Cosmos
X. El filo de la eternidad
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A veces estos radiotelescopios se conectan con telescopios en la otra cara de la Tierra formando una línea base comparable al diámetro de la Tierra: en cierto sentido un telescopio tan grande como el planeta. En el futuro podremos situar telescopios en la órbita de la Tierra, al otro lado del Sol, formando de modo efectivo un radiotelescopio tan grande como el sistema solar interior.
Algunos de los radiotelescopios