio, descrito por la relatividad general. Para entender el primero tienes que conocer las interacciones que están en juego a esas altas temperaturas, mientras que para el segundo te vale la misma teoría que usas para describir las galaxias. De hecho, las fluctuaciones cuánticas empiezan siendo muy pequeñas, pero justo después de terminar la inflación son enormes, gigantescas. Son tan grandes que ni siquiera un rayo de luz puede recorrerlas de parte a parte, o, mejor dicho, a la luz le iba a costar mucho más llegar de parte a parte de uno de estos embriones que el tiempo que llevaba existiendo el universo. Y, como sabes, nada puede moverse más rápido que la luz, así que esto significa que las diferentes partes de los embriones no podían comunicarse entre sí, estaban desconectadas.

Otra manera de verlo es pensar que los embriones, después de la inflación, habían crecido tanto que eran más grandes que el universo observable, y que cualquier cosa que ocurriera en este era de un tamaño ridículo en comparación con ellos. Para referirnos a esta situación decimos que los embriones quedaron «congelados» justo después de la inflación. En ese momento es cuando se produjo el reheating, y los embriones no se enteraron de nada, no queda en ellos ninguna pista de cómo sucedió o quién fue el responsable. Pero ya sabes, a medida que el tiempo pasa la luz va recorriendo regiones cada vez más grandes, y en un momento dado ha pasado tiempo suficiente para que un rayo de luz llegue de lado a lado de un embrión. Entonces decimos que «vuelve a entrar en el universo», se descongelan y empiezan a evolucionar e interaccionar. Los embriones que vemos en el fondo cósmico de microondas, aunque se crearon cuando el universo tenía apenas fracciones de fracciones de segundo, permanecieron trescientos mil años congelados hasta que volvieron a entrar y dejaron su impronta en el universo de esa época.

Esto me parece fascinante, porque las fluctuaciones se originaron en esta época tan temprana, cuando probablemente no existía aún la materia ordinaria, se pasan un tiempo en el congelador y, al final, terminan transmitiéndose a la materia que se ha creado por en medio. Así que estamos viendo unas fluctuaciones que no se originan en la materia, pero las observamos en la materia.

Es verdad que las vemos en la materia, pero lo que estamos viendo realmente es el campo gravitatorio que afecta a esa materia, y hasta cierto punto es irrelevante de qué se compone esa materia. Pero como te he dicho, tal y como yo lo veo hay muchas teorías para explicar cómo apareció toda esa materia, te podría escribir ahora mismo un lagrangiano o dos. La cuestión aquí no es la falta de explicaciones, sino el exceso de ellas. Es como este escritor ruso, Alexander Griboyédov, que escribió una obra de teatro muy buena y también una buena pieza musical. Un día uno de sus criados le dijo: «Tiene usted demasiadas opiniones. Cuando uno tiene tantas opiniones es que realmente no tiene opinión».

Estructuras a partir del vacío cuántico

El universo a gran escala se compone de galaxias y nubes de gas. Estas se agrupan en cúmulos, y después en supercúmulos y densos filamentos como los que vemos en la imagen de arriba. El fondo cósmico de microondas nos revela que esas estructuras surgieron de regiones más densas y menos densas en la nube de gas primordial. Pero ¿cómo se formaron, a su vez, esas regiones? A fuerza de hacer preguntas, como Tomás de Aquino, nos remontamos más y más atrás en la vida del universo. Los trabajos de Mujánov, Hawking y otros a principios de los años ochenta nos proporcionaron un mecanismo científico para llegar hasta el fondo de la cuestión.

La idea fundamental es paradójica: el molde para dar forma a las estructuras nos lo pudo dar… el vacío. La física cuántica nos enseña que el vacío es un estado físico: no es solo la ausencia de partículas, sino el estado en el que está la realidad cuando no hay partículas. Como tal estado, almacena energía, y esta energía se puede medir y tiene efectos físicos que hemos observado en el laboratorio. Sin embargo, el vacío distribuye su energía de forma irregular en el espacio: acumula más en algunas zonas, de forma aleatoria, mientras que en otras hay un déficit. A esta disposición aleatoria, que cambia continuamente, la llamamos fluctuaciones del vacío. Cuando simulamos las fluctuaciones en un ordenador el resultado no es tan diferente a lo que observamos en el fondo cósmico de microondas. ¿Podrían ambos fenómenos estar relacionados? En principio no parece probable, porque uno y otro se diferencian por un importante detalle: las regiones del fondo cósmico miden millones de años luz y las regiones que crea el vacío son microscópicas. ¿Hay alguna manera de hacer crecer estas microrregiones que el vacío cuántico nos regala?

Desde luego que la hay: la inflación, que al principio de la vida del universo transformó objetos minúsculos en cosas gigantescas. Así que la secuencia de los hechos debería ser la siguiente: al inicio del universo, antes de la inflación, no sabemos qué partículas habría, pero fueran las que fuesen también tenían un vacío. Este vacío también creaba zonas microscópicas con un poco más de energía y otras con una ligera carencia. Estas zonas, a su vez, creaban un microcampo gravitatorio: donde había más energía el campo era un poco más intenso, donde había menos era un poco más débil. Entonces, de repente, llegó la inflación: las partículas, el vacío y lo que quiera que allá hubiera fue arrastrado por la expansión del espacio-tiempo y dispersado a lo largo de miles de millones de años luz. Los pequeños campos gravitatorios creados por el vacío también fueron agrandados, hasta darles un tamaño mayor que el de una galaxia. Eran campos extremadamente débiles, pero estaban ahí.

Durante un tiempo el universo no se entera de nada de todo esto: la inflación cesa, las partículas de la materia que conocemos aparecen no sabemos muy bien cómo, y llenan el universo. Y entonces, de repente, se dan cuenta de que hay un montón de campos gravitatorios distribuidos por el espacio: son los que el vacío y la inflación les han regalado. Obedientes, las partículas se van moviendo hacia donde el campo gravitatorio es más intenso, y esas zonas empiezan a acumular materia, aunque muy poco a poco porque son campos muy débiles. El tiempo pasa, se forman los átomos de hidrógeno y hay un gran fogonazo: ha llegado el fondo cósmico de microondas, y en él vemos un retrato fiel de lo que había en el universo: una nube de materia bastante homogénea, pero en algunas regiones se acumula un poco más de materia y están un poco más calientes. El escenario ya está dispuesto para el drama. El resto, como suele decirse, es historia.

Una cosa que he aprendido en nuestra conversación de hoy es esta idea de que la relatividad general de Einstein es una teoría de largo alcance, que sirve para describir cúmulos de galaxias, pero también puede llevarnos hasta el inicio del universo. Nunca lo había pensado de esa manera.

Pues así es. Creo que la cosmología nos ha demostrado que la mecánica cuántica y la relatividad general están presentes desde una escala de 10-27 cm, que es una distancia increíblemente pequeña, billones de veces menor que un átomo, hasta una escala mucho mayor que la de las galaxias, comparable al tamaño del universo. De hecho, con estas medidas de las «inhomogeneidades» en el fondo cósmico de microondas lo que estamos haciendo es examinar experimentalmente la validez de relatividad general + mecánica cuántica en un rango de distancias y energías mucho mayor que el que hemos observado para ninguna otra teoría.

Qué irónico, ¿no? Podemos examinar la gravedad y la mecánica cuántica en un rango de escalas descabelladamente grande, pero, sin embargo, seguimos sin poder diseñar una teoría aceptable de gravedad cuántica.

No, cuidado: no tenemos una teoría de lo que llamamos «gravedad cuántica no perturbativa», pero cuando tú «cuantizas» estas fluctuaciones del campo gravitatorio que luego darán lugar a los embriones de las galaxias eso también es hacer gravedad cuántica. Es verdad que es el régimen más simple de gravedad cuántica, pero en cierta manera es también el más útil, porque nos permite explicar el universo en que vivimos. La gravedad cuántica que todavía no tenemos es la que nos permitiría explicar, por ejemplo, qué ocurre en el centro de los agujeros negros, pero esa pregunta no es tan interesante en términos prácticos porque nadie va a viajar hasta un agujero negro para medir qué ocurre en su centro. Otra cosa que tampoco podemos responder es, si tuviéramos un agujero negro que se está evaporando, emitiendo radiación como Hawking predijo, cuál sería el destino final de ese agujero negro. ¿Se evaporará completamente? ¿Dejará un remanente, un objeto compacto pero estable? Todas estas preguntas, que son preguntas sensatas aunque sean hipotéticas, no sabemos responderlas. Pero si nos atenemos a las cosas que podemos observar y medir creo que tenemos respuesta para prácticamente todas las preguntas de gravedad cuántica perturbativa. Así que cuando la gente habla sobre gravedad cuántica creo que deberían pensar para qué la necesitan, porque argumentar que las teorías deberían ser internamente consistentes normalmente no será suficiente. La física siempre tiene, en un lugar o en otro, huecos, aspectos que la teoría no explica, y eso la convierte en mucho más interesante. La manera de llenar esos huecos es hacer experimentos, porque ninguna teoría puede llenarlos basándose solo en el rigor matemático.

En fin, estamos terminando y hemos estado todo este rato hablando de cosas que hiciste hace treinta y cinco años. ¿Qué has estado haciendo en los últimos tiempos?

Pues muchas cosas interesantes. Después de estos trabajos de los que hemos hablado pasé un tiempo desarrollando la teoría que se deducía de ellos. Lógicamente, cuando eres el primero que hace un cálculo luego tienes que explorar todo tipo de posibilidades que emergen de él. Dediqué un tiempo, por ejemplo, a comprobar que la teoría es autoconsistente. También trabajé durante unos tres años en la interpretación de many worlds de la mecánica cuántica, de la que hemos hablado antes. En el año 85 estuve pensando en pasarme a la computación cuántica, pero al final la cosa no terminó de cuajar. Actualmente me estoy concentrando en los aspectos más matemáticos de las teorías: he trabajado en la geometría no conmutativa de Ali Chamseddine y Alain Connes, por ejemplo. Siempre hay cosas interesantes que hacer en física. No es bueno que toda la comunidad se ponga a correr como loca en una sola dirección. Las mejores cosas las terminas encontrando en los sitios a los que nadie quiere ir. Has de ser original, ese es el secreto. En cierto sentido la física teórica es como la pintura: no solo consiste en encontrar tu propio estilo, sino en encontrar uno que sea útil. Y también has de estar pensando todo el tiempo en cómo cambiar tu estilo. En pintura no hay muchos Picasso Goya, que puedan ir de un extremo al otro de su arte. También en esto la buena física teórica es como la buena pintura.


Nota:

[1] Mujánov está pensando en que antes de la teoría cuántica los físicos se imaginaban los electrones como bolitas de masa con carga, y los átomos como pequeños sistemas planetarios en que esas bolitas giraban alrededor del núcleo debido a la fuerza eléctrica. Pero el electromagnetismo de Maxwell, conocido desde el siglo XIX, dejaba bien a las claras que una carga que gira ha de emitir radiación. Es el principio que hay detrás de las antenas: electrones que se mueven arriba y abajo y que emiten ondas de radio. Los átomos, si fuesen sistemas planetarios, no serían otra cosa que una antena muy pequeña, y los electrones deberían emitir radiación, perder velocidad y estrellarse contra el núcleo. En definitiva, según el electromagnetismo los átomos no deberían existir. La mecánica cuántica resolvió esta contradicción cuando nos descubrió que los electrones no son esferas que giran, sino nubes de carga que están abrazando al núcleo desde todas las direcciones, sin necesidad de movimiento.


Muertes anunciadas: los finales que la ciencia prevé para nuestros vecindarios en el cosmos

Ilustraciones: relajaelcoco

Es un buen momento para nacer. Tenemos medicina, educación, comunicación instantánea a largas distancias y suficiente perspectiva para saber que la mayoría de los humanos no puede acceder a ninguna de ellas. Tenemos también un buen batallón de conocimiento que nos ayuda a entender cuál es nuestra posición en el universo: que somos más bien delicados y que el cosmos es en general hostil para criaturas sensibles como nosotros. Cada paso que damos allá afuera, cada velo que levantamos, nos descubre lugares fascinantes y, habitualmente, mortíferos. Cuando nos decidamos a abandonar este mundo tan acogedor, y eso ocurrirá tarde o temprano, lo habremos de hacer pertrechados con nuestro mejor ingenio porque la física no está dispuesta a ponernos las cosas fáciles.

Prueba de ello es no solo lo que vemos en otros lugares del espacio, sino también lo que empezamos a comprender sobre nuestro entorno en otros momentos del tiempo. La Tierra en el pasado no siempre fue habitable; la galaxia no fue siempre el escenario estable y pacífico que conocemos. Y empezamos a tener herramientas suficientes para predecir que en algún momento del futuro van a dejar de serlo. Este es el viaje que os proponemos en el día de hoy: descubrir que casi nada en el cosmos va a durar para siempre.

Los tiempos que nos encontraremos en este viaje serán a veces muy largos; otras, inconcebibles. Para ayudarnos en el trayecto algunas referencias pueden sernos útiles: la especie humana lleva 200 000 años sobre nuestro planeta; los dinosaurios lo dominaron durante 140 millones de años; los animales y plantas modernos aparecieron hace 600 millones; la vida en la Tierra, hace casi 4000 millones. El Sol y el Sistema Solar llevan existiendo 4600 millones de años, y el origen del universo, el evento que llamamos big bang, nos remonta a hace 13 800 millones de años.

Armados solo con estos pocos números y algo de física vamos a imaginar el futuro. Es realmente un buen momento para haber nacido. Aunque solo sea para ver desde la barrera cómo el universo se desintegra.

El fin de la vida en la Tierra

La primera parada de nuestro viaje no nos lleva muy lejos: 800 millones de años en el futuro. Algunas cosas en nuestro planeta han cambiado, como la forma de los continentes y las constelaciones en el cielo. Los días y las noches son más largos; el aire es húmedo y hace algo de calor. De vuelta al cielo, el Sol parece un poco más grande y brillante de lo que estamos acostumbrados; la Luna, en cambio, se ve un poco más pequeña. Pero lo más perturbador es que la Tierra parece vacía. Los continentes son marrones, grises y amarillos. Los océanos siguen ahí, pero son solo eso: agua. Parece como si estuviéramos ante una mala imitación, un experimento en el que algo salió dramáticamente mal. Cuesta reconocer en este desierto silencioso lo que durante millones de años había sido un vergel.

La explicación nos enseña que las leyes de la naturaleza no siempre juegan a nuestro favor. Como sabéis, las plantas son el sustento de casi toda la vida en nuestro planeta. Ellas toman luz del Sol y CO2 de la atmósfera y los transforman en azúcares que luego se pueden comer. Se los comen ellas… y nos los comemos nosotros, claro. Las plantas no son los únicos seres capaces de transformar materia inorgánica en comida, pero sí son las que han aprendido a hacerlo de forma más eficiente. Podríamos decir que para ellas el CO2 y la luz son, en cierta manera, una forma muy cruda de comida que han aprendido a digerir.

En el futuro una conspiración que involucra a nuestra estrella y a la química atmosférica hará que el imprescindible CO2 sea un recurso cada vez más escaso. El Sol, en su evolución natural como estrella, está aumentando su brillo de forma lenta pero continua: cada 100 millones de años su luminosidad aumenta un 1 %. Aquí en la Tierra hay un proceso químico que es sensible a la temperatura: el ciclo del carbonato-silicato extrae CO2 de las rocas cuando las temperaturas son bajas y transforma el CO2 en piedras cuando son altas. Es un proceso muy lento, tarda medio millón de años en actuar, pero solemos pensar en él como una especie de termostato geológico: si hay mucho CO2 en la atmósfera y el efecto invernadero calienta el planeta, el ciclo secuestra el CO2 en forma de piedras para que bajen las temperaturas; si hace frío, lo libera y las temperaturas suben.

La conjunción de estos dos factores será fatal para la vida vegetal de la Tierra: el aumento en la luminosidad del Sol calentará el planeta; fiel a su programación, el ciclo del carbonato-silicato empezará a convertir CO2 de la atmósfera en piedras. Pero ahora no porque haya un efecto invernadero demasiado fuerte, sino porque el Sol está calentando la Tierra, y el Sol no va a dejar de hacerlo. Ciegamente, el ciclo retira más y más CO2 del aire y las plantas empiezan a notar que les falta comida.

No todas las plantas se ven afectadas inmediatamente. Las primeras en caer son las que utilizan la fotosíntesis de los tres carbonos, que es menos eficiente y necesita más CO2. Este grupo incluye el 90 % de las especies actuales, incluyendo todos los árboles. Durante millones de años todas esas especies languidecen hasta extinguirse, más o menos dentro de 600 millones de años. Tal vez algunas evolucionen hacia fotosíntesis más eficientes y logren llegar un poco más lejos.

También resistirán un poco más las plantas que emplean fotosíntesis de cuatro carbonos, como muchas hierbas y la mayoría de los cactus. Durante un periodo que puede parecer largo, de 200 millones de años, se convierten en las plantas dominantes del planeta. Pero ese periodo tiene un final anunciado: el Sol sigue aumentando su brillo y el carbonato-silicato sigue retirando CO2 del aire. Al llegar a la Tierra de dentro de 800 millones de años la atmósfera es tan pobre en CO2 que ninguna planta conocida puede sobrevivir. Es posible que algún grupo encuentre una fotosíntesis todavía mejor, será sin duda un momento apasionante para la biología evolutiva, pero el fin está sellado.

Con las plantas mueren los animales. Es una extinción lenta, programada, nada que ver con la de los dinosaurios. En algunos lugares a lo largo de la Tierra algunas especies de bacterias y arqueas sobreviven: obtienen su comida de otra manera, menos dependiente del CO2. Las bacterias siempre han sido las grandes inventoras del árbol de la vida; encontrarán, sin duda, una manera de resistir hasta el final, pero es difícil que logren llenar el planeta de vida como lo han hecho las plantas durante más de 1000 millones de años. El tiempo de la vida está llegando a su fin, y esto es solo el principio.

El fin del sistema solar

La frágil superficie terrestre, como hemos visto, es muy sensible a los cambios en nuestro entorno, incluso a los pequeños: un poco más de luz solar puede ser suficiente para cambiar el clima, o la química de la atmósfera. En comparación, nuestro vecindario planetario es extremadamente estable: nació hace 4600 millones de años y, aunque tuvo un periodo inicial un poco convulso, viene presentando la misma cara en los últimos 3800 millones. Un planeta gigante, Júpiter, domina la escena; otros siete, de los cuales cuatro son muy pequeños, ocupan órbitas privilegiadas; y un gran número de cuerpos menores, que se ven sometidos a la dictadura de los planetas, habitan varias regiones en el interior y el exterior del sistema. Este paisaje perdurará todavía durante otros 7500 millones de años.

La razón de que nuestro club planetario sea tan estable es muy sencilla: la fuerza que domina todo el sistema solar es la gravedad, y la práctica totalidad es ejercida por el Sol. El Sol contiene el 99,9 % de la masa de nuestro sistema, y el otro 0,1 % es básicamente Júpiter. Este reparto hace imposible que ningún planeta pueda disputarle a Júpiter la primacía, y el propio Júpiter es irrelevante comparado con el Sol. El poder absoluto, en definitiva, es garantía de estabilidad. Pero cuidado, porque el razonamiento puede leerse también al revés: si el poder central flaquea todo el sistema se tambaleará. Nuestro Sol no es eterno, y todo lo que le pase va a tener consecuencias para el resto de la familia.

En la actualidad el Sol vive la etapa más estable de su vida. En su núcleo, el hidrógeno calentado hasta 15 millones de grados se fusiona, forma helio y libera calor. Pasará otros 7000 millones de años en esta fase, durante los cuales lo más noticiable será que el núcleo del Sol se volverá más denso, a medida que acumula helio. Más denso significa más pequeño, así que las capas que están encima del núcleo irán cayendo a profundidades mayores, donde la gravedad es más intensa. Aplastadas por la gravedad, esas capas se calentarán y empezarán a fusionar el hidrógeno más rápido: el Sol, como ya sabíamos, irá haciéndose poco a poco más brillante. Esto, que tendrá consecuencias catastróficas para el clima de la Tierra, no afectará demasiado al sistema solar.

La situación empezará a caldearse cuando el Sol abandone su fase de madurez, dentro de 7000 millones de años: con un núcleo de helio cada vez más grande pero una temperatura demasiado baja para que fusione, toda la región interior del Sol quedará a merced de la gravedad, que la aplasta con fuerza. Además del núcleo también se comprimen las capas superiores donde se está fusionando el hidrógeno. Esas capas alcanzan temperaturas tan altas que el calor procedente de la fusión empuja a las capas externas hacia fuera. El Sol empieza a crecer hasta convertirse en un leviatán un millón de veces más grande de lo que es hoy: es una gigante roja. En el proceso engulle al pobre Mercurio, que solo pasaba por allí. Quizá también a Venus.

En la fase de gigante roja la superficie del Sol está sometida a tanta presión desde el interior y está tan lejos del núcleo que la gravedad no puede contenerla. Empieza, literalmente, a evaporarse, y las partículas que salen de ella a toda velocidad forman un potentísimo flujo, el viento solar. A lo largo de 200 millones de años el Sol pierde hasta el 50 % de su masa de esta manera. Los planetas que no tienen un campo magnético poderoso son barridos por el viento y pierden sus atmósferas. La Tierra, Marte y Venus, si es que aún existe, sufrirán este destino.

A medida que el Sol pierde masa otro fenómeno tiene lugar: los planetas, que se movían a la velocidad adecuada para contrarrestar la gravedad solar, se encuentran con cada vez menos gravedad. Visto de otra manera, van demasiado rápido para este nuevo Sol cada vez más ligero. Como consecuencia empiezan a «escapar», alejándose del Sol. Ninguno podrá huir del sistema solar de esta manera, pero todo el sistema planetario reculará, alejándose a medida que su líder se descompone.

El Sol vivirá varios de estos episodios. En los últimos, que durarán menos de 500 000 años, las reacciones nucleares se encenderán violentamente alrededor del núcleo y, como una convulsión, expulsarán todo el material que haya por encima. Terminados estos estertores en el centro del sistema solar solo quedará el núcleo de la antigua estrella, extremadamente caliente pero no lo suficiente como para continuar las reacciones de fusión. A su alrededor quedará una hueste de planetas consumidos, azotados durante millones de años por vientos estelares y privados de su principal fuente de energía. Este es el aspecto que tiene un sistema planetario moribundo.

El fin del Sol

Aun después de arrasar el vecindario, el Sol seguirá brillando. Ya no será una «estrella» en el sentido habitual, porque no habrá reacciones nucleares en su interior. Será una bola caliente de carbono y oxígeno, más o menos del tamaño de la Tierra, pero con tanta masa como la mitad de una estrella: un objeto ultradenso conocido como enana blanca. De su etapa de estrella heredará una temperatura de millones de grados, pero hasta eso es insuficiente para encender el horno nuclear del carbono y el oxígeno, así que permanecerá como una esfera inerte que poco a poco va radiando su calor hacia el espacio.

Este es el futuro que les aguarda a muchas estrellas, a todas aquellas que son ligeras y no terminan su vida en una explosión de supernova. Las enanas blancas son uno de los tres tipos de remanente estelar, lo que queda cuando la estrella ha agotado su combustible nuclear. La historia es siempre parecida: sin reacciones nucleares para frenar a la gravedad esta aplasta el cuerpo de la estrella y el aplastamiento desencadena una reacción violenta. Las estrellas pequeñas, como nuestro Sol, dejan una enana blanca después de vomitar sus capas externas; en las estrellas grandes la reacción es mucho más dramática e involucra una gran explosión, una supernova. En este último caso el remanente puede ser una estrella de neutrones, si la masa inicial era moderada, o un agujero negro, una región del espacio en la que la gravedad es tan intensa que nada puede escapar.

Es tentador pensar en los remanentes estelares como «cadáveres de estrellas», objetos inertes que ya han recorrido su vida útil y no tienen nada interesante que hacer más allá de surcar el espacio silenciosamente y apagarse poco a poco. No nos equivoquemos. Los tres tipos de remanente son cuerpos muy densos y con campos gravitatorios intensos, y lo que mejor se les da es engullir cualquier cosa que se encuentren en su camino. Las enanas blancas pueden robarle materia a otra estrella y, al calentarla, desencadenar explosiones extremadamente violentas; las estrellas de neutrones, si consiguen engordar por encima de tres veces la masa del Sol, se convierten en agujeros negros. Y los propios agujeros negros no tienen límite conocido para su apetito; además, como veremos, les aguarda mucho protagonismo en los capítulos finales de la historia del universo.

Pero la importancia de los remanentes estelares no termina en las aventuras que puedan tener por su cuenta: su misma existencia afecta a la evolución del universo. Cuando una estrella nace recoge material de una nube de polvo y lo calienta hasta que empiezan las reacciones nucleares. Cuando muere parte de ese material es devuelto al medio interestelar, pero otra parte se queda secuestrado dentro de los remanentes. La materia de una enana blanca o una estrella de neutrones difícilmente servirá para que nazcan nuevas estrellas. Así que, poco a poco, con la muerte de cada estrella, la materia prima se va agotando. El universo está en una carrera que lo lleva únicamente a un destino: el nacimiento de la última estrella. Estimamos que ese evento tendrá lugar dentro de 100 billones de años. Para que nos hagamos una idea, el tiempo transcurrido desde el big bang es solo un 0,01 % de esa cantidad. La última estrella nos espera en un futuro extraordinariamente remoto, es verdad, separado de nosotros por un muro de tiempo casi inconcebible, pero inquietantemente finito.

El universo no terminará con la luz de la última estrella. En un cosmos sin estrellas vivas todavía habrá una fuente de luz: las enanas blancas, brillando como luciérnagas en un espacio cada vez más oscuro. Las que no se hayan destruido en alguna colisión fortuita y tampoco hayan engordado lo suficiente para destruirse a sí mismas seguirán enfriándose cuando la última estrella se apague. Por aquel entonces la mayoría de ellas estarán tan frías que solo serán brillantes en las microondas o en las ondas de radio: primero habían sido blancas y azuladas, después rojas, pero ahora se habrán convertido en enanas negras, y tal vez por entonces sean los objetos más abundantes del cosmos.

Poco a poco, parsimoniosamente, seguirán enfriándose. En el futuro de dentro de 1000 billones de años la mayoría de las enanas negras, incluyendo la de nuestro Sol si es que sigue existiendo, apenas estarán un par de grados por encima del cero absoluto. Y seguirán enfriándose. Tal vez tengan toda la eternidad para hacerlo.

El fin de la Vía Láctea

Las galaxias tampoco son eternas. Y ojo, no me refiero a que chocan y se fusionan y dan lugar a galaxias gigantes. Seguramente habréis leído que la Vía Láctea y la galaxia de Andrómeda van a colisionar en un futuro a medio plazo. Algunos hasta han buscado un nombre para la futura galaxia: «Lactómeda», un término que no es menos Frankenstein que el objeto al que se refiere. Pero aun estas galaxias gigantes siguen siendo, al fin y a la postre, galaxias. Debo insistir: ninguna galaxia es eterna. Y para desmantelarlas solo necesitamos las leyes de Newton.

¿Qué es una galaxia, en definitiva? Una isla de estrellas en medio del espacio. Pero hemos dicho hace un momento que esas estrellas tienen fecha de caducidad: a lo largo de los próximos 1000 billones de años todas las galaxias del universo van a ir sustituyendo sus componentes estelares, calientes y brillantes, por enanas blancas, estrellas de neutrones y agujeros negros, remanentes mucho más fríos y oscuros. Un habitante del mundo de dentro de 1000 billones de años, si es que tal cosa existe, posiblemente diría que una galaxia es «uno de esos enjambres de objetos fríos que orbitan en torno a un centro común». Las galaxias van a cambiar de cara; a medida que el universo se apaga ellas también van a hacerse frías y oscuras, quizá iluminadas de tanto en tanto por la colisión de dos cuerpos despistados que tuvieron mala suerte. Podríamos argumentar que una galaxia apagada ya no es una galaxia, es otra cosa. Pero para lo que hemos venido aquí nos va a dar igual: esa «otra cosa» va a morir también.

La razón es insultantemente sencilla. En esos enjambres de objetos, ya sean fríos o calientes, cada uno sigue su propia órbita alrededor del centro. Según el tipo de galaxia de que estemos hablando, esas órbitas estarán confinadas en un disco más o menos plano o serán más libres, y todas juntas configurarán una esfera o un elipsoide. En cualquiera de estos casos, ocasionalmente uno de los miembros del enjambre pasará cerca de otro. Si la cercanía es suficiente podrán interaccionar a través de la gravedad: tirarán el uno del otro como si una cuerda los mantuviera unidos, y cuando se alejen esa «cuerda gravitatoria» se esfumará. Como resultado del encuentro sus velocidades habrán cambiado: normalmente el más ligero habrá ganado velocidad y el más pesado la habrá perdido; el primero, gracias a su velocidad extra, se alejará un poco del centro galáctico; el segundo, con menos energía para oponerse a la gravedad, caerá un poco hacia el interior de la galaxia.

Estos encuentros solo ocurrirán muy de vez en cuando, pero lo bueno del universo es que tiene todo el tiempo del mundo. Después de muchos de estos eventos de ballet gravitatorio los cuerpos ligeros conseguirán suficiente velocidad para escapar de la gravedad de la galaxia, mientras que los pesados se acumularán cada vez más en el centro. Cómo ocurra esto exactamente depende de la composición inicial de la galaxia, pero estimamos que más del 90 % de los objetos serán expulsados y la galaxia se reducirá a una fracción de su masa inicial concentrada en una nube esférica alrededor del centro. Serán necesarios cerca de 100 trillones de años para alcanzar esta configuración. Durante ese tiempo la idea de pasar una tarde emocionante consistirá en ver a una enana negra pasar a medio año luz de otra.

El epílogo de esta historia lo cuentan los cuerpos que todavía permanecen en órbita alrededor del centro galáctico. Como los encuentros cercanos han seleccionado a los objetos más pesados de la galaxia, la nube esférica está llena de agujeros negros. Y ya sabéis lo que se les da bien a los agujeros negros: poco a poco irán recolectando cualquier otro cuerpo que se acerque demasiado a ellos; cuando sean dos agujeros negros los que se encuentren frente a frente se fusionarán y formarán otro agujero negro mayor. En un tiempo muy breve este proceso escalará, y lo que quedaba de la galaxia se convertirá en un solo y gigantesco agujero negro, con una masa equivalente a billones de soles y un tamaño mayor que el del sistema solar. Este será el fin de las galaxias: solo quedarán cuerpos fríos flotando libres por el espacio intergaláctico y en el centro un solitario monstruo hambriento.

El fin del universo

Después de la muerte de las galaxias la estructura del universo se ha vuelto bastante más simple. Esencialmente tenemos dos clases de objetos: los agujeros negros y los que intentan no caer en un agujero negro. Y por una vez la física conspira para salvar a los segundos en lugar de para destruirlos. La expansión del universo es tan eficiente separando regiones del cosmos que cuando llega la época en que las galaxias se desintegran cada una de ellas ya está aislada en su pequeño pedazo de universo. La galaxia más cercana siempre queda tan lejos, y el espacio que las separa se expande tan rápido, que haría falta moverse más rápido que la luz para llegar de la una a la otra. Como ningún objeto material puede moverse más rápido que la luz, los cuerpos que van siendo eyectados de las galaxias saben que no se van a encontrar con nadie en su camino. Tampoco pueden volver, porque han escapado a la gravedad de su galaxia. Simplemente se adentran en el espacio intergaláctico, más vacío y oscuro que nunca, y se pierden para siempre.

Entre tanto, los agujeros negros supermasivos que han engullido lo que quedaba de las galaxias han terminado su festín y no les queda nada para comer. En el universo que pueden ver lo único que hay es cuerpos ligeros huyendo a toda velocidad y una gran enormidad de espacio vacío. La física en este punto se vuelve incierta: ¿qué le sucede a un agujero negro con el paso de cuatrillones o de quintillones de años? No podemos estar seguros, porque hemos observado pocos agujeros negros y siempre de forma indirecta. Es posible que un agujero negro aislado simplemente pase a un estado de latencia del que nunca despierte. En ese caso la historia del universo terminaría aquí, con muchos agujeros negros dormidos por toda la eternidad.

Pero hay otra posibilidad. En 1974 Stephen Hawking nos regaló un cálculo según el cual los agujeros negros deberían evaporarse. En ese trabajo describía que cuando se forma un agujero negro el espacio a su alrededor se llena de partículas de forma espontánea. Estas partículas, llamadas radiación de Hawking, parecen radiar del agujero negro, y en principio aparecen de la nada. Como sabemos que la materia no puede aparecer de la nada, la única opción es que esas partículas le estén robando energía al agujero negro. Literalmente, el agujero negro se va consumiendo mientras su masa escapa al espacio en forma de radiación. Si Hawking está en lo cierto los agujeros negros deberían ser de todo menos negros.

No sabemos si la radiación de Hawking es real, pero si lo fuese los agujeros negros no serían eternos: se evaporarían, llegaría un momento en que consumirían toda su masa. El cálculo de Hawking es muy concreto en este sentido: cuanto más pequeño es el agujero negro más caliente es la radiación que emite y más rápido se evapora. Por ejemplo, un agujero negro con tanta masa como un asteroide de buen tamaño brillaría de color rojo, como una estrella fría. Lo que lo diferenciaría de una estrella es que sería del tamaño de un virus y que aun así tardaría en evaporarse casi un sextillón de años.

Ahora volvamos a nuestros agujeros negros galácticos e imaginemos que se evaporan a través de la radiación de Hawking. De repente todo un capítulo de la historia del universo, el más largo de todos, los tiene a ellos como protagonistas. Solos en medio del cosmos, empiezan extremadamente fríos, emitiendo partículas de tan baja energía que ni siquiera las podríamos detectar. Pasan en este estado un tiempo tan largo que es casi delirante: un hexadecillón de años, uno de los tiempos más amplios imaginados por la física. Pero poco a poco, con paciencia, van perdiendo masa y calentándose. Durante otro periodo extremadamente largo están literalmente calientes, emiten en el infrarrojo. Después se vuelven rojos, blancos y azules a medida que se van haciendo más pequeños que una bacteria, que una molécula, que un átomo. Y finalmente, en una etapa efímera de sus vidas, estallan en una pequeña explosión de rayos gamma. Del monstruo inicial ya no queda nada.

Con esto, el universo llega a su fin. Todo lo que queda en él es radiación dispersándose en todas direcciones y un puñado de objetos fríos aislados en medio del espacio vacío. Así es como lo vemos hoy, pero ya estamos esperando a saber qué cambiará con lo que aprendamos mañana.

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Para saber más:

Adams, G. Laughlin, «A Dying Universe: The Long Term Fate and Evolution of Astrophysical Objects», Reviews of Modern Physics, 69, 337 (1997).


John Michell, el olvidado padre de los agujeros negros

Agujero negro, escena de Interestellar, 2014. Imagen: Warner Bros Pictures.

Supongamos que las partículas de luz son atraídas de la misma manera que todos los demás cuerpos con los que estamos familiarizados, (…) de lo que no puede haber duda razonable siendo la gravedad, hasta donde sabemos o tenemos razones para creer, una ley universal de la naturaleza. Bajo esta suposición, si hubiese cualquier estrella cuya densidad fuese lo bastante grande, (…) toda luz emitida por ese cuerpo volvería hacia él por causa de su propia gravedad. (Carta de John Michell a Henry Cavendish, 1783).

Es posible por lo tanto que los más grandes cuerpos luminosos del universo sean, por esta causa, invisibles. (Simon Pierre LaPlace, Le Système du Monde, 1796).

Entre los hombres de ciencia en la Inglaterra de la segunda mitad del siglo XVIII, hubo uno especialmente notable por el amplio rango de su genio y la originalidad de sus métodos de investigación. (…) Aunque muy respetado y estimado por sus contemporáneos, apenas ha recibido de las subsiguientes generaciones el reconocimiento al que el mérito de su trabajo, sin duda, le da derecho. (Archibald Geikie, Memoir of John Michell, 1918).

Las ideas que un día fueron novedosas parecen más fáciles de entender cuando alguien ha conseguido entenderlas y explicarlas antes. Un vehículo con ruedas se nos antoja la manera más lógica de transportar peso a lo largo de un camino, pero solo se entiende esa lógica una vez la rueda ya ha sido inventada y adoptada, cosa que no sucedió al mismo tiempo en todos los lugares del mundo. Lo que hoy juzgamos obvio porque crecemos aprendiéndolo como una verdad indiscutible, no siempre fue tan obvio, excepto para un reducido puñado de mentes excepcionales. Una persona del siglo XXI puede pensar que los principios básicos para describir la realidad que Euclides enunció en su obra Los elementos son poco menos que perogrulladas y, sin embargo, ideas como que «una línea recta puede ser dibujada usando dos puntos cualesquiera» requirieron de un talento superior para ser concebidas y reconocidas como verdades fundamentales. La mente humana no encuentra gran problema en asimilar ideas ya elaboradas, pero producir nuevas ideas es un logro tan difícil que algunos razonamientos que ahora nos parecen muy simples apenas fueron entrevistos por unos pocos individuos a lo largo de los siglos, hasta que el resto de la humanidad por fin estuvo preparado para compartirlos. Esto es así en todas las disciplinas humanas. ¿Quién no ha escuchado decir sobre los cuadros cubistas de Picasso que «eso lo podría hacer yo»? Pero se necesitó un Picasso para realizar por primera vez un trabajo cuyos principios otros encontraren fáciles de comprender e imitar. Por ello, a quien consigue la hazaña de producir conocimientos nuevos lo llamamos «genio», título honorífico que procede del latín gignere, «engendrar». Cuando repasamos la historia de las ideas, lo de menos es que un genio acierte en todo; si ha sido el primero en formular una idea que anticipaba o posibilitaba nuevas formas de pensar, no importa que esa idea se demostrase errónea después, pues de igual modo su autor merecía la inmortalidad.

En 1914, cuando estalló la Primera Guerra Mundial, se alistó en el ejército uno de los físicos y astrónomos alemanes más brillantes de su tiempo, Karl Schwarzschild. Acababa de cumplir cuarenta años, una edad más que inusual para un recluta. Aún peor: al vestir el uniforme abandonaba una fructífera carrera científica en la que había abarcado con admirable versatilidad diversos ámbitos del conocimiento humano. Pero ni siquiera la crudeza de las batallas pudo detener su producción intelectual. Mientras servía como oficial de artillería, participando en aquellas carnicerías que terminarían asustando a la propia historia —de largo curtida en toda clase de horrores—, Schwarzschild continuó generando ideas nuevas. Aprovechaba los tiempos inertes entre un combate y el siguiente para cambiar los cañones por lápiz y papel, dedicando las horas de su descanso a analizar con entusiasmo la teoría de la relatividad general que su colega Albert Einstein acababa de presentar al mundo. A finales de 1915, el propio Einstein recibió una carta enviada desde las trincheras; en ella Schwarzschild le ofrecía la solución a las «ecuaciones de campo» que Einstein, el futuro premio nobel, no había desentrañado todavía. El ahora soldado decía: «Como verás, la guerra me ha tratado lo bastante bien como para, pese al intenso fuego, permitir que me aleje de todo ello y pueda emprender este paseo a través del país de tus ideas». Einstein, muy sorprendido, respondió con otra misiva, alabando el hallazgo con tono de admiración: «No esperaba que alguien pudiera formular la solución exacta del problema de una manera tan simple». Prometía también que en cuestión de días él mismo presentaría el descubrimiento al mundo científico, ya que Schwarzschild, destinado en el frente ruso, no podía hacerlo por sí mismo. Por desgracia, Karl Schwarzschild no regresó con vida de la guerra. Estando en las trincheras desarrolló una rara enfermedad autoinmune, el pénfigo, que produce ampollas en la piel y las mucosas, y que sin un tratamiento adecuado lo condujo a una miserable muerte.

El último trabajo de Schwarzschild, desarrollado como vemos en las más insólitas y duras circunstancias, ofrecía el soporte matemático sobre el que concebir un objeto cuya masa fuese tan grande que su «velocidad de escape» fuese incluso superior a la velocidad de la luz. Siendo la velocidad de escape aquella que cualquier cuerpo debe alcanzar para abandonar un campo gravitatorio, Schwarzschild deducía que ni siquiera la luz, el ente más veloz concebido por la física, podía correr lo bastante como para escapar de las fauces del hipotético monstruo cósmico. Un monstruo en cuya existencia real, por cierto, Einstein nunca creyó. Aunque impresionado por las implicaciones que ofrecía la resolución de las ecuaciones de campo, Einstein pensaba que ese supuesto Gargantúa espacial que tragaba toda luz era más un bello artefacto abstracto emergido de las matemáticas que un astro presente en el espacio. Algunos colegas suscribieron su escepticismo; otros sospechaban que Einstein, quizá, podía estar equivocado. Los argumentos a favor y en contra acerca de la realidad de los insondables pozos gravitatorios de Schwarzschild se sucedieron durante décadas. No fue hasta los años sesenta que la astrofísica irlandesa Jocelyn Bell Burnell descubrió las primeras estrellas de neutrones, haciendo sospechar que los monstruos podían ser reales. El estadounidense John Wheeler sugirió un nombre quizá inexacto, pero sin duda muy poderoso, con el que bautizar a esa clase de voraces demonios: «agujeros negros». Hoy ya sabemos que tales criaturas están ahí fuera.

Como se ve, el concepto de los agujeros negros parece algo propio del siglo XX, algo derivado de la física einsteniana. Sin embargo, mucho tiempo atrás, en el siglo XVIII, un científico inglés llamado John Michell sugirió por primera vez su existencia. A ojos de casi todos sus contemporáneos la ocurrencia era muy extravagante; de hecho fue desestimada como mera curiosidad y así permaneció ignorada durante otros doscientos años. Hoy, por fin, la figura de Michell ha resurgido como la de un nuevo Demócrito, aquel filósofo griego que hace dos mil quinientos años sugirió que la materia estaba compuesta de «átomos». Michell también se anticipó a su época, más por intuición genial que por un auténtico conocimiento de los verdaderos mecanismos del cosmos. Aun más, la existencia de los agujeros negros no fue el único hallazgo histórico del polifacético Michell; sus aportaciones en varios campos de la ciencia fueron el producto de una mente versátil y fructífera como pocas que haya conocido la humanidad en los últimos dos o tres siglos. El hombre que predijo la existencia de los agujeros negros —¡en 1783!— debería haber gozado de una universal fama póstuma, pero además de su escaso interés por promocionar sus descubrimientos durante su vida, la precocidad de sus concepciones le hizo pagar un precio de cara a la posteridad. En los últimos tiempos, por fortuna, se le ha empezado a hacer justicia. Sus hazañas intelectuales, algunas de las cuales no han sido valoradas hasta nuestros días, ya nunca dejarán de asombrarnos.

Un talento renacentista

John Michell nació en la Navidad de 1724, en la misma época en que murió su compatriota Isaac Newton. Michell, como Newton, era un hombre muy religioso, aunque parece ser que poco dogmático. Ejerció como profesor en la Universidad de Cambridge y durante sus trece años de estancia dio buena muestra de la amplitud de su talento, impartiendo una pléyade de asignaturas siempre al máximo nivel (aritmética, teología, geometría, griego o hebreo), mientras ejercía otros puestos administrativos en la institución y ya de paso tenía energía para obtener sendos títulos superiores en Arte y Estudios Religiosos. El más importante de todos sus cargos académicos en Cambridge fue quizá la cátedra de Geología, disciplina por la que, junto al estudio del magnetismo, obtuvo su prestigio profesional y sería recordado en tiempos posteriores, al menos hasta que la comunidad científica comprendió la magnitud de sus aportaciones en física y astronomía. No se sabe mucho sobre Michell a nivel personal; ni siquiera se conservan retratos suyos, suponiendo que alguna vez encargase alguno. Un colega escribió una breve descripción que se ha conservado entre los archivos del Museo Británico: «John Michell es un hombrecillo bajito, de complexión morena, y gordo. No siendo conocido suyo, poco puedo decir sobre él. (…) Se le estima como un hombre muy ingenioso y un excelente filósofo [científico]. Ha publicado algunas cosas en ese sentido, sobre magnetismo y electricidad». También han llegado hasta nosotros comentarios sobre su constante actividad de investigación en Cambridge; al parecer, cuando no estaba dando clases o ejerciendo tareas administrativas, se encerraba en el laboratorio, donde con gran habilidad diseñaba aparatos para realizar experimentos sobre materias de lo más diverso. Abandonó su puesto en la universidad cuando se casó y contra pronóstico aceptó ejercer la rectoría en una iglesia anglicana rural. Una vez viviendo en el campo demostró poco interés por hacer que sus trabajos se publicasen —cosa que hacía muy de vez en cuando— y su único afán era el de comunicar cada descubrimiento a sus amigos mediante correspondencia privada. Eso no impidió que gozara de fama y respeto entre la comunidad científica: viajaba a Londres con cierta asiduidad y trabó amistad con eruditos como Henry Cavendish, el descubridor del hidrógeno, y Joseph Priestley, descubridor del oxígeno. Cuando no se dignaba aparecer por la capital eran los científicos famosos quienes iban a visitarle a su casa (por ejemplo, el inventor y político estadounidense Benjamin Franklin fue uno de quienes quisieron ir a conocerlo). Pese a su reticencia a cultivar de modo activo cualquier tipo de fama, Michell gozó de un enorme prestigio entre los científicos de su tiempo.

El respeto que inspiraba se debía a lo agudo de sus intuiciones, que en aquella época solían ser revolucionarias. Desde la perspectiva del siglo XXI sabemos que algunas de sus ideas geniales se basaron en principios erróneos, pues la ciencia puntera de su época todavía estaba descubriendo los mecanismos fundamentales de la naturaleza y las concepciones que se tenía sobre el mundo no siempre continuaron siendo válidas. Pero esto es algo que puede aplicarse también a Newton, a Einstein y cualquier otro científico que abordase facetas novedosas en su disciplina. Lo relevante es que algunas de aquellas predicciones producen pasmo no solo por el parecido con realidades científicas que hoy se tienen como indiscutibles, sino por haberlas realizado con medios arcaicos y partiendo de una visión del universo que ya es obsoleta. Un buen ejemplo es su trabajo geológico; Michell gustaba de pasear y realizar excursiones para estudiar los estratos del terreno. Sus observaciones contribuyeron a la comprensión de la corteza terrestre y fue, de hecho, uno de los padres de la sismología moderna. Destacó su concepto del mecanismo de los terremotos; no acertó en todo, pero su trabajo allanó el camino a los investigadores que llegaron después.

Maremoto posterior al terremoto de Lisboa de 1755. Ilustración de Georg Ludwig Hartwig, 1887.

En 1755 toda Europa quedó horrorizada por la noticia del terrorífico terremoto de Lisboa, un cataclismo que terminó con la vida de unas doscientas mil personas en Portugal, España y Marruecos, y cuya potencia hoy se estima en un 8.5 o 9 de la escala Richter. Estudiando las crónicas y registros del suceso, Michell llegó a diversas conclusiones sobre los movimientos sísmicos. Dedujo que estaban producidos por el vulcanismo y sugirió una explicación que hoy sabemos errónea pero que sin duda era elegante: imaginó que la lava de los estratos inferiores, al calentar el agua subterránea, estaría creando vapor en grandes cantidades. Cuando este vapor no encontraba una salida, la presión que ejercía sería la única fuerza lo bastante fuerte como para generar fuertes movimientos en la corteza. Aún más llamativo es que tuviese otra intuición, en este caso más certera, cuando después de estudiar la distribución geográfica de los terremotos sugirió que podrían estar relacionados con las fallas, aquellos lugares en donde la corteza terrestre, uniforme en casi todo el territorio, presentaba fisuras. También fue el primero en afirmar que los terremotos no se limitaban a movimientos vibratorios de temblor localizados en regiones concretas, sino que asimismo se desplazaban en forma de ondas que llegaban a lugares mucho más alejados. Así, calculó que el epicentro del gran terremoto de Lisboa se había encontrado en el fondo marino del océano Atlántico, y de paso proporcionó la primera descripción moderna del mecanismo de los tsunamis. Cuando Michell publicó estas conclusiones en una revista de 1760 tenía treinta y seis años; aquel artículo fue uno de los grandes artífices de su prestigio y el logro científico que más laureles le conllevó en vida. La geología continuó siendo una de sus grandes pasiones hasta su muerte.

Otro de los motivos por los que sus colegas le tenían tanto respeto fue la importancia de sus descubrimientos sobre magnetismo, incluyendo el principio fundamental de que la fuerza de atracción ejercida por los polos de un imán decrece en proporción al cuadrado de la distancia. Como en el caso de los terremotos, sus estudios sobre los imanes —sus propiedades, cómo fabricarlos, etc.— tuvieron una enorme influencia en el desarrollo posterior de la disciplina. También fue el responsable de un avance de vital importancia en el conocimiento de la gravedad, aunque en vida no recibió crédito por ello porque murió antes de poder poner en práctica su hipótesis. Inventó un mecanismo llamado «balanza de torsión», que serviría para medir la fuerza de la gravedad que Newton había formulado como hipótesis teórica casi cien años antes. Estaba tan ocupado en otros asuntos que nunca llegó a realizar su planeado experimento con la balanza, y cuando falleció fue su amigo Henry Cavendish quien heredó el artilugio. Tras introducir algunas modificaciones, Cavendish realizó por fin el experimento que permitía medir la masa terrestre y con ello la constante de gravitación universal, llamada «G». Cuando publicó los resultados, se produjo una sacudida en el mundo de la física. Cavendish, cuya personalidad era tan modesta como la de Michell, insistía en que casi todo el mérito le correspondía a su difunto amigo. Aun así, el que quizá fue el experimento de mayor importancia para el desarrollo de las posteriores investigaciones sobre la gravedad es hoy conocido como «experimento Cavendish».

Todos estos hallazgos sobre sismología, magnetismo o física experimental hubiesen bastado para otorgarle a John Michell un lugar destacado en la historia de la ciencia. Su nombre, sin embargo, no brilló como merecía y fueron los geólogos, sobre todo, quienes lo mantuvieron sobre un pedestal. Sin embargo, son sus estudios astronómicos los que hoy más nos sorprenden. Curiosa ironía, porque en su día casi nadie pareció entender sus ideas sobre el cosmos, tan excéntricas que no serían apreciadas, aunque de modo muy distinto a como Michell hubiese imaginado, hasta casi doscientos años después de su muerte.

El hombre que miraba a las estrellas

La habilidad como ingeniero de Michell se trasladó al terreno de los telescopios y durante su vida construyó varios para observar el firmamento. Su principal objeto de interés fueron las estrellas. Muy influido por la astrofísica de Newton, se preguntaba qué efectos podría tener la fuerza de la gravedad sobre ellas. De nuevo, llegó a conclusiones insólitas.

La distribución de las estrellas en el universo fue uno de los asuntos que captó su atención. Los astrónomos de su tiempo imaginaban las estrellas como homólogos de nuestro Sol y pensaban que también eran gigantes solitarias. Cuando dos estrellas aparecían muy juntas en el cielo se debía a una simple coincidencia; suponían que todas las «estrellas dobles» eran estrellas separadas, situadas a diferentes distancias de la Tierra, pero que estando casi en la misma línea de visión producían la impresión falsa de ser una pareja. Este era un paradigma bien establecido y las estrellas dobles habían sido consideradas un accidente de la perspectiva durante milenios. Cosa que parecía de sentido común si se partía de la base de que todos los soles estaban aislados. Pero Michell reflexionó sobre el asunto y creyó que había demasiadas estrellas dobles como para que la mera coincidencia visual pudiese explicar su cantidad. Decidió aplicar una técnica matemática conocida como «estadística», recién inventada por el alemán Gottfried Achenwall, para intentar averiguar si una distribución aleatoria justificaba esa abundancia. Tras realizar concienzudos cálculos, dedujo que en el cielo había muchas más estrellas dobles de lo que podía esperarse por el puro azar. Por lo tanto, muchas de aquellas estrellas dobles tenían que estar realmente juntas. Fue así como propuso la existencia de parejas de soles que estarían muy cerca entre sí, orbitando el uno en torno al otro por efecto de las leyes de gravitación universal de Newton. Se convirtió de esta manera en el primer astrónomo en defender la existencia de lo que hoy conocemos como sistemas estelares binarios. También describió la existencia de cúmulos estelares y sugirió una nueva clasificación de las estrellas según su distancia: «Por la situación aparente de las estrellas en los cielos, existe la más alta probabilidad de que, ya sea por la acción original del Creador, o como consecuencia de alguna ley general (como pueda ser la gravedad), se agrupen en gran cantidad en algunas partes del espacio, mientras que en otras partes hay pocas o ninguna».

Trasladó esta lógica a las Pléyades, un grupo estelar situado en la constelación de Tauro, que es el cúmulo más fácil de distinguir a simple vista. Visto por los telescopios, parecía formado por estrellas de muy diferente tamaño aparente. Como los astrónomos de la época pensaban que todas las estrellas tenían un brillo similar al del Sol, deducían que las Pléyades estaban situadas a diferentes distancias y que su agrupación era un accidente visual. Michell estimó que la probabilidad estadística de que las Pléyades pareciesen un cúmulo sin serlo se reducían a 1 contra 496 000, y por tanto dedujo que todas ellas estaban unidas entre sí por sus respectivos campos gravitatorios. Llevando más lejos el ejemplo de las Pléyades, imaginó que las entonces llamadas «nebulosas» eran en realidad «universos separados» —esto es, galaxias— y que solamente aparecían difusas porque las estrellas que los componían estaban tan lejos que no podían ser distinguidas ni siquiera a través del telescopio, apareciendo como una imagen borrosa similar a una nube de luz. En su afán por descifrar la manera en que las estrellas estaban distribuidas, empezó a usar un método creado por el escocés James Gregory para intentar calcular la distancia hasta las más brillantes usando el paralaje, esto es, el movimiento aparente en la posición de un astro cuando se lo observa desde puntos geográficos diferentes. El paralaje era usado desde mucho antes y había servido para deducir que unas estrellas estaban más cerca que otras, pero sin medir distancias de manera demasiado precisa. Gregory, en cambio, había comparado el paralaje de las estrellas más brillantes con el un astro que se sabía más cercano, Júpiter. Michell hizo lo mismo y, aunque sus mediciones no fueron correctas, acertó, aunque se asume que casi por casualidad, con la distancia a la que podría estar la estrella más cercana, unos cuatro años luz.

Las estrellas oscuras

El tamaño aproximado de la estrella UY Scuti comparada con el sol. Imagen: Philip Park (CC).

La afirmación más llamativa de Michell, y una de las que pasó más desapercibida tras su muerte, tenía que ver con el efecto gravitatorio que unos hipotéticos astros supermasivos ejercerían sobre la luz. En el siglo anterior Newton no solamente había formulado la ley de gravitación universal sino que, entre otras muchas cosas, había defendido la idea de que la luz estaba compuesta de partículas (el término «fotón» no fue acuñado hasta 1926 por el químico estadounidense Gilbert N. Lewis, aunque se parecía poco a lo que Newton había imaginado). Los astrónomos y físicos del siglo XVII no habían caído en relacionar esos dos conceptos newtonianos, la gravedad y la naturaleza corpuscular de la luz. O por lo menos no hasta las últimas consecuencias. Fue Michell quien lo hizo, lo cual constituyó la más sorprendente de sus aportaciones.

Si la luz estaba compuesta de partículas, decía Michell, estas partículas debían tener algo de masa y por lo tanto tendrían que estar sujetas a las leyes de la gravitación universal. Así pues, al pasar cerca de un cuerpo más masivo que ellas, la velocidad de dichas partículas sería ralentizada por el campo gravitatorio de aquel. Esta deducción era lógica, aunque también un error comprensible; la física einsteniana demostraría mucho después que la luz no se ralentiza, sino que en cualquier caso podría parecer que un rayo de luz se ralentiza cuando pasa cerca de un cuerpo masivo (porque sigue un camino más largo a causa de la curvatura del espacio) o cuando atraviesa ciertos materiales (ya que los fotones son absorbidos por un átomo, que se sobreexcita hasta producir otro fotón, para lo cual emplea un pequeño intervalo de tiempo). Por descontado, en el siglo XVII Michell no tenía manera alguna de conocer estos mecanismos de torsión espaciotemporal o de funcionamiento subatómico, pero aun así puede decirse que su intuición básica de que la luz es afectada por los campos gravitatorios era, en espíritu, correcta. También se acercó mucho a la verdad cuando propuso el uso de lentes especiales para observar los rayos de luz y medir en ellos un cambio de color que indicase la influencia de los campos gravitatorios. Es decir, Michell pensaba que el «desplazamiento al rojo» o el «desplazamiento al azul» de los haces de luz demostraría su cambio de velocidad debido a la gravedad. Hoy pensamos más bien que ese desplazamiento cromático demuestra una variación en la frecuencia de las ondas electromagnéticas, el llamado efecto Doppler, pero en esencia Michell había entendido los fundamentos de la cuestión y con su propuesta de estudiar el cambio de color estaba anticipando un valiosísimo instrumento para el estudio del cosmos.

Su descubrimiento más llamativo se produjo cuando llevó todavía más lejos su razonamiento sobre la interacción entre luz y gravedad. Sabía que cada cuerpo posee un campo gravitatorio de cuya fuerza depende la velocidad de escape que permite alejarse de él. Dado que las estrellas eran los cuerpos más grandes y masivos conocidos, Michell se preguntó qué sucedería si existiese una estrella tan enorme que su velocidad de escape no pudiera ser alcanzada ni siquiera por la propia luz. Estimó que se necesitaría una estrella cuya masa fuese quinientas veces más grande que la del Sol (500 M, esto significa «quinientas veces la masa solar»), y la imaginó con un diámetro acorde (500 R, quinientas veces el radio de la circunferencia solar). Hoy pensamos que semejante diámetro no puede ser alcanzado por un cuerpo de tanta masa, porque la estrella colapsaría sobre sí misma, comprimiéndose hasta un tamaño mucho más reducido. La estrella más grande conocida es UY Scuti, con un diámetro aproximado 1700 R. Si estuviese en el centro de nuestro sistema, UY Scuti se tragaría todos los planetas interiores además de Júpiter y Saturno… pero es una súper gigante roja muy poco densa y se estima que su masa no va más allá de 12 M. Por el contrario, la estrella más masiva (también la más caliente y luminosa) conocida hoy es R136a1, con una masa de 315 M, pero se halla comprimida en un diámetro no mayor de 35 R. Para no despistarnos con tanto número: Michell acertaba al imaginar que una estrella podía contener tanta masa como quinientos soles (y muchos más), pero no podía saber que su tamaño no podía alcanzar la misma proporción que su masa. No se le debe culpar por ello; los conocimientos pertinentes todavía no estaban a su alcance. La verdad es que se acercó tanto a los conceptos actuales como lo permitía la física newtoniana que imperaba en su tiempo.

La enorme estrella de 500 M propuesta por Michell tendría, según sus cálculos, un campo gravitatorio tan intenso que «si un cuerpo cayese hacia ella desde una altura infinita, alcanzaría al llegar a su superficie una velocidad superior a la de la luz, y en consecuencia suponemos que la luz se vería atraída con la misma fuerza proporcional a su vis inertiae, como los demás cuerpos, y que toda luz emitida por ese cuerpo volvería hacia él por efecto de su propia gravedad». Dicho con otras palabras, afirmó que una estrella quinientas veces más grande que el sol no dejaría escapar ninguna luz, y se convirtió así en el primer científico de la historia que concibió la existencia de «estrellas oscuras», las cuales serían por completo invisibles pese a su inmensa actividad interna. Expresó la idea por primera vez en 1783, en una carta que envió a su amigo Cavendish, y al año siguiente publicó un artículo en la revista oficial de The Royal Society, la sociedad académica más importante de Inglaterra (a la que pertenecía desde que sus rompedoras hipótesis sobre los terremotos habían cimentado su fama). Sin embargo, la ocurrencia fue juzgada más como una interesante curiosidad que como un descubrimiento en el que merecía la pena profundizar. Un detalle significativo: en 1918, poco después de que Karl Schwarzschild hubiese proporcionado los fundamentos matemáticos para concebir los agujeros negros, la Universidad de Cambridge publicó un interesante libro —y muy bien escrito, en un inglés muy elegante— para conmemorar los trabajos del antiguo profesor de la institución, John Michell. El autor del libro, el escocés Archibald Geikie, era geólogo y no sorprende pues que la parte dedicada a las aportaciones de Michell sobre los terremotos y otras cuestiones geológicas ocupasen un amplio y muy detallado espacio, mientras que las investigaciones astronómicas, aunque explicadas con mucha corrección, eran descritas en un capítulo menos extenso. Pues bien, no hay en ese capítulo mención alguna a las «estrellas oscuras» cuya existencia predijo Michell, lo que da buena idea sobre la manera en que se las había considerado una extravagancia impropia de mayores atenciones. Esto no solamente le sucedió a Michell; en 1696, trece años después de su carta a Cavendish, el francés Pierre-Simon Laplace llegó por su cuenta a la misma conclusión de que podía haber estrellas tan masivas que capturasen la luz, aunque en su caso tampoco su afirmación tuvo efecto sobre la comunidad científica y también sería mejor recordado por otras cuestiones.

Para terminar, Michell no solamente anticipó la existencia de los «agujeros negros», sino que también propuso un procedimiento con el que poder detectarlos. Aunque sus «estrellas oscuras» no emitían luz y por lo tanto no podían ser vistas en el microscopio, Michell supuso que, si su idea sobre los sistemas estelares binarios era correcta, algunas de estas gigantes negras debían de tener compañeras visibles. Sería en el comportamiento de estas estrellas visibles donde podría descubrirse la influencia gravitatoria de su vecina oculta. En efecto, hoy se piensa que este procedimiento —aplicado no solo a la luz visible sino a otras emisiones como los rayos X— puede servir para encontrar agujeros negros que forman parte de sistemas binarios y existen buenos candidatos como V404 Cygni o Cygnus X-1. Es más, a principios de 2016, el sistema binario formado por dos agujeros negros que se estaban fusionando sirvió para efectuar la primera detección de ondas gravitacionales. También se usó un procedimiento similar al propuesto por Michell para detectar los primeros exoplanetas, más de dos siglos después de su muerte. El nombre de John Michell, pues, ha sido como una de sus estrellas oscuras: ha permanecido casi invisible en un rincón de la astronomía, hasta que la casi mágica similitud de sus deducciones con las teorías actuales ha permitido detectarlo de manera indirecta para estimar, por fin, la enormidad de su brillo. De ahora en adelante, el hombre que arrojó tanta luz sobre los terremotos, el magnetismo, la gravedad, los sistemas binarios, las galaxias y los agujeros negros, empezará por fin a recibir una luz equivalente en proporción a su inmensa gravedad.


Adiós a la gran dama de la materia oscura

Vera Rubin, ca. 1947. Fotografía cortesía del Vassar College.

Se apagó Vera Rubin como se apagan de verdad las estrellas. Dice el saber popular que las estrellas más brillantes terminan su vida en una gran explosión, una supernova que durante unos días es tan brillante como una galaxia entera. Eso es verdad, pero lo que no cuentan es que la explosión en sí dura apenas unos segundos y que nunca la hemos visto. Lo que vemos durante semanas, a veces durante meses, y llamamos supernova, es el material expulsado que calienta el gas a su alrededor y lo vuelve incandescente. Incluso cuando ese calor se apaga donde estuvo la estrella queda una nube de escombros brillantes que siguen siendo visibles miles de años después. El pasado día 25 nos dejó Vera Cooper Rubin, como se apagan las estrellas: dejando una marca a su alrededor que es muy difícil de ignorar.

Había nacido en Filadelfia, Estados Unidos, en 1928, y desde joven sintió la llamada de las estrellas: quería ser astrónoma, a pesar de vivir en un mundo que no veía con buenos ojos que las mujeres persiguieran carreras profesionales. Se graduó en una universidad «solo para chicas», y a partir de ahí empezó una historia de fascinación por la física de las galaxias, alrededor de la cual articuló gran parte de los esfuerzos de su vida científica.

Apuntó maneras en su tesis doctoral a principios de los cincuenta, estudiando la distribución de galaxias en el universo con aquel gigante inconstante que fue George Gamow. La pregunta era qué aspecto debería tener el universo a una escala mucho mayor que la de las galaxias. Era conocido que las galaxias forman grupos unidos por la gravedad, los cúmulos de galaxias. Pero si miráramos un pedazo del universo mucho más grande que los cúmulos, ¿veríamos una sopa uniforme de galaxias o una neblina turbulenta, con los propios cúmulos formando enjambres todavía más complicados? Lo cierto es que los datos de que disponían en aquel momento eran todavía un poco escasos, pero Rubin ya encontró evidencias de que las galaxias formaban estructuras más grandes que los cúmulos. En aquel momento el resultado no llamó mucho la atención, pero hoy a esas estructuras las llamamos supercúmulos, su existencia es un hecho bien establecido y la cosmología moderna explica cómo se forman a partir de la composición inicial del universo.

Sin embargo, el lugar que la física le tenía deparado en la historia no llegaría hasta la década de 1970. Rubin llevaba un tiempo interesándose por cómo giran las galaxias, y al fin disponía del instrumento adecuado para enfrentar la cuestión: el espectrógrafo diseñado por su compañero Kent Ford. Las galaxias no son objetos rígidos, están formadas por un gran número de estrellas y nubes de gas, y todas ellas giran alrededor del centro galáctico. La pregunta que había que responder era qué diferencias había entre el movimiento de las estrellas más cercanas al centro y el de las más alejadas. Como normalmente el centro galáctico acumula mucha materia uno esperaría que las estrellas cercanas sientan una atracción gravitatoria muy fuerte y se vean obligadas a moverse muy rápido, o de lo contrario caerían hacia el centro. A las estrellas lejanas debería pasarle lo contrario: como la atracción gravitatoria es más débil deberían girar más lentamente. Así que había una idea bastante clara de lo que las medidas tenían que encontrar.

Fotografía cortesía de TheNycPlug.

Cuando Vera Rubin empezó a enfocar sus instrumentos hacia las primeras galaxias lo que encontró no se parecía en nada a lo que esperaba. En cada galaxia todas las estrellas parecían moverse más o menos a la misma velocidad, independientemente de su distancia al centro. Esta velocidad era la que esperaban para las estrellas cercanas, lo cual quería decir que todas las demás estaban girando demasiado rápido. Esto no tenía sentido, claro: la gravedad que sentían las estrellas más lejanas tenía que ser muy débil, y moviéndose a esa velocidad deberían salir disparadas de sus galaxias. Pero ahí estaban, perfectamente engarzadas como gemas sobre una corona, girando parsimoniosamente como si las leyes de la física no fueran con ellas. Rubin estudió una galaxia tras otra, tratando de entender qué era lo que estaba ocurriendo. Una tras otra, todas le daban la misma respuesta: las estrellas cercanas al centro giran a la velocidad adecuada, las demás se mueven demasiado rápido. No era posible. Esas galaxias deberían estar desintegrándose.

Durante años esta situación fue conocida como el «problema de la rotación de las galaxias», y se propusieron diversas posibles soluciones, desde que la relatividad general de Einstein no era capaz de explicar la gravedad de las galaxias a que había nuevas fuerzas que ayudaban a la gravedad a mantener las galaxias unidas. Hoy, aunque la discusión continúa, la mayor parte de la comunidad cree que la mejor explicación es que las galaxias contienen más materia de la que podemos ver, un nuevo tipo de materia que es transparente a la luz y que dota a las galaxias de gravedad suficiente como para sujetar a sus estrellas. A esta sustancia transparente la llamamos materia oscura, y no sabemos de qué está hecha o por qué la Tierra y el Sol no chocan con ella mientras viajan por nuestra galaxia. Sospechamos que puede estar formada por partículas diferentes a las que encontramos en nuestros átomos y que son capaces de atravesarnos como si nosotros fuéramos también transparentes. Observando diferentes galaxias hemos estimado que la materia oscura podría ser entre cinco y diez veces más abundante que la materia ordinaria, de la que nosotros estamos hechos.

Esta es la puerta que nos abrió Vera Rubin hace cuarenta años mientras estudiaba la rotación de las galaxias: la puerta a un universo nuevo en el que lo desconocido es mucho más abundante que lo conocido. El suyo fue, sin duda, uno de los descubrimientos más profundos de la física del siglo XX y, termine o no confirmándose la existencia de la materia oscura, cambió para siempre nuestra manera de entender el cosmos. Muchos pensamos que solo por eso Rubin era merecedora de los mayores honores de nuestra disciplina, pero lo cierto es que su palmarés es más delgado de lo esperable. El Nobel, que muchos han mencionado estos días, la ignoró sistemáticamente, tal vez por astrofísica, tal vez por mujer o quizá por las dos cosas. Lastimosamente, no fue el único.

Se fue, en fin, Vera Rubin el pasado día de Navidad. Su desaparición deja un poco tocada a la comunidad científica. Cuesta desembarazarse de la sensación de que la física no sería la misma sin ella y que nunca se lo dijimos con suficiente claridad. Ahora nos queda lo obvio: decir que el conocimiento que nos dejó la sobrevivirá, que con un poco de suerte nos sobrevivirá también a nosotros. Como corresponde cuando se apaga una estrella.


¿De qué está hecho el universo? El Cúmulo Bala, Harry Potter y la materia oscura

Fotografía: NASA
Cúmulo Bala. Fotografía: NASA (CC)

La naturaleza, a veces, nos propone juegos del escondite en los que juega con ventaja, juegos para los que una capa de invisibilidad es un instrumento de aficionado. El juego del que hablaremos hoy empieza aquí mismo: en la habitación, frente a mi ordenador; en la cafetería, cruasán y tableta en mano. Si nuestro oponente fuese ataviado en plan Harry Potter nuestra primera jugada habría de ser cerrar puertas y ventanas; la primera del otro buscar un espacio abierto, no dejarse acorralar. Porque el oponente invisible es, por lo menos, sólido, palpable; todos los manuales recomiendan cubrir el suelo de harina, fumarse un cigarrillo y esperar a que el humo, impasible como las leyes de la física, haga el trabajo que nuestros ojos no han sabido hacer solos.

El oponente de que hablamos hoy será mucho más cuidadoso. Está aquí mismo, en la habitación, en la cafetería. Está a su espalda y está frente a mis ojos, pero el polvo de la mesa no lo delata, al humo del cigarrillo no le inmuta su presencia. Entre sus debilidades no está la de ser palpable; nuestra piel no lo detiene, tampoco el hormigón de los muros o la roca de las montañas. Es, de pleno derecho, un fantasma. Está en mi interior y en el suyo; viene del espacio exterior y ha atravesado con tanta facilidad la atmósfera como atravesará la esfera terrestre al completo. Los físicos, que disfrutamos con esto de los nombres, le hemos encontrado uno propio del mejor pulp: materia oscura. Pero qué más quisiéramos que fuese oscura: entonces, aunque no la viéramos a ella, podríamos ver su sombra; un nombre más apropiado sería probablemente materia transparente.

La materia oscura es el no va más de los diseños naturales en cuanto a camuflaje: no emite luz, no absorbe luz y no la refleja; no huele, no se le puede tocar y no les estoy haciendo trampa. Tampoco emite electrones ni neutrinos ni ninguna de esas porquerías. Entonces, ¿acaso existe? ¿Nos hemos embarcado los físicos en la búsqueda de la nada?

Por suerte, como en las novelas de detectives de antes, no existe el crimen perfecto. La materia, oscura o no, es materia, y hay una cosa que seguro que hace: gravitar. La materia atrae a la materia, y así es como descubrimos a nuestro archienemigo de hoy en la década de los treinta del siglo pasado: resultó que algunas galaxias giraban como si tuvieran mucha más materia de la que podíamos ver. Con el paso del tiempo se vio que no solo dentro de las galaxias, sino también en el espacio entre galaxias, parecía haber más cosas de las que los telescopios nos permitían encontrar. En todos los casos fue la gravedad la que nos hizo el trabajo sucio: fue el humo del cigarrillo quien reveló a nuestro oculto oponente después de miles de años de vivir en el anonimato.

En ese punto alguien formuló una pregunta interesante: si es la gravedad la que nos está diciendo que la materia oscura está ahí, ¿deberíamos fiarnos de ella? Nuestros tiempos ya no son como los de antes: la primera ley de la gravedad, la de Newton, fue destronada por otra, la de Einstein, y muchos científicos tienden a pensar que las leyes naturales son transitorias y que siempre acaban siendo sustituidas por otras mejores. ¿Está de verdad la materia oscura ahí afuera o es la primera pista de que la gravedad no es como creemos que es?

La foto de hoy, que encabeza este texto, es uno de los asaltos definitivos en favor de la existencia de la materia oscura. En ella vemos un lejano grupo de galaxias; en rojo, en falso color, está señalado dónde se encuentra casi todo el gas, formado por materia como la nuestra; en azul aparecen dos burbujas en las que se concentra la mayoría de la materia de este grupo, que forzosamente ha de ser de otro tipo.

Una de las dudas más serias que levanta la materia oscura es que casi siempre aparece mezclada con la materia que conocemos, como en nuestra galaxia, como en la Tierra. Al ser la gravedad la única manera de «ver» la materia oscura, el hecho de que esté mezclada no nos permite distinguir si de verdad hay un nuevo tipo de materia o es que la materia de toda la vida tiene «un nuevo tipo de gravedad». En la foto vemos un grupo de galaxias que se ha hecho famoso entre los físicos, el Cúmulo de la Bala. En realidad no es un grupo, sino dos que chocaron hace muchos millones de años, durante la época de los dinosaurios. «Chocar» es un decir: en estos grupos las galaxias están tan separadas que casi nunca chocan de verdad; más bien pasan de largo, muy lejos las unas de las otras. Efectivamente, la mayoría de las galaxias de la foto no están colisionando, sino que aparecen en dos grupos: uno grande, a la izquierda, y otro más pequeño a la derecha, más o menos coincidiendo con las manchas azules. Pero en los grupos de galaxias sí que hay otras cosas que podrían sentir el golpe: el espacio intergaláctico está lleno de gas muy difuso, y dos bolsas de gas chocando una con la otra no van a quedarse impasibles. Van a comprimirse la una contra la otra y van a calentarse tanto como sus velocidades permitan; y se mueven realmente rápido, que para eso son pequeños trocitos de universo.

Esto es lo que se ve en rojo en la foto: son rayos X emitidos por gas a casi cien millones de grados. El grupo de la derecha se movía tan rápido que el gas formó una onda de choque al atravesar el otro, adquiriendo esa característica forma de «bala» que da nombre a todo el cúmulo. Así pues, en esa zona intermedia es donde se encuentra casi toda la materia del tipo que conocemos, porque en el universo hay mucho más gas difuso que estrellas y galaxias.

Hablando de galaxias: ¿por qué no hay casi ninguna en la zona roja? Si acabamos de decir que casi toda la materia está ahí, la gravedad debería tirar de ellas hacia ese punto, y sin embargo están tozudamente separadas, un grupo a la izquierda y otro a la derecha. Bien, podemos hacer la prueba del algodón: gracias a la teoría de la relatividad de Einstein sabemos que la gravedad atrae también a la luz, y como consecuencia las imágenes se distorsionan ligeramente cuando pasan cerca de una gran concentración de materia. Este efecto, llamado lente gravitatoria, nos permite ver dónde hay más materia observando qué les pasa a los rayos de luz. Cuando lo aplicamos al Cúmulo de la Bala… ¡sorpresa!, resulta que la mayor parte de la materia no está en el centro, está en los lados, justo donde están las galaxias. Eso es lo que marca el color azul. En el Cúmulo de la Bala, por primera vez, pudimos presenciar a la materia oscura separada de la materia de toda la vida. El billar cósmico en esta ocasión jugó a nuestro favor: hizo falta que chocaran dos grupos de galaxias para separar el gas, enrabietado en su tormenta de rayos X, de la materia oscura, que plácidamente, como corresponde a un fantasma, simplemente pasó de largo llevándose a las galaxias consigo.

La naturaleza desde su atalaya a veces nos propone juegos del escondite en los que juega con ventaja; por fortuna otras veces cambia de opinión y también nos ofrece espectáculos como el del Cúmulo de la Bala, que con una imagen nos explica de qué está hecho el universo.


Interstellar, a debate

Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.
Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.

Este artículo contiene SPOILERS de Interstellar.

Cristian Campos: Juan José, tú eres físico de partículas, una disciplina muy próxima a la astrofísica. Es un privilegio poder debatir sobre Interstellar contigo. Me gustaría abrir la charla con una pregunta. Muchas de las críticas de la película dicen que esta es científicamente incorrecta, que no es realista. Pero Kip Thorne, astrofísico y asesor científico del director Christopher Nolan durante el rodaje, dice en su libro The Science of Interstellar que la película cumple dos requisitos. El primero, no incluir nada que viole leyes firmes de la física o nuestro conocimiento actual del universo. El segundo, basar todas sus especulaciones en ciencia real o en ideas que al menos algunos científicos respetables consideren posibles. Es un debate que se repite a lo largo y ancho de internet desde el estreno de la película, que como ya sabes cuenta con tantos partidarios entusiastas como detractores furibundos. ¿Es la ciencia de Interstellar realista? ¿Cuál de los dos bandos tiene razón?

Juan José Gómez Cadenas: Obviamente, la película se toma unas cuantas licencias, pero creo que son licencias aceptables desde el punto de vista científico. Por ejemplo, las ecuaciones relativistas tienen soluciones válidas que contienen agujeros de gusano. Por tanto, es imaginable que una civilización muy avanzada sea capaz de crear o amplificar esos túneles en el espacio-tiempo. Otro ejemplo son los efectos gravitarios —las enormes mareas, la dilación temporal— asociados a la vecindad del agujero negro, que también son correctos. De hecho, como bien mencionas, Kip Thorne ha escrito un libro sobre el tema. Lo primero que yo le recomendaría a cualquiera que quiera opinar sobre la física de Interstellar es que se lo lea.

Así que la respuesta a tu primera pregunta es muy clara. Los conceptos físicos que se manejan en la película se los ha pensado un notable científico y gran divulgador, Kip Thorne, y me parecen todos plausibles. Por supuesto, no tenemos ni idea de qué tecnología usar para abrir o mantener un agujero de gusano, o ni siquiera de si eso es posible, pero las leyes de la física no afirman que sea imposible. Por último, otros muchos detalles de la física en el espacio están también muy cuidados. 

Por otra parte, la narrativa ignora algunos hechos científicos «por necesidades de guion». Me explico. El satélite Kepler ha detectado, a día de hoy, del orden de mil planetas confirmados y más de tres mil candidatos. Los resultados de Kepler apuntan a que los sistemas solares son habituales en la galaxia. Si tenemos en cuenta que en la Vía Láctea hay cien mil millones de estrellas, no sería nada extraño que tuviéramos cientos de miles o incluso millones de planetas habitables —Kepler ya ha identificado algún candidato— y posiblemente bastantes de ellos a unos «pocos» años luz, entre veinte y cincuenta. En este contexto, resulta un poco extremo abrir un agujero de gusano para enviar a los protagonistas a visitar tres planetas, de los cuales dos están al lado de un agujero negro… ¡en otra galaxia! Este hecho es, posiblemente, el elemento de la trama que más forzado veo. 

C. C.: A mí ese detalle en concreto no me molesta demasiado. Si no me equivoco, con la tecnología actual y a la máxima velocidad posible jamás conseguida en el espacio nos llevaría casi cinco mil años llegar a Proxima Centauri, la estrella más cercana a nuestro sistema solar. Así que ya que el agujero de gusano es imprescindible en la película, enviar a los personajes a veinte o a dos mil años luz de distancia es una decisión de guion relativamente secundaria. Quizá los personajes necesitan ir tan lejos porque es en ese agujero negro donde esa civilización superior ha podido construir el teseracto en el que Cooper aprende a manipular la gravedad. O quizá es ese agujero negro y no cualquier otro el que conecta nuestro universo con el espacio supradimensional en el que habitan esos seres, la mole de la que se habla en la cosmología de branas.

J. J.: Sí, te doy la razón. Desde el punto de vista narrativo, hay varias maneras de justificar la trama, aunque quizás yo habría introducido una escena en la que los científicos de la NASA especularan sobre estos puntos:

Cooper: ¿A otra galaxia? ¿Hacía falta que nos mandaran a otra galaxia, habiendo tantos planetas habitables en esta?

NASA: Puede que «ellos» no hayan creado el agujero de gusano, sino que solo se limitan a mantenerlo abierto. El agujero lleva adonde lleva, lo tomas o lo dejas.

Cooper: ¿Y tenía que llevar al lado de un agujero negro? ¿No había un sitio mejor?

NASA: Quizás la presencia del agujero negro esté relacionada con la del agujero de gusano.

C. C.: Pero volviendo a las críticas. He querido empezar el debate con esa pregunta porque me ha sorprendido la facilidad con la que se pontifica en internet sobre temas que resultan complejos hasta para aquellas personas, como tú, que llevan toda su vida estudiándolos. Se estrena una película como Interstellar y de repente todo Twitter es astrofísico. Después rascas en esas críticas y te das cuenta de que están vacías, de que no hay nada debajo de su superficie. Son valoraciones sin discurso. Como mucho, intuyes que la película no ha gustado y que ante la incapacidad de argumentar el porqué de ese rechazo —porque que puedas escribir no significa que sepas escribir— se ha intentado vestir la crítica diciendo que la película es incoherente desde el punto de vista científico. Pocos de esos textos van más allá de la media estadística del resto de opiniones volcadas en el resto de internet. Que si la película es «estridente», que si «pesada», que si «rimbombante», que si «pomposa», que si «coñazo», que si «presuntuosa», que si una «mamarrachada», que si «pedante» y, mi preferida, que si «sentimental». Son calificativos que aparecen incluso en las reseñas positivas de la película, como si el redactor quisiera defenderse preventivamente de no se sabe bien qué acusación. ¿De la de haberse dejado llevar por sus emociones con una película que busca de forma evidente emocionar al espectador, quizá? Supongo que el modelo emocional correcto en 2014 es una cafetera Magefesa.

Curiosamente, ninguna de esas críticas supuestamente científicas hace hincapié en la especulación más aventurada de la película: la de que una plaga podría exterminar la práctica totalidad de los cultivos del planeta y convertir la atmósfera en irrespirable. Todos los biólogos consultados por Kip Thorne coincidieron en que esa es una posibilidad extraordinariamente remota. Pero como la de que la humanidad puede estar condenada por sus pecados ecológicos es una idea políticamente correcta que coincide con los prejuicios de muchas personas, nadie repara en ella y se da por perfectamente válida.

Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.
Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.

J. J.: Coincido contigo en varios aspectos.

El primero es la facilidad con que se descalifica hoy en día —en internet sobre todo, pero no solo en internet—, recurriendo al epíteto, o directamente al ataque ad hominem, sin molestarse en argumentar qué es exactamente lo que nos disgusta o nos maravilla de la película, libro u obra de arte en general. No es nada infrecuente que a una misma película, ya que estamos hablando de cine, se la tache de «sublime» en una crítica y de «bodrio» en la siguiente sin que en ninguna de las dos se explique en qué se sustentan los calificativos.

También me ha llamado bastante la atención lo rápidamente que la gente se pone a opinar del fundamento científico de la película, a menudo citando opiniones que han leído en fuentes secundarias. Se agradecería que todos estos opinadores leyeran antes el libro de Kip Thorne y luego explicaran exactamente en qué no están de acuerdo.

En cuanto a hipótesis aventuradas. Creo que la posibilidad de que algún día se pueda manipular un agujero de gusano es, con diferencia, la mayor especulación. Tanto es así que algunos autores de ciencia ficción entre los que me incluyo consideramos que el uso del agujero de gusano —WH en lo sucesivo— es un truco un poco sucio. Me explico: una civilización capaz de abrir un WH realmente tiene que estar muy, pero que muy avanzada, y por tanto resultaría incomprensible para nosotros, tanto tecnológica como socialmente. Serían como dioses. Ya conoces la frase de Arthur C. Clarke «toda tecnología lo bastante avanzada es indistinguible de la magia». De ahí que las óperas espaciales en las que la civilización intergaláctica dispone de la tecnología para atravesar el WH pero por lo demás sigue en las cavernas —entiéndase que en mi opinión nuestra civilización todavía está en las cavernas— me parezcan infantiles. Pero en eso, Interstellar, al igual que algunas de sus predecesoras, usa un buen recurso: la mano divina o civilización cósmica que proporciona la herramienta, el WH, y nada más. El recurso, además de resolver el problema que te planteaba, añade un discreto componente que roza la teología. Sustituye la civilización avanzada por «Dios» y el WH que nos abren por «ayuda divina», que sin embargo es limitada, dejando a la humanidad que decida por ella misma si quiere salvarse o no.

En cuanto a la plaga como causante del final del planeta, pues en efecto es una hipótesis que parece un poco extrema, pero en el fondo es equivalente a otra más plausible, en la que el cambio climático ha resultado en un planeta inhabitable. El problema aquí es que, por lo que sabemos, el cambio climático no va a resultar en un planeta infierno en unos pocos años o décadas. Incluso si se da una transición de fase, siempre quedarían regiones habitables. Por ejemplo, la Antártida —ese es uno de los temas que pretendo explorar en la saga de novelas que he empezado con Spartana— podría ser un vergel, mientras el resto del planeta se cuece.

Así que lo de la plaga en cierto modo es un atajo, otro WH, para que la acción se pueda mover deprisa y en un futuro cercano. Desde mi punto de vista, también aceptable. Entre otras cosas, por la manera brillante en que se presenta: la evocación del big dust, de la Gran Depresión y de Las uvas de la ira es más que clara.

Finalmente, un punto en el que me parece que das en el clavo. Las acusaciones de «sentimental» a la película, ¡como si hacer una película sentimental —sentimental=sentimientos— fuera un pecado! Curiosamente, yo creo que ese es uno de los puntos fuertes de Interstellar.

Quizá vale la pena aquí recapitular un poco y recordar, por poner un ejemplo cercano, la obra del mismísimo Clarke, que produce muchas novelas —entre otras, 2001: Una odisea espacial o Cánticos de la lejana Tierra— cuyo único defecto era, en mi opinión, una cierta frigidez. Clarke y muchos de su brillante generación, incluyendo al demiurgo Isaac Asimov, estaban tan ocupados contando las maravillas de la ciencia y la tecnología, que en ese momento estaban en plena erupción en el mundo, que se olvidan a ratos de que toda historia es la historia de un ser humano y que uno quiere saber cómo esa persona ha sido transformada —en la opinión de algunos sentimentales como el que suscribe, redimida— por lo que le ocurre. En este contexto, las novelas de Ursula K. Le Guin, en particular Los desposeídos: una utopía ambigua y La mano izquierda de la oscuridad, recuperan toda la dimensión humana, la emoción, los sentimientos. Y yo creo que Interstellar se inscribe en esa tradición. La ciencia que nos presenta —incluyendo la parte en la que se desliza a la metafísica y nos lleva, deliciosamente, a la Biblioteca de Babel, al interior del teseracto— es todo un placer. Pero la relación padre-hija —fíjate que la película tiene la inspiración de que esa sea la principal historia de amor, relegando el flirt romántico a segundo plano— me parece todo un acierto. ¿Es sentimental darse el lujo de revivir las líneas de Dylan Thomas «rage, rage, against the dying of the light»? A mí me conmovieron más que el WH.

Por contextualizar un poco, Contact, con la que Interstellar tiene muchos puntos en común, también trata de compaginar una buena y arriesgada historia de ciencia ficción con la redención de un ser humano. Y lo hace muy bien, pero a mí la fórmula padre-hija de Interstellar —date cuenta de la belleza con la que la película te plantea dos historias de amor padre-hija— me parece muy, pero que muy acertada.

Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.
Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.

C. C.: Exacto. A eso me refería cuando te decía que determinadas críticas de Insterstellar me parecen superficiales. No entiendo muy bien a qué se refieren algunas personas cuando dicen que la película es sentimental. Sentimental es El Padrino, que logra que salgas del cine con una visión romántica de la Mafia cuando esta es en realidad un mundo cerrado, endogámico, autárquico y solitario en manos de los individuos más lerdos y destripaterrones de las castas rurales de la Italia profunda. ¿Sabes la cantidad de manipulación emocional necesaria para lograr que el fratricidio, la extorsión y los crímenes de El Padrino le resulten atractivos al espectador? Es una idealización como cualquier otra. Quítale el montaje, el maquillaje, el vestuario, el actor carismático y la banda sonora de Nino Rota a El Padrino y tienes uno de esos vídeos terribles de YouTube grabados por una cámara de vigilancia en los que se puede ver un tiroteo real en una calle napolitana. Ese vídeo es la realidad y cualquier imagen que pretenda adornar eso en una pantalla de cine será «sentimental». Pero es que incluso en el caso de que el director pretenda mostrarte la zafiedad de un asesinato real no va a tener más remedio que caer en una estilización de la zafiedad, en una zafiedad de diseño. Al lado de eso, la manipulación necesaria para que te emociones con la historia de una hija que llora a su padre es infinitamente menor.

Pero es que a mí me parece evidente que el objetivo de Christopher Nolan en Interstellar es emocionar al espectador. Y emocionarlo a tres niveles diferentes.

En el primer nivel, que ha pasado desapercibido a mucha gente, Nolan presenta un planeta devastado en el que son los burócratas los que deciden quién va y quién no va a la universidad porque se prefiere a cien granjeros analfabetos antes que a un científico genial; en el que la NASA, el paradigma de la excelencia, es una organización casi clandestina; en el que los New York Yankees se han convertido en un puñado de aficionados que apenas logran batear la pelota; en el que han desaparecido las tecnologías médicas que permitían salvar la vida de millones de personas; y en el que han triunfado las tesis más ridículas de los conspiranoicos, como la de que las misiones lunares fueron una pantomima para engañar a los soviéticos y conducirlos a la ruina. Es un mundo conquistado por la mediocridad y la resignación y en el que se ha exterminado toda excelencia. La excelencia asociada a la fe en el progreso, la ciencia y la tecnología. Y frente a ese mundo de medianías que solo pretenden conservar lo que tienen, frente a ese mundo de funcionarios y de granjeros, Nolan opone la figura del pionero, del aventurero, del explorador. Interstellar es un alegato a favor de las misiones espaciales, de la tecnología y de la fe en el ser humano en detrimento de la política. Aquellos que dicen que Interstellar no tiene profundidad intelectual deberían prestar atención a este punto.

J. J.: Aquí te tengo que contestar ya, porque estoy saltando en la silla. Fue EXACTAMENTE eso lo que más me emocionó. Yo creo que el problema de la mediocridad lo tenemos ya encima y no nos damos cuenta. Te pongo como ejemplo la inversión en ciencia. Cada euro que echas a la hucha de la ciencia te vuelve multiplicado por millones. Y digo «millones», literalmente. Todo lo que nos rodea, desde Skype, que te permite hablar con tu gente en cualquier parte del planeta —hasta hace poquísimo tiempo hablar por teléfono no era gratis como ahora: costaba una fortuna—, hasta el PET que te detecta un cáncer, la quimioterapia que te lo cura, el avión que te lleva de vacaciones o a trabajar, el ordenador sin el que no puedes vivir, las técnicas agroalimentarias que permiten alimentar a los miles de millones de personas que vivimos en el planeta, TODO, se lo debemos a la ciencia y a la tecnología que viene de su mano. Y, sin embargo, nuestra sociedad no quiere invertir en ciencia, no quiere pagar investigación básica porque descubrir el bosón de Higgs o que el neutrino es su propia antipartícula «no sirve para nada» —cuando algunos de los descubrimientos más dramáticos de la historia, como la penicilina, los rayos X, el transistor o la web, por no remontarnos hasta la electricidad, ocurren como consecuencia directa de la ciencia básica—. Esa ceguera, que posiblemente nos lleve a cerrar el CERN o la NASA —todavía no estamos ahí, pero si continúa la tendencia no tardaremos en llegar a ese punto—, es la misma que ha condenado al planeta a muerte en la película de Nolan. Es la auténtica plaga, mucho peor que los parásitos que destrozan los sembrados.

Nolan deja clarísimo un mensaje que muchos compartimos. La esperanza de la humanidad está en el progreso y en la exploración, exterior e interior. Aprender más de la naturaleza y de nosotros mismos, aprender a manejar mejor los recursos del planeta, entender mejor el cerebro, la inteligencia, la fisiología, la ecología, la física… y buscar otros hábitats. En esta época en la que parece que lo único que se pueda hacer con el dinero es quemarlo en casinos financieros, quizás un programa espacial —explorar Marte, minería en los asteroides, estaciones flotantes en los puntos de Lagrange donde aprendiéramos a vivir fuera del planeta— podría reactivar la economía y dar ilusión a las nuevas generaciones. Nolan se rebela contra una sociedad que está retrocediendo al medioevo, a la superstición, contra una sociedad que se resigna y que se está echando, ella solita, la soga al cuello.

Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.
Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.

C. C.: El segundo nivel emocional desde mi punto de vista es el de las relaciones sentimentales entre los personajes. Tú lo has dicho casi todo al respecto, así que solo añadiré que a mí Interstellar se me caería de las manos sin la escena en la que Cooper se aleja de la granja en su camioneta, tras el rechazo de su hija, y levanta la manta del asiento con la esperanza de que esta se haya escondido debajo. O sin el tan criticado monólogo de la doctora Brand sobre el amor como entidad física que va más allá de su mera función social. Me gustaría que aquellos a los que ese monólogo les parece ridículo me explicaran, en términos estrictamente científicos, qué función evolutiva cumple el amor que no esté ya cubierta por el sexo, el instinto de protección de las crías o la religión. Evidentemente hay una respuesta no metafísica a esa pregunta, pero me gustaría verlos salir del laberinto por sí solos.

J. J.: Me resulta curiosísimo que se critiquen, en particular, las metáforas poéticas inspiradas en la ciencia. Aparentemente, es válido decir «el amor mueve montañas» —aunque es un cliché más viejo aún que «en la boca del lobo»— pero se puede criticar una frase como «el amor es la única fuerza que puede romper los límites del espacio-tiempo». Uno detecta aquí cierto prejuicio que me atrevería a llamar «de letras». Aceptamos la rosa como sujeto poético pero no una estrella de neutrones. Eso no puede ser un objeto bello por su conexión con la ciencia. ¿No será que no nos hemos molestado en entender la belleza —inmensa, por cierto— de esos objetos, de esas nuevas ideas? Afirmar que el amor puede romper los límites del espacio-tiempo es bastante más elegante y original que otras formulaciones que ya nos sabemos —«el amor puede más que la muerte», etcétera—. Pero nada: parece que el espacio-tiempo solo se pueda mencionar poniendo cara de estreñimiento y vistiendo bata blanca.

C. C.: Y ahí conectas con el tercer nivel, el de la emoción científica. Desde mi punto de vista, la película es una fábrica de futuros astrofísicos. Solo un ciego negaría que Interstellar es, en este aspecto, una de las películas más apabullantes jamás filmadas. Y lo habría sido incluso más si Nolan hubiera decidido ser 100% fiel a la realidad de un agujero negro supermasivo como el de la película. Explica Kip Thorne en el libro The Science of Interstellar que un agujero negro de ese tamaño colosal ocuparía 180 grados de visión visto desde el planeta de Miller, el de las olas gigantes. Es decir la mitad del cielo. Nolan decidió que la imagen de una «pared» que ocupara el 50% del cielo sería demasiado difícil de entender para los espectadores y optó por representar el agujero negro a un tamaño mucho menor del que le corresponde. Pero a pesar de la decisión de Nolan, la película es un festín para los aficionados a la astrofísica.

J. J.: Completamente de acuerdo. Todavía se podían haber dado algunas vueltas de tuerca más. Por ejemplo, jugando con el horizonte de sucesos: el tipo que cae en un agujero negro nunca deja de caer desde su punto de vista ya que el tiempo, para él, se detiene, mientras que un observador exterior sí le ve desaparecer. Pero Nolan ya nos deleita lo suyo con esas olas gigantes o ese teseracto maravilloso.

Pero ahora es mi turno de preguntar. A pesar de lo que disfruté de la ciencia de la película, cuando me doy cuenta de que Nolan ha tenido la santa cachaza de meterme a Cooper en la Biblioteca de Babel, casi me desmayo. Para mí, la referencia a Borges no puede ser más directa y el juego de manos es prodigioso. Ciencia hasta que me caigo en el agujero negro y me abren el teseracto —como te comentaba, ahí hay varios elementos que se podrían haber aprovechado: el tiempo se ralentiza, las dimensiones se alargan, hay todo tipo de distorsiones que se podrían haber plasmado—. Y a partir de ahí se plantea, jugando con licencias poéticas, una metáfora visual sin renunciar al discurso científico. Cooper acaba por mandar las ecuaciones cuánticas del agujero negro en morse, ¡al reloj de su hija! Seguro que más de cuatro habrán especulado lo improbable que es esa solución, olvidándose de la improbabilidad global: el tipo está en un teseracto cuadrimensional que acaba de salvarle de que le engulla un agujero negro.

¿Cómo lo ves tu? En mi opinión, esas licencias funcionan. En el momento en el que entramos en la Biblioteca de Babel aceptamos un elemento casi onírico que puede ser más una representación de la realidad que se hace el propio Cooper que la realidad en sí misma —cualquiera se atreve a hablar de la realidad en esas circunstancias—. Esta parte me parece muy arriesgada y original, un auténtico experimento que mezcla literatura y ciencia.

Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.
Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.

C. C.: A mí me parece una solución brillante tanto a nivel narrativo como simbólico. Narrativamente, porque es evidente que ningún ser humano de nuestra época o de un futuro cercano sería capaz de entender, al menos a bocajarro, la física asociada a dimensiones extra. Si yo, ser superior con respecto a un pez, intentara hacerle entender a este que existe un universo entero fuera de su pecera, probablemente utilizaría referentes que él pudiera entender. Referentes acordes a su experiencia y a su nivel de inteligencia. O dejaría que fuera su cerebro el que escogiera de forma inconsciente aquel escenario que más puede ayudarle a entender lo que quiero transmitirle. Es el mismo concepto del dormitorio neoclásico de 2001: Una odisea del espacio y del «padre» de la doctora Arroway en Contact.

Simbólicamente, la metáfora de la biblioteca me parece redonda. En un planeta Tierra en el que los libros de ciencia han sido prohibidos o considerados «obsoletos», son esos mismos libros los que, físicamente, nos transmiten las primeras señales de que existe un espacio cuadrimensional, o pentadimensional si consideras el tiempo como una dimensión más, más allá de nuestro universo.

Y aquí hay una segunda metáfora interesante: la ecuación es transmitida por Cooper a su hija a través de las manecillas de ese viejo reloj analógico que tú has mencionado. ¿Por qué no uno digital, con el que resultaría mucho más fácil transmitir esa misma fórmula? Por dos razones. Primero, porque Nolan nos está diciendo que el pasado importa, que todo lo que hemos sido en el pasado nos conduce a lo que seremos en el futuro. Y en segundo lugar, porque el reloj analógico, al contrario que el digital, está cargado de emociones. El reloj analógico «pesa» porque es el vínculo emocional que une a Murph y a su padre. De ahí la frase de «el amor es la única fuerza que puede romper los límites del espacio-tiempo». Esa frase no es una simple proclama new age sacada de una galletita china de la suerte: es la clave de la resolución de Interstellar y tiene consecuencias prácticas, físicas, reales, en la película.

Por otra parte, ¿qué motivación puede tener una civilización de seres superiores para ayudar a una especie inferior como la nuestra? Aquí, como tú decías antes, Nolan introduce un elemento de debate muy interesante, casi religioso: el de que la distinción entre un dios que «crea» el espacio y el tiempo y una civilización superior capaz de «dominar» ese espacio-tiempo es nula en la práctica. Lo que está diciendo Nolan en Interstellar, su mensaje final, es que la humanidad está destinada a controlar el espacio-tiempo, a convertirse en su propio dios. No existe un dios creador ajeno a nosotros: es la propia humanidad la que ha creado el universo en el que esa misma humanidad nacerá y evolucionará hasta alcanzar el conocimiento necesario para crear el universo en el que esa misma humanidad nacerá y evolucionará hasta crear el universo en el que etcétera. Es un bucle infinito de creación y de acceso gradual al conocimiento total. El multiverso que sugieren algunas teorías inflacionarias. Y por eso los seres superiores de Interstellar ayudan a Cooper y a Murph: para que no se interrumpa ese ciclo infinito de creación. Lo repito de nuevo: aquellos que creen que Interstellar es una «mamarrachada» deberían verla de nuevo porque creo que se les está escapando algo.

Y aquí me gustaría hacerte una pregunta. Has publicado en Jot Down un relato corto que gira alrededor de esta misma idea, Universo 2.0. Desde un punto de vista estrictamente científico, y suponiendo que la humanidad llegara algún día a alcanzar el conocimiento necesario para dominar el espacio y el tiempo, ¿sería factible la creación de un nuevo universo? Y en el caso de que eso fuera posible, ¿las leyes físicas de ese universo serían azarosas o podrían estar determinadas de antemano? Es decir, ¿ese universo podría ser «diseñado» a priori para albergar vida?

J. J.: La idea es vieja. No sé si es Isaac Asimov quien la introduce por primera vez, pero yo la leí en uno de sus relatos cuando aún era un zagal. La humanidad crea un gran superordenador y le pregunta si hay dios. El ordenador contesta que le faltan datos para responder esa pregunta. Poco a poco, la humanidad y el gran ordenador crecen y evolucionan juntos. La humanidad se expande por la galaxia y el universo, pero la respuesta a la pregunta sigue siendo la misma: «Faltan datos». El universo evoluciona y se va enfriando poco a poco, como de hecho le va a pasar a este. La humanidad se «funde» con el gran ordenador y dejan de ser entes separados, pero este —que ya no existe físicamente en silicio, sino desparramado por el universo— no deja de evaluar la cuestión hasta que, un instante antes de que el universo se extinga, da con la solución para crearlo de nuevo y con la respuesta a la pregunta: «Ahora sí».

En Universo 2.0 se plantea un giro de tuerca asociado con el hecho de que la cosmología moderna nos plantea misterios realmente extraños, como el de la materia y la energía oscura, el de la ausencia de antimateria, etcétera. Uno no puede por menos que recordar las herejías gnósticas, en las que Dios es imperfecto y su poder limitado, e imaginar que el universo en el que vivimos contiene «chapuzas» que se reflejan en algunas de las observaciones que la cosmología nos revela y que delatan al Dios o a los programadores.

La idea de que somos nosotros mismos quienes acabamos por evolucionar hasta la divinidad —o, si se quiere, la inteligencia y el sentimiento— del universo es muy atractiva y yo diría que hay una «prueba» extra de esta hipótesis. A saber, la famosa paradoja de Fermi: «¿Dónde están?». Fíjate que la Tierra parece ser un planeta relativamente corriente, en una estrella cualquiera, de una galaxia entre miles de millones. Esto nos lleva al concepto de vulgaridad. No debería haber nada especial en nosotros. Pero entonces, si somos una civilización corriente, podría haber millones de civilizaciones corrientes en la galaxia y algunas de ellas mucho más avanzadas que la nuestra, al igual que un jugador corriente de ajedrez, con ELO 1500, sabe que hay millones de ajedrecistas como él, pero también bastantes que son mucho mejores y unos pocos muy, muy superiores. Pues bien: esas civilizaciones de ELO 3000 deberían de haber colonizado ya la galaxia o, como mínimo, haber dejado rastro de su presencia. Y por todo lo que sabemos, estamos solos en la Vía Láctea. Este es un resultado que no te esperarías y que está en contradicción aparente con el principio de mediocridad. Podría darse el caso de que las civilizaciones sean raras y no coincidan en la misma ventana temporal, o de que en la galaxia todo el mundo esté callado —o bien porque es un sitio salvaje o bien porque es un club reservado—, pero también podría darse el caso de que seamos la primera civilización tecnológica de la galaxia, aquella que algún día, con ELO 3000, ayudará a evolucionar a otras civilizaciones… o puede que a nosotros mismos.

Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.
Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.

C. C.: He leído algún comentario sobre Interstellar en el que se dice que Nolan ha introducido en la película decenas de detalles innecesarios para aumentar la comercialidad de la película y hacerla digerible para el público masivo. Por ejemplo el robot TARS, que funciona como elemento cómico que aligera la densidad de la película en determinados momentos. Eso es cierto, pero es solo una parte de la historia. Ese tipo de comentario infravalora el trabajo inmenso, de centenares de personas, que existe detrás de una película como Interstellar. Como si las decisiones se tomaran en un bar a base de ocurrencias y con el vaso de tubo en la mano. «¡Eh! ¿Por qué no metemos un robot que cuente chistes? ¡Para aligerar toda la cháchara científica y tal!».

Me sorprende la facilidad con la que completos desconocidos pontifican en internet sobre detalles que han infravalorado. Es el viejo «todos tontos menos yo». Explica Kip Thorne, por ejemplo, cómo le sorprendieron las preguntas que Anne Hathaway, que a primera vista podría parecer la arquetípica actriz frívola y artificiosa de Hollywood, le hizo antes de empezar el rodaje de la película. ¿Cuál es la relación del tiempo con la gravedad? ¿Por qué creemos que pueden existir dimensiones superiores? ¿En qué punto se encuentran las investigaciones sobre gravedad cuántica? Son preguntas clave, extraordinariamente difíciles de contestar incluso para un experto en astrofísica como Kip Thorne. Solo dos ejemplos más al azar: Oliver James, el jefe del equipo de efectos visuales de la película, es licenciado en Física Atómica y experto en la teoría de la relatividad especial de Einstein. Eugénie von Tunzelmann, jefa del departamento de arte encargado de transformar las ecuaciones y los códigos informáticos creados por Kip Thorne y Oliver James en imágenes para Interstellar, es licenciada en Ingeniería por la Universidad de Oxford y especialista en ingeniería de datos y ciencia computacional.

Así que volviendo al ejemplo anterior: TARS funciona como elemento cómico, es cierto. Pero también cumple otras funciones en la película. TARS es un robot metacognitivo. Es decir que tiene la habilidad para pensar acerca de sus propios pensamientos. Es el primer paso de la humanidad hacia la creación de vida inteligente. Hacia la creación de universos enteros y su conversión en dios. Y eso sin entrar en el hecho de que el humor es una característica del ser humano extraordinariamente difícil de explicar desde el punto de vista de la neurociencia. El humor es un claro signo de inteligencia avanzada. El hecho de que TARS tenga sentido del humor te está diciendo que la frontera entre la creación de meros objetos —una silla de plástico— y la creación de vida está a punto de ser franqueada por el ser humano.

J. J.: Completamente de acuerdo y también un clásico. La referencia a los robots de Isaac Asimov y la inversión narrativa con respecto a HAL es muy clara. Por supuesto que es un elemento cómico y amable que aligera la narración —otra referencia obligatoria: La guerra de las galaxias—. No entiendo por qué utilizar técnicas narrativas perfectamente decentes molesta a esos «críticos». Supongo que se quejarían de que la película es un tostón sin el robot y se quejan de lo contrario cuando lo introduces. Por otra parte, me resulta familiar la facilidad con la que determinados críticos, que han pensado en el tema, el contenido y los recursos narrativos de una película como Interstellar durante treinta segundos, se descuelgan con estupendos juicios que, por otra parte, no tienen más valor del que queramos darles. La marea de internet se lo lleva todo hoy día, pero yo creo que Insterstellar es un hito en el género. Si no, al tiempo.

Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.
Escena de Interstellar. Imagen: Warner Bros. / Syncopy / Paramount Pictures / Legendary Pictures.

C. C.: Esa «marea de internet» a la que aludes enlaza con algo de lo que se habla en la película. Te pongo un ejemplo. Antes de lanzarme a este debate, yo he visto la película dos veces. La primera para disfrutarla con el estómago y la segunda para analizarla con la cabeza. Después me he leído decenas de críticas y artículos. Este artículo del New Yorker, por ejemplo. O este artículo de Wired. O la crítica de The Guardian. O este artículo de Slate. Después me he leído The Science of Interstellar de Kip Thorne. Y después he contactado contigo, un físico de partículas, no con un aficionado al cine cualquiera, para debatir sobre ella. No sé si el resto de personas que opina sobre Interstellar ha hecho lo mismo.

J. J.: Claramente no.

C. C.: Y ya sé que hoy en día se escribe rápido, es decir mal, y que es hasta de mala educación recordarlo. Nada que objetar al respecto: la precisión y la profesionalidad cotizan a la baja y solo queda adaptarse al nuevo paradigma como los granjeros de Interstellar se adaptan a la plaga cultivando maíz en vez de trigo.

J. J.: Pues no. Yo no pienso adaptarme y espero que tú tampoco. Y puestos a pedir, ruego que Jot Down tampoco lo haga. Aquí viene a cuenta que te cite la línea de Dylan Thomas, «rage, rage, against the dying of the light». Yo no pienso rendirme a la tontería.

C. C.: Yo añoro los tiempos en los que los periodistas decían cosas. Porque escribir en Twitter que «Interstellar es como Ghost pero en el espacio» puede ser ingenioso y hasta divertido para según qué especímenes humanos, pero no aporta nada, no concede nada. Es un chiste de troll de codo en barra que empieza y acaba en sí mismo y que deja a su espalda un terreno aniquilado por las llamas en el que jamás volverá a crecer una opinión sincera. Tras el chiste, solo queda cerrar el debate y pasar con resignación a otro tema con la esperanza de que el troll no le pegue fuego también. Ese es el poder del troll digital: el de erigirse a voluntad en el emperador de su pequeña autarquía de las chorradas.

J. J.: Pero el crimen viene con el castigo. Le das a un botón y lo aniquilas.

C. C.: Quizá, pero la ventaja de este espécimen tan siglo XXI, lo que explica la prevalencia de sus aspavientos frente al análisis meditado, es que el lector medio no suele tener ni el tiempo ni las ganas de aventurarse mucho más allá de la capa más superficial de sus lecturas. Jauja para el totalitarismo de la mediocridad. Ni en sus mejores fantasías podía soñar el troll digital con una masa de cientos de miles de lectores capaces de felicitarle, muy seriamente, porque su ocurrencia de ciento cuarenta caracteres «expresa exactamente lo que yo tengo en mi cabeza». ¡Pues qué cabeza más pequeña la de ese público cautivo de su falta de imaginación!

Y digo que esto enlaza con uno de los temas que plantea la película porque no creo que ande muy lejano el momento en que el que las masas amontonadas en Facebook o en Twitter determinen, en función de su capricho del momento, si la NASA cierra o continúa en activo. ¿Cómo ve un científico como tú la vulgarización intelectual de ese público digital que es incapaz de leer textos de más de quinientas palabras pero que sí es capaz de mover voluntades políticas por la simple fuerza de su número? ¿Temes un futuro en el que solo haya dinero para investigaciones científicas bonitas y divertidas pero inanes, es decir para proyectos fácilmente viralizables dirigidos por científicos jóvenes, guapos, televisivos y carismáticos?

J. J.: No estoy seguro. Tengo la sensación de que la gente no es ni tan tonta ni tan trivial como parece —o parecemos, porque me incluyo— en la metavida pseudosocial del hiperespacio. Una cosa es darle al «Me gusta» en Twitter o en Facebook y otra jugarse las habichuelas. Y yo creo que 1) el ciudadano de a pie siente un intenso interés por la ciencia, y 2) tiene conciencia de que la ciencia es un motor de progreso y de futuro para él y sus hijos. Es verdad, y ya lo he mencionado antes, que existe una fuerte tendencia en nuestra sociedad, que los políticos y sus decisiones reflejan todos los días, a mirarse el ombligo y pedir panem et circenses, gratis por supuesto, en todos los ámbitos. Pero digamos que temo más el cortoplacismo —el no darse cuenta de que la inversión en ciencia básica de ayer es la revolución tecnológica de mañana, el conformarse con pan para hoy y miseria para el futuro— que la banalización. Pero es cierto que en este brave new world en el que vivimos, las reglas del juego ya están cambiando. Cuando yo hacía la tesis en el CERN, los jóvenes doctorandos y posdoctorandos éramos poco menos que monjes. Trabajábamos las veinticuatro horas del día y éramos feos, autistas y malencarados. Ahora el CERN ha producido toda una nueva generación de smooth operators muchos de los cuales son, en efecto, muy fotogénicos. Pero no estoy seguro de que nada de eso sea muy grave. Una cosa es enseñar las plumas y otra descubrir la relatividad general —o escribir las Elegías de Duino, o pintar el Guernica—. Internet quizá amplifica la pantomima, pero creo que al final el ciudadano de a pie sabe distinguir entre drama y sainete.

C. C.: Y aprovechando que el Pisuerga pasa por Valladolid, y ya que tú eres escritor de ciencia ficción, me gustaría preguntarte cuáles son tus recursos para lograr despertar solo con palabras el mismo tipo de emoción científica que despierta Nolan en Interstellar con sus imágenes. Porque ahí los escritores tenéis todas las de perder. ¿O no?

J. J.: No, no creo que tengamos las de perder. Por invertir el tópico, te diría que una palabra vale más que mil imágenes. Cierto, el cineasta tiene maravillosos recursos a su alcance, pero Tolstoi es capaz de arrancar Ana Karenina quitándonos el hipo con su célebre frase «Todas las familias felices se parecen, pero las infelices lo son cada una a su manera», Flaubert nos demuestra que el pobre marido de Madame Bovary es tonto de capirote sin hablar de él —se limita a describir su sombrero—, y Rilke invoca ángeles terribles —«Pues la belleza no es sino el principio del terror, y nos maravillamos cuando, serenamente, desdeña aniquilarnos»— que no estremecerían tanto en imágenes. Cada rama del arte tiene sus recursos. Aunque también te digo que el cine es maravilloso. Puedes echar al mismo caldero la práctica totalidad de las técnicas dramáticas y aderezarlo con música, imaginería, efectos especiales… Sí, la verdad: en mi próxima vida, quiero ser ayudante de Nolan.


Recordando a Carl Sagan

Carl Sagan. Foto: Corbis.
Carl Sagan. Foto: Corbis.

Cierto día en la estación de trenes de Washington, un mozo ayudó a Carl Sagan con su equipaje, como hacía con cualesquiera otros pasajeros. Sin embargo, cuando Sagan sacó su billetera para darle la propina de rigor, el mozo hizo un gesto de rechazo. Aunque lo relevante de la anécdota no es el gesto en sí, sino la frase con que el mozo lo acompañó: «Guarde su dinero, señor Sagan. Usted ya me ha dado el universo».

La anécdota es muy famosa y habla por sí misma del papel que tuvo Carl Sagan en nuestra cultura. Ningún otro divulgador científico ha sabido pulsar tan bien los resortes de la imaginación colectiva. Quizá se debiera a aquella característica tan suya: la capacidad para experimentar y compartir un extático asombro ante la magnitud y complejidad del universo. Un entusiasmo que resultaba contagioso y al que él llamaba el «sentido de lo maravilloso». Gracias a Sagan y sobre todo a su serie televisiva Cosmos: Un viaje personal, muchas personas experimentaron ese sentido de lo maravilloso junto a él. Especialmente quienes tuvieron la suerte de verla por primera vez durante la tierna infancia: Carl Sagan era como el mago que abría el baúl de los grandes secretos ante nuestros ojos y desvelaba prodigios que parecían fantásticos, pero que no pertenecían al ámbito de las novelas o películas de ficción, sino que existían de verdad. Prodigios que estaban allá arriba, sobre nuestras cabezas, o a nuestro alrededor, o incluso dentro de nosotros. Carl Sagan fue sin duda el catalizador de las ensoñaciones cósmicas de toda una generación. Incluso de quienes nunca nos convertimos en científicos, porque teníamos escrito otro destino o sencillamente lo elegimos así, prácticamente no hemos pasado una noche sin alzar la mirada hacia las estrellas y entonces resulta inevitable acordarse de él. Siempre nos quedará la imagen inolvidable de aquella «nave de la imaginación» con forma de semilla emplumada con la que Sagan nos condujo hacia lugares que nunca visitaremos, pero que ya forman parte de nosotros mismos, tan familiares como nuestra propia casa, como el «pálido punto azul» que flota en torno a una estrella cualquiera en un rincón poco destacado de una insignificante galaxia.

Sagan diría, naturalmente, que el número 2014 carece de importancia en términos cósmicos, como carece de importancia cualquier otra cosa que los humanos podamos pensar, decir o hacer y que al vasto universo le resultará indiferente. Pero en el fugaz extracto temporal de nuestras vidas llamamos 2014 al año en que se estrena la nueva versión de Cosmos, presentada por el que muchos consideran el sucesor de Sagan, el astrofísico Neil deGrasse Tyson. Y también en este 2014 Sagan está de aniversario: hubiese cumplido los ochenta años, caso de no habernos dejado huérfanos hace casi dos décadas. Pero, ¿quién era Carl Sagan? ¿Cómo pensaba? ¿En qué consistía su mensaje? Sirva este repaso a algunas de las facetas de su vida y de su pensamiento no solamente como homenaje, sino también como recordatorio de todo aquello que lo convirtió en una figura única e irremplazable.

Sagan y el cosmos

Queríamos llegar a todo el mundo, porque pensábamos que tener disponible este conocimiento era un derecho innato de la persona. (Ann Druyan, viuda y colaboradora de Carl Sagan)

Ya cuando el pequeño Carl tenía cinco o seis años, sus padres eran conscientes de su brillantez intelectual, de su ansia por obtener respuestas ante cuestiones como «¿qué son las estrellas y de dónde están colgadas?». Hijo único de una familia de condición muy humilde —su padre era un inmigrante ucraniano que trabajó como acomodador en un teatro y su madre una neoyorquina que había crecido prácticamente en la miseria—, el pequeño Carl tenía pocos medios para saciar aquellas ansias. Pero sus padres eran inteligentes y demostraron una gran sensibilidad hacia las necesidades intelectuales de su retoño, así que decidieron que lo mejor que podían hacer era apuntarlo a una biblioteca pública. Aquello abrió los ojos de Carl Sagan y cambiaría su vida para siempre:

Le pedí al bibliotecario algún libro sobre las estrellas. Y la respuesta a mis preguntas era impresionante. Resultó que el sol era una estrella que estaba muy cerca de nosotros. Que las estrellas eran soles, aunque estaban tan lejos que las veíamos como meros puntitos de luz. De repente, la verdadera escala del universo se reveló ante mí. Fue una especie de experiencia religiosa. Había una magnificencia en ello, una grandeza, una sensación de magnitud que nunca después me ha abandonado. Nunca me ha abandonado.

El mensaje divulgador de Sagan giró siempre en torno a una idea central: el ser humano, especie animal que vive sobre la superficie de un planeta cualquiera, es insignificante cuando lo contemplamos bajo términos cósmicos. La humanidad es apenas un soplo fugaz del que seguramente no quedará ni rastro cuando se extinga; y a nadie ahí fuera le importará, si es que hay alguien. El cosmos es un lugar inmenso, inabarcable, que nos humilla y empequeñece. Y sin embargo, cuando era Sagan quien nos describía ese panorama aparentemente descorazonador, brillaba una intensa luz poética que cautivó a quienes le escuchábamos. El ser humano, nos decía, no es importante para el universo. Pero sí es inmensamente afortunado porque puede contemplar la inmensa grandeza de ese universo y maravillarse a causa de ella. Cuando miras las estrellas, lo importante no eres tú: son las estrellas. Y siéntete feliz por poder mirarlas.

Sagan y la comunidad científica

El polo opuesto de la ciencia popularizada es, al final, una ciencia impopular. (Gregory Benford, revista Skeptic)

Sagan contribuyó significativamente a la ciencia astronómica, particularmente con sus análisis de las atmósferas y superficies planetarias en una época en la que apenas se disponía de información fiable. Su bagaje abarcaba tanto astronomía como biología —trabajó con biólogos tan notables como Stanley Miller, George Muller o Joshua Lederberg— y así ayudó a dar forma tanto a las ciencias planetarias como a la exobiología. Colaboró directamente en varias misiones espaciales de la NASA y fue, como sabemos, quien diseñó los mensajes destinados a posibles civilizaciones extraterrestres que fueron incluidos en las sondas espaciales Pioneer y Voyager.

Sin embargo, estas aportaciones resultaron empequeñecidas por su papel como divulgador. Hoy sabemos que en la comunidad científica existieron muchos recelos hacia Sagan y su siempre creciente fama. Entre los astrónomos gozaba de gran predicamento, pero entre otros científicos —algunos físicos, por ejemplo— podía llegar a estar bastante mal visto porque consideraban que sus intentos de popularizar la ciencia amenazaban con «trivializarla». Otros lo veían como un ególatra que buscaba la fama y otros más, probablemente, tenían envidia de su capacidad para llegar a diversos estratos de la sociedad. El caso es que, académicamente hablando, Sagan pagó un precio por esa celebridad. En 1967, cuando era profesor interino en Harvard, le denegaron una plaza fija pese a sus extraordinarias dotes como docente, dotes bien documentadas por su alumnado. ¿El motivo oficial? Que sus investigaciones departamentales eran «poco relevantes» y «derivativas». Pero en realidad tuvo mucho que ver el que hubiese empezado a aparecer en televisión el año anterior, algo que no agradaba en la elitista universidad. Tras aquello, Sagan se marchó a la Universidad de Cornell para poder obtener una cátedra fija. Así que sí, como suena: en Harvard prácticamente echaron a patadas al divulgador científico más importante del siglo XX… y todo porque aparecía demasiado menudo en la pequeña pantalla.

Otro ejemplo: en 1992, siendo ya una celebridad internacional, Sagan fue nominado para el ingreso en la Academia Nacional de Ciencias. Su nombre fue propuesto por iniciativa de los astrónomos, pero más allá del mundillo científico se esperaba la aceptación de su candidatura como un hecho lógico e inevitable, dado lo mucho que Sagan había hecho por la difusión del saber científico. Sin embargo, su candidatura originó en la Academia uno de aquellos caldeados debates que habían colmado la paciencia de Richard Feynman, el famoso premio Nobel que había llegado a dimitir de la Academia cansado del elitismo y luchas de egos de sus miembros. La candidatura de Sagan fue rechazada cuando la mitad de los miembros votaron negativamente, algo que no sucedía a menudo. El pretexto más aireado fue que más allá de la divulgación sus logros científicos no resultaban lo suficientemente relevantes. Ni siquiera importaron detalles como que Stephen Hawking lo hubiese elegido como prologuista para su Breve historia del tiempo. Fuera de la Academia nadie entendió el correctivo que algunos científicos que se consideraban más «serios» habían querido infligir a la estrella mediática. Aunque Sagan no se pronunció en público sobre su ingreso fallido en la Academia, sabemos por su viuda que «le dolió bastante, porque fue un desprecio que él ni siquiera había buscado». Cuatro años después fallecería sin haber obtenido el honor.

Tras su muerte, la Academia corrigió el error haciéndolo miembro honorífico. Ni que decir tiene que la percepción de la comunidad científica hacia Sagan ha cambiado radicalmente desde entonces. Hoy en día no existe un científico que se permita el lujo de menospreciar públicamente su figura. Muchos científicos de la nueva generación comenzaron a estudiar bajo la influencia de Sagan. Algunos, como Neil deGrasse Tyson, recibieron incluso el respaldo personal del propio Sagan durante sus años como estudiante: Sagan, impresionado por su expediente académico, envió una carta de ánimo a un incrédulo Tyson adolescente e incluso le invitó a visitar su laboratorio. Aún hoy, Neil deGrasse afirma que se siente obligado a animar a los jóvenes estudiantes siguiendo el ejemplo del propio Sagan. Sea como fuere, hoy se reconoce abiertamente la tremenda importancia de su tarea como popularizador de la ciencia. Y aunque no hubiera sido así, él lo explicaba de manera tremendamente sencilla: la mayor parte de la financiación de los científicos proviene del pueblo, así que el pueblo tiene derecho a que le expliquen qué hacen los científicos con su dinero, y los científicos tienen la obligación de explicarlo en los términos más asequibles posibles.

Los fundadores de la Sociedad Planetaria. Carl Sagan, sentado a la derecha. Foto: NASA (DP)
Los fundadores de la Sociedad Planetaria. Carl Sagan, sentado a la derecha. Foto: NASA (DP)

Sagan y la fama

Carl Sagan poseía dos cualidades que no pueden transmitirse ni en la más excelsa de las instituciones educativas: un tremendo carisma personal y una gran capacidad para comunicar; características ambas que no abundan entre los científicos y que obviamente constituyeron los cimientos básicos de su estrellato. Antes de estrenarse Cosmos, Carl Sagan ya era famoso en los Estados Unidos gracias a sus frecuentes apariciones televisivas, incluyendo el programa más famoso de América, el show de Johnny Carson. El público quedó rápidamente prendado por su manera calmada pero pasional de hablar sobre el universo. Se convirtieron en coletillas populares algunas de sus expresiones, las hubiese dicho en voz alta o no: a Sagan, por ejemplo, le sorprendía que le atribuyeran constantemente la frase «billions and billions» y en una conversación privada con Carson aseguraba no haberla pronunciado jamás. Pero el presentador se limitó a responder: «pues si nunca la has pronunciado, deberías». Así, entre otras cosas, fue como Sagan aprendió que la fama depende de ciertos estereotipos y tics que pueden ser irreales, pero que capturan la imaginación del público. Entendió que en su labor divulgadora el estilo era tan importante como el contenido, y esto lo distinguió de muchos otros divulgadores científicos. Había que llegar al público, diciendo verdades, sí, pero haciéndolas no solamente fáciles de asimilar sino formalmente atractivas. En el acto de comunicación existen dos partes: el emisor y el receptor. Sagan, saltándose muchas actitudes elitistas extendidas entre los científicos de entonces, trató a sus televidentes y lectores como iguales intelectuales. Los consideró dignos receptores del saber científico y la gente común respondió convirtiéndolo en el rostro más reconocible de la ciencia a nivel mundial. Terminó asumiendo que el público tenía una imagen formada de él y que esa imagen era una importante herramienta de divulgación. Incluso llegó a titular su último libro Billions and billions, un guiño chistoso a aquella frase que nunca había salido de sus labios pero que la gente le había adjudicado como suya.

Sagan y la religión

Sagan no creía en Dios, pero cuando hablaba de sí mismo, rechazaba el término «ateo» porque para él implicaba el conocimiento cierto de que Dios no existe, un conocimiento que sencillamente no estaba a su alcance. Así pues, prefería definirse como «agnóstico». Sin embargo, su discurso no era exactamente el de un agnóstico. Según sus allegados, Carl Sagan era «ateo en todo excepto en el nombre», lo cual es una buena definición de su actitud. Su amigo David Grinspoon, por ejemplo, diría que en la práctica Sagan era prácticamente indistinguible de un ateo que use ese término para definirse.

Su actitud podía parecer contradictoria, pero lo era más que nada a niveles semánticos. Sagan no creía en Dios y con frecuencia calificó el concepto de un Dios personalizado, como el que se venera en casi todas las religiones, de pura fantasía. En su discurso el término «religión» aparecía generalmente acompañado de otros como «superstición», «mitología» y «folclore»; no como sinónimo hay que decir, pero sí en una yuxtaposición que difícilmente podía tener algo de casual. Es más: en sus últimos años, cuando era consciente de que la enfermedad podía llevárselo a la tumba, se preocupó muy mucho de dejar claro que no había comenzado a creer en Dios o en una vida ultramundana ni aun con la perspectiva de una muerte cercana. Incluso sabemos, gracias a su correspondencia publicada póstumamente, de su disgusto cuando alguno de sus colegas científicos consideraba la idea de abrazar la fe en algún dios. Si algo así sucedía, Sagan le enviaba una carta repleta de razones por las que consideraba intelectualmente indefendible la creencia en un dios personal.

El autoproclamado agnosticismo de Sagan era pues más un posicionamiento público que una creencia íntima. Y la gente lo sabía, porque en su mensaje planeaba constantemente una concepción atea del mundo. Conforme crecía su fama lo hacían también las interpelaciones de personas creyentes que discutían sus ideas, incluso ocasionalmente las amenazas de algunos fanáticos religiosos. A menudo lo invitaban a encuentros organizados por asociaciones religiosas para que su opinión sirviera de contraste, pero Sagan era extraordinariamente escrupuloso a la hora de aceptar. En una ocasión declinó participar en un congreso titulado «¿Cómo encontrar a Dios?» porque, como decía en su carta de rechazo, el título del congreso daba a entender que la existencia de Dios era un hecho probado independientemente de las conclusiones a las que se pudiera llegar durante el susodicho congreso. Sagan fue uno de los más notorios representantes del pensamiento escéptico, entendiendo como tal la no aceptación de la certeza de un hecho sin las necesarias evidencias que la sostengan, y acostumbraba a repetir el principio de que «afirmaciones extraordinarias requieren evidencias extraordinarias». Aun así, como en muchos otros asuntos, Sagan primaba la ponderación. Pese a manifestar una y otra vez su desaprobación intelectual hacia cualquier tipo de pensamiento mágico, incluyendo el de las grandes religiones, recordaba que mientras hubiese una pequeña posibilidad de que existiese un dios, él no se sentía capacitado para descartarla. Pero, al mismo tiempo, disimulaba mal su concepción de la religión como mera superchería y de manera parecida a Arthur C. Clarke confiaba —o deseaba confiar— en que el avance del conocimiento científico pusiera a las religiones en recesión de una manera progresiva y natural.

Sagan y las pseudociencias

Al igual que con la religión, Sagan se caracterizó por un abierto escepticismo hacia campos como el de la astrología y otras creencias «paranormales» que no podían sustentarse mediante una observación contrastable, como la que tiene lugar en el método científico. De hecho pensaba que estas creencias eran irracionales y estaban inevitablemente ligadas a factores puramente emocionales: en una ocasión, durante un debate televisivo con Stephen Hawking y Arthur C. Clarke, el presentador preguntó a Sagan si los nuevos descubrimientos científicos harían que los astrólogos terminasen perdiendo su negocio. Sagan, con tanta rapidez como sarcasmo, respondió: «¡Nada podría conseguir que los astrólogos se queden sin su negocio!».

Sin embargo, ese escepticismo estaba una vez más matizado por el deseo de ponderación. Ante el disgusto, incomprensión o sorpresa de otros científicos, Sagan veía razonable que los defensores de estas ideas tuviesen voz en determinados simposios, encuentros o conferencias. Su filosofía parecía ser la de que, mientras existiese una posibilidad aun remota de que hubiese oculto algún conocimiento válido entre tanta superchería, merecía la pena el intento de intentar sacarlo a la luz. Por ejemplo, sorprendió mucho su apoyo a algunos congresos ufológicos. Sabiendo que Sagan nunca creyó que seres inteligentes de otros mundos nos hubiesen visitado y que el fenómeno OVNI estaba compuesto de innumerables malas interpretaciones de estímulos visuales explicables o de fenómenos de sugestión, no tenía reparos en afirmar que quizá, y solo quizá, un pequeñísimo porcentaje de avistamientos podría haberse debido a la presencia de naves extraterrestres. Como en el caso de la existencia de Dios, Sagan no creía en ello pero parecía no querer negar algo en un cien por cien mientras no tuviese pruebas suficientes y tampoco quería negar su voz a quienes lo creyesen.

Sagan y la marihuana

Carl Sagan fue un ávido consumidor de marihuana durante muchos años, aunque esto no se supo hasta después de su muerte, cuando sus allegados lo hicieron público. A mucha gente le sorprendió saber que un científico de aspecto tan formal había fumado «hierba» habitualmente. A Sagan siempre le preocupó mucho que la difusión de este hecho pudiera dañar a su carrera. Pensemos que su popularidad se cimentó en unas décadas donde el consumo de marihuana era considerado por mucha gente casi como un signo de personalidad antisocial. Él, sin embargo, comprobó en primera persona que los mensajes emitidos sobre el gobierno sobre los peligros de la marihuana eran una exageración. Eso sí, nunca quiso convertirse en un apologista. Al menos no con su nombre. Sí escribió algún texto con seudónimo en el que defendía el consumo de marihuana de los ataques que recibía por parte del establishment, pero aparte de eso a lo más que llegó fue a abogar por su uso medicinal en condiciones controladas, porque sus efectos terapéuticos sobre ciertas dolencias estaban siendo bien documentados. Por lo demás no quería ser asociado con aquella droga que podría arruinar su imagen pública. De hecho, se enfadó mucho cuando uno de sus amigos escribió un artículo defendiendo la marihuana, donde se decía que muchos profesionales respetados la consumían y se citaba entre esas profesiones la de astrónomo: Sagan pensó que la gente podría deducir que estaba hablando de él porque el autor del artículo era un amigo muy cercano.

Pese a sus preocupaciones, el público nunca supo de su afición al cannabis. Sin embargo, tiene cierto sentido cuando lo contemplamos desde hoy. Sagan publicó muchos libros y artículos, pero en realidad escribía poco; acostumbraba a dictar ideas sueltas y textos a una grabadora que llevaba siempre consigo; después una secretaria lo transcribía a papel. Esta costumbre no solamente le ayudó a perfilar el característico tono conversacional de su discurso, sino que hizo que muchas de sus reflexiones surgieran cuando estaba bajo los efectos de la marihuana. Sagan, en privado, defendía que cuando estaba colocado le surgían ideas que podían ser certeras, pero que resultaban inaceptables para el ego cuando las escuchaba al día siguiente estando sereno. Y entonces abogaba no por descartar las ideas que tenía cuando estaba colocado, sino por examinarlas a despecho de la resistencia que sus esquemas preconcebidos pudieran ofrecer. Así, consideraba la marihuana una herramienta legítima de exploración intelectual.

Sagan y la política

No resulta fácil trazar un perfil convencional de sus opiniones políticas, aunque sí se le podría definir como liberal en el sentido estadounidense del término. En España podríamos llamarlo progresista, por buscar un término más o menos equivalente. Sí fue un activista político comprometido, pero lo fue en algunos asuntos concretos, muy particularmente el pacifismo y las preocupaciones en torno a la ecología.

Sagan fue, como bien sabemos, un estrecho colaborador de la NASA. Al principio de su carrera lo fue también de las fuerzas aéreas estadounidenses, cuando los vasos comunicantes entre ambas instituciones eran bastante fluidos. Sagan llegó a tener un perfil alto como asesor militar, hasta el punto de que estaba autorizado a consultar documentos calificados como alto secreto. Sin embargo renunció a colaborar con las Fuerzas Armadas en el mismo momento en que su país se involucró en la guerra del Vietnam, a la que se oponía abiertamente. Desde entonces se caracterizó por un mensaje abiertamente pacifista. También se opuso a la proliferación nuclear y fue muy activo en contra del programa de Iniciativa de Defensa Estratégica de Ronald Reagan (la «Guerra de las Galaxias», para entendernos), llegando a ser detenido en algunos actos de protesta. Consideraba que aquel programa rompía el equilibrio atómico con la URSS y por tanto dificultaba un acuerdo de desarme nuclear total, paso que consideraba necesario.

También se oponía a los totalitarismos y recordaba siempre que buena parte de sus familiares europeos —tanto por parte materna como paterna—, judíos casi todos ellos, habían sido asesinados en los campos de exterminio nazis. Aunque él era pequeño durante la guerra y su madre trató de protegerlo de esas nefastas noticias, Sagan supo que la pobre mujer sufrió intensamente durante aquellos años, así que conocía de primera mano los nefastos efectos de una ideología extremista. En consecuencia, condenaba los estados totalitarios y dictatoriales. También se oponía a que los gobiernos entrasen a regular determinadas opciones éticas de los ciudadanos, y por ejemplo, con su ponderación habitual, lanzó argumentos en favor del aborto en determinados plazos de la gestación, un asunto por entonces muy sensible en los Estados Unidos, incluso más de lo que pueda serlo hoy.

Sagan junto a una maqueta de las sondas Viking, destinadas a posarse sobre Marte. Foto: NASA (DP)
Sagan junto a una maqueta de las sondas Viking, destinadas a posarse sobre Marte. Foto: NASA (DP)

Sagan y el calentamiento global

Una de las aportaciones científicas más relevantes del inicio de su carrera fue la deducción de cuáles eran las características superficiales del planeta Venus. Hasta entonces se había especulado con la idea de que podía ser un planeta húmedo, siempre cubierto de una capa de nubes de vapor de agua que lo protegían de la radiación solar y bajo la que quizá se cultivaba un clima benigno y favorable para la vida. Una especie de blanco Edén. Pero Sagan descartó esta idea y dedujo que Venus estaba sufriendo un caso extremo de efecto invernadero, que su capa perenne de nubes impedía que el calor saliese del planeta y que por lo tanto su superficie se habría convertido en un infierno capaz de derretir plomo a temperatura ambiente. Sagan tenía razón, como demostrarían más adelante las sondas enviadas a nuestro planeta gemelo, y esa como decimos fue una de sus grandes aportaciones a la ciencia planetaria.

Pues bien, Sagan citaba el ejemplo de Venus para ilustrar que el efecto invernadero es un proceso que no se autorregula, que perfectamente puede salirse de madre porque, pasado cierto punto crítico, se retroalimenta y se acelera hasta convertir un planeta en un horno. A menudo expresó su preocupación por el fenómeno del calentamiento global en la Tierra, considerando que los gobiernos y las sociedades no se lo tomaban lo bastante en serio. Nos recordaba que el efecto invernadero no se corrige por sí mismo, o de lo contrario Venus sería el vergel húmedo que se había imaginado en otras épocas y no el infierno que sabemos que es. Sagan veía las cosas a escala planetaria e intentaba que los poderes públicos las viesen así también. Los procesos de la atmósfera de un planeta nada entienden de intereses económicos o políticos, y funcionan por sí mismos, más si la actividad humana pudiese contribuir a empeorar sus efectos. La sola posibilidad de que así fuese le parecía motivo más que suficiente para prestar mucha atención al asunto.

Sagan y las mujeres

Siempre se consideró un feminista. Aunque públicamente apenas hablaba de su vida personal, sabemos por su correspondencia que le marcó profundamente el destino que habían tenido sus padres. Su madre era una huérfana a la que por su condición de mujer pobre se le había denegado la posibilidad de sacar partido a su potencial intelectual. Su madre fue muy creyente —cumplía escrupulosamente los preceptos de su religión—, y Sagan siempre creyó que las circunstancias le habían impedido poseer una manera de pensar verdaderamente crítica y una vida acorde a sus capacidades, todo por haber sido mujer en el lugar y momento equivocados.

Carl Sagan se casó tres veces y tuvo cinco hijos. Sabemos gracias a su primera mujer que su matrimonio fracasó porque dedicaba demasiado tiempo a su carrera y poco a su familia; probablemente sucedió lo mismo con el segundo matrimonio. Su tercera esposa, Ann Druyan, fue no solamente su relación más estable sino una estrecha colaboradora en el ámbito profesional (de hecho le ayudó a escribir la serie Cosmos). En todo caso, buscó activamente en sus parejas una contrapartida intelectual, una igual, y en privado lamentaba que su madre no hubiese gozado de las mismas oportunidades.

Sagan y los alienígenas

Sagan creía en la existencia de vida extraterrestre —incluso en la existencia de civilizaciones alienígenas— mucho antes de que fuesen descubiertos los primeros planetas más allá del sistema solar. Para él era cuestión de pura lógica: si la raza humana era producto de procesos naturales, y siendo el universo tan grande, por la pura fuerza de los números debían existir otras razas avanzadas en planetas con unas igualmente condiciones favorables para la vida compleja. Ayudó a impulsar el programa SETI y esperaba que tarde o temprano pudieran localizarse indicios de alguna civilización alienígena, consistentes en algún tipo de señal anómala no explicable mediante procesos naturales. Llegó a decir que le fastidiaba la idea de morir sin haber vivido ese momento en que escuchásemos una voz procedente del espacio.

Esa creencia está bastante extendida entre otros científicos y resulta bastante razonable, pero hoy por hoy no se ha detectado la más mínima señal. Como exclamó un día Enrico Fermi: «¿Dónde están?». Si el universo produce civilizaciones con relativa frecuencia, ¿por qué no las detectamos? Todavía no existe una explicación unánime, pero Sagan defendió hasta el final la creencia de que no tiene sentido pensar que somos la única especie tecnológica en el universo, ni siquiera en nuestra propia galaxia. Solamente el paso del tiempo, con suerte, podrá decirnos si Sagan tenía razón. O quizá nunca lleguemos a saberlo. Pero él jamás dejó de acariciar la idea.

Sagan y nosotros

Carl Sagan nos hizo mirar hacia las estrellas y darnos cuenta de la magnitud del universo, en el que ocupamos un rincón infinitesimal. Nos trató, a los ciudadanos de a pie, como a seres inteligentes y a quienes la ciencia concierne tanto como a los propios científicos, porque el universo no es patrimonio de los científicos, sino de cualquiera que pueda alzar sus ojos y contemplar sus prodigios. Gracias a Carl Sagan, la NASA incluyó en sus sondas una cámara fotográfica que pudiera captar el planeta Tierra desde una gran distancia, y todo porque Sagan quería que pudiéramos entender que estamos todos en el mismo barco, la Tierra, y que ese barco es apenas una frágil chalupa en mitad de un océano inmenso. Que las fronteras, ideologías y religiones son simplemente invenciones de unas criaturas que habitan una esfera hospitalaria, iluminada a la distancia justa por una estrella blanca, y que deberíamos preocuparnos ante todo de que nuestra esfera continúe siendo hospitalaria porque la inmensa mayoría del universo no lo es. Sin nuestra pequeña barca, suspendida en mitad de ese inhóspito vacío, no podríamos contemplar el cosmos y experimentar ese sentido de lo maravilloso, que es una de las mejores cosas que tendremos durante nuestra breve existencia.

Al final, lo verdaderamente importante es que Carl Sagan, más allá de su coyuntura y de sus cualidades o defectos personales, mimó y cuidó su mensaje hasta el más mínimo detalle, como un compositor de sinfonías. Lo resumió en una serie de televisión, el más improbable de los medios, y consiguió crear poesía mientras transmitía conocimiento. Y ese mensaje de divulgación es puro, mucho más poderoso de lo que cualquiera excepto él podría llegar a expresar. Nosotros somos insignificantes; el universo no lo es. Y no podría ser más hermoso si fuese de otra manera.

Mira de nuevo a ese pequeño punto. Eso es aquí. Eso es nuestro hogar. Ahí estamos nosotros. Todos a quienes amas, todos a quienes conoces, todos de quienes has oído hablar alguna vez; todo ser humano que alguna vez existió; cada rey y cada campesino, cada joven pareja enamorada, cada madre y padre, cada niño repleto de esperanzas, cada inventor, cada explorador, cada reverenciado maestro moral, cada político corrupto, cada superestrella, cada líder supremo, cada santo y cada pecador en la historia de nuestra especie ha vivido ahí… en una mota de polvo suspendida en mitad de un rayo de sol.

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«Pale Blue Dot», la imagen lejana de la Tierra —el pequeño punto sobre el rayo de luz amarillento— tomada desde seis mil millones de kilómetros, por iniciativa de Carl Sagan. Foto: NASA. (DP)


El difícil arte de llevar razón estando totalmente equivocado

Si preguntamos a físicos profesionales, estudiantes o aficionados acerca de sus «héroes» en el campo seguramente obtengamos diversas respuestas comunes. Los populares de la clase, los sensación de vivir de la física, seguramente sean Feynman, Einstein, Newton y algún otro.  Si me preguntan a mí, respondería, sin dudarlo, que mi ídolo es Sir Fred Hoyle.

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Fred Hoyle. Public Domain (University of Cambridge)

Este señor fue un portento de la física que aunaba cualidades que no he encontrado en ningún otro físico relevante en la historia. Tenía el don de llevar razón estando totalmente equivocado. Y eso, quieran que no, le da esperanzas a cualquiera.

No entraré aquí a hacer un esbozo biográfico del bueno de Hoyle, simplemente diré que vivió de 1915 a 2001, sin duda uno de los periodos más convulsos, crueles y excitantes de la historia universal y de la historia de la física. Estoy convencido de que vosotros, queridos lectores, tenéis los suficientes recursos para encontrar datos biográficos de este señor.  Lo que pretendo es dar mi visión personal, sesgada y subjetiva, sobre el trabajo de este físico.  Espero que sepan apreciar la belleza de su cabezonería y su terquedad.

El campo donde brilló su estrella fue la astrofísica (nótese aquí la genialidad de la frase que me acabo de sacar de la manga). Hoyle es sin duda uno de los gigantes de este campo de la física aplicada al universo que nos rodea.  Sus contribuciones nunca pasaron desapercibidas y generaron mucha controversia. Permitidme dar unas breves pinceladas sobre las que a mi parecer son las más interesantes.

Las nubes moleculares

Allá por los años cuarenta del pasado siglo, los físicos habían sido capaces de detectar la presencia de nubes intergalácticas en las que había evidencia de la existencia de grandes cantidades de átomos de hidrógeno. El hidrógeno es el elemento más ligero posible, su átomo más simple está formado por un protón y un electrón que están ligados entre sí por la fuerza eléctrica debido a que sus cargas son iguales en magnitud y opuestas en signo.

Hoyle supuso que además de átomos de hidrógeno en dichas nubes de «polvo» esparcidas por el espacio deberíamos encontrar moléculas más complejas.  Las moléculas están conformadas por la unión química de varios átomos. Intentó publicar este resultado con la ingrata sorpresa de que fue rechazado en varias publicaciones. Cualquiera hubiera desistido de insistir con el tema, es muy difícil luchar contra el castillo ortodoxo y en ese castillo estaba asentada la opinión de que nada más complicado que el hidrógeno podría existir ahí fuera, en el espacio.

Pero, afortunadamente, no todos somos como Hoyle y él tuvo la audacia de explicar detalladamente su idea en una novela de ciencia ficción llamada The black cloud (La nube negra) y publicada en 1957.

En esta novela una gran nube compuesta de moléculas más complicadas que el hidrógeno se acerca al sistema solar y priva a la tierra de la luz del sol (hasta aquí el spoiler). Lo maravilloso de esto es que hoy por hoy las nubes moleculares son objetos astrofísicos bien conocidos y en permanente estudio.  Cada vez hay mayor evidencia de que en el espacio se pueden encontrar moléculas bastante complejas, incluso moléculas orgánicas que podrían ser precursoras de algunas moléculas biológicamente activas. Además, es en estas nubes moleculares donde se da el nacimiento de nuevas estrellas.

Cepheus B - X-ray: NASA/CXC/PSU/K
Cepheus B – X-ray: NASA/CXC/PSU/K

Esta es una gran forma de estar equivocado a los ojos de todo el mundo. Para mí quisiera este tipo de errores.

La excitación del carbono

En la actualidad es vox populi que el mecanismo por el que una estrella brilla y da calor es debido a reacciones nucleares donde se funden determinados núcleos para da lugar a núcleos más pesados. Una estrella no es más que una bola de gas comprimido por efecto de la gravedad. Al comprimirse el gas se calienta y llega un momento en el que tiene la suficiente energía como para dar lugar a reacciones de fusión nuclear en su seno.  A partir de este momento, el gas se calienta aún más, esto aumenta la presión hacia fuera y se produce una competición entre la gravedad que intenta comprimir el gas y la presión hacia fuera que intenta expandirlo debido a las temperaturas tan altas que se alcanzan.

El mecanismo más simple y el más popular entre las estrellas es el de convertir núcleos de hidrógeno (esencialmente protones) en núcleos de helio (también llamados partículas alfa). Este  proceso explica la generación de fotones que son capaces de salir de la estrella y son los que le dan su brillo.  Un esquema de este proceso es el siguiente

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Y algo más visual:

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El problema aquí es responder a la pregunta, ¿qué pasa cuando esta reacción ya no puede tener lugar porque se ha consumido todo el hidrógeno nuclear disponible?

La respuesta es simple, la estrella se enfría y domina la gravedad produciendo un colapso del material hacia su núcleo. Pero pronto los físicos se dieron cuenta de que al comprimir el material gaseoso de la estrella se produciría un aumento de la temperatura. ¿Pudiera ser que este aumento permitiera nuevos procesos de fusión esta vez con núcleos más pesados que el hidrógeno?

Esta pregunta llevó de cabeza a los físicos una temporada y aquí Fred Hoyle volvió a sorprender al personal. Dijo que sería posible mantener una fusión si se pudiera dar la reacción de fusión entre tres núcleos de helio simultáneamente. Esta reacción es extremadamente difícil de conseguir, hay que tener unas condiciones muy especiales, y de hecho estaba medio descartada como segunda fuente de energía estelar. Pero Hoyle removió otra vez la astrofísica haciendo una impresionante predicción: esta reacción sería factible y eficiente si existiera un estado nuclear excitado del carbono.

Los núcleos pueden estar en diferentes estados de energía; tenemos un estado de mínima energía denominado estado fundamental y los estados de mayor energía se denominan estados excitados. En algunos procesos los núcleos se pueden generar en estados excitados y  espontáneamente pasar a su estado fundamental. Para ello lo que hacen es emitir la energía que los separa del estado fundamental en forma de fotón, las partículas de luz.

Resulta que la reacción triple alfa sería mucho más probable si existiera un estado excitado del carbono que se separara una energía de 7.65MeV de su estado fundamental. Esta predicción fue hecha por Hoyle en 1957 y nunca se había visto experimentalmente este estado excitado del núcleo carbono. Pero poco después Ward Whaling y su equipo encontraron experimentalmente la existencia de este estado excitado.

Así que la reacción

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es posible y nos da de regalo fotones, con lo cual las estrellas pueden seguir brillando, gracias a que existe un estado excitado del carbono que hemos representado por C*.

Dado que esta reacción es posible gracias a la combinación del aumento de densidad de las capas interiores de la estrella por la contracción gravitatoria y la existencia del estado excitado del carbono, se vuelve a producir energía que tiende a ejercer presión hacia fuera sobre las capas exteriores.  Este proceso da lugar a una expansión de dichas capas externas y las estrellas crecen en tamaño convirtiéndose en gigantes rojas. Eso es lo que le pasará a nuestro sol en unos 5000.000.000 de años y acabará comiéndose a los planetas interiores del Sistema Solar, incluida la Tierra.

Hoyle, junto a Margarett y Geoffrey Burbidge y Willy Fowler, además propuso los mecanismo por los que las estrella podrían llegar a crear núcleos más pesados como el oxígeno, nitrógeno, neón, silicio y los del grupo del hierro. Con esto se explica la aparición de estos elementos pesados vía generación estelar. Estos procesos de síntesis de elementos pesados se dan en estrellas muy grandes que acaban sus días con explosiones supernova, contaminando el medio interestelar con núcleos pesados que luego conforman planetas y nosotros mismos.  Así que podemos decir que somos las cacas de las estrellas.

El tema cosmológico

Sin lugar a duda, las ideas más controvertidas de Hoyle hacen referencia a la cosmología. Hoy tenemos una visión del origen y evolución del universo que se puede resumir en los siguientes puntos:

1.-  El universo tuvo su origen en un tiempo pasado en un proceso de creación desde el vacío cuántico de forma espontánea.

2.-  En los primeros instantes el universo sufrió un proceso de expansión acelerada denominada inflación cosmológica que provocó un sorprendente aumento de su tamaño y proporcionó el medio para crear las distintas partículas que nos componen, aprovechando la energía sobrante que resultó del proceso de frenado de este fenómeno inflacionario.

3.-  Durante este proceso se crearon las semillas para las galaxias que conforman la estructura a gran escala del universo. Este universo está en expansión constante y además lo hace de forma acelerada.

Estas ideas, que están muy resumidas, han sido corroboradas observacionalmente.  Las pruebas más fiables son de dos tipos:

a)  Este modelo predice la proporción en la que se encuentra el hidrógeno, helio, litio y otros elementos en el universo y coincide muy bien con los datos que hemos obtenido con las observaciones.

b)  Además, se predice una radiación de fondo, fotones que se crearon unos 300.000 años después del origen del universo y que nos llegan desde todos los puntos del cielo. La distribución de energía/temperatura de esta radiación es casi homogénea teniendo variaciones muy pequeñas que concuerdan con las predicciones del modelo cosmológico estándar.

Aquí es donde Hoyle sacó toda la artillería y se empecinó en llevarle la contraria a todo el mundo. No podía aceptar un universo que había nacido en el pasado, consideraba que el universo debería de ser eterno y puso sobre la mesa un modelo que explicaba esa idea. Es lo que se conoce como la teoría del estado estacionario.

Uno de los mayores «aciertos» de Hoyle en este respecto fue que en unas lecciones que dio en la BBC por radio intentó ridiculizar la imagen estándar de la cosmología, diciendo que según sus defensores todo había empezado en un Big Bang (gran explosión). Hemos de reconocer que su intento de burlarse de dicha teoría sufrió algo que hoy llamaríamos como efecto Streisand. Así que deberíamos de llamar al efecto Streisand el efecto Big Bang. No hace falta decir que es el nombre por el que se conoce la teoría cosmológica estándar.

Pero pasemos a resumir las locas ideas de Hoyle respecto a la cosmología. Sorprendentemente ninguna de ellas ha sido aceptada por los físicos y, sin embargo, hoy tenemos muchos modelos que podrían pasar por modelos propuestos por el mismísimo Hoyle.

La teoría del estado estacionario se puede resumir como sigue:

Se parte de que el principio ha sido como lo vemos desde siempre y seguirá siéndolo por siempre. A esto se le conoce como Principio Cosmológico Perfecto.

Hoyle sabía que el universo se estaba expandiendo, por lo tanto, para que la densidad del universo fuera constante y del valor que vemos en la actualidad, tuvo que introducir un campo que llamó campo C (la C viene de Creación) que tenía como efecto crear neutrones. Las características de este campo harían que la expansión del universo fuese acelerada. Para que no hubiera problemas con la conservación de la energía, el campo C debería de tener una energía negativa, y por lo tanto produciría repulsión gravitatoria en lugar de atracción como los campos usuales de energía positiva.

Ni que decir tiene que le cayeron palos de todos los sitios. Pero permitidme hacer varios comentarios al respecto de las críticas del modelo y de los modelos que se usan actualmente en física cosmológica.

Primera crítica:

El campo C es responsable de crear neutrones. Pero los neutrones son un tipo de partículas llamadas bariones, que son partículas formadas por tres quarks. Existe una ley de conservación de bariones que nos dice que el número de bariones iniciales y finales en un proceso ha de ser el mismo.  Por lo tanto, no es aceptable un campo que cree bariones de la nada.

En la actualidad hay muchos modelos que predicen violaciones a esta ley de conservación de bariones. Por ejemplo, los modelos de gran unificación que intentan dar con la teoría que describiría a la vez los procesos electromagnéticos, los procesos de radioactividad de la interacción débil y los procesos de la interacción fuerte responsable de la estructura nuclear entre otras cosas.  Lo que en los tiempos de Hoyle, allá por los cuarenta, era una crítica, hoy es algo que los físicos aceptan de entrada. No hay ninguna razón fundamental por la que el número de bariones del universo tenga que ser contante.

Segunda crítica:

El campo C tiene una energía negativa lo cual carece de sentido físico. Además, produciría una expansión acelerada en el universo lo cual va en contra de lo esperable.

Cosas de la vida, actualmente sabemos que el universo se expande de forma acelerada y, para rizar el rizo, sabemos que la mayor parte de nuestro universo es algo que llamamos energía oscura que entre otras cosas tiene energía negativa. La verdad es que equivocarse así da gusto.

Evidentemente, el modelo estacionario tiene más problemas que estos y por eso no es la corriente estándar en la cosmología. Pero lo que me interesa remarcar aquí es que Hoyle tuvo la suficiente valentía y confianza en sus resultados para equivocarse de la mejor manera. Por favor, con esto no estoy haciendo un alegato del error per se, sino del hecho de que la ciencia cambia sus ideas con el paso del tiempo y lo que un día son ideas alocadas en un futuro pueden ser ideas aceptadas. Pero, eso sí, todo lo que dijo este hombre lo demostraba siguiendo las reglas de la ciencia, proponía sus modelos teóricamente de forma matemática y proponía la forma de comprobarlos experimentalmente. Por desgracia para él, la naturleza ha preferido otra forma de hacer las cosas.

Uno puede tener todas las ideas raras que quiera pero ha de poder demostrarlas y defenderlas y, por supuesto, aceptar la sentencia del experimento.

Miscelánea

Hasta aquí todo lo que quería contar, pero Hoyle fue polémico en muchos más campos. Fue uno de los primeros en proponer la panspermia como posible origen de la vida en la tierra. Además defendió el diseño inteligente, cosa que no resiste un análisis muy minucioso. Por tener, tiene hasta una falacia a su nombre.  La falacia de Hoyle dice así:

¿Qué probabilidad hay de que un tornado se forme a partir de un conjunto de planchas metálicas, componentes electrónicos y tornillos de un Boeing 747?  Pues imagínese usted la probabilidad de crear vida a partir de un conjunto de moléculas abióticas en el medio terrestre primitivo.

Sí, la probabilidad de ese proceso es casi nula, pero se le olvidó introducir el tema de la evolución. La creación de la vida no fue un proceso directo y sin cortes de principio a fin. Fue una auténtica cadena de errores de las que solo unos pocos intentos tuvieron éxito en sobrevivir, adaptarse y evolucionar hasta formas complejas de vida. Vamos, que los mamiferos no salieron de una sopa de aminoácidos, glúcidos y ácidos nucléicos disueltos en agua, tuvieron que esperar hasta que sonó la flauta. Pero estos son otros temas de los que algún día me atreveré a decir algo.

Un abrazo, Fred.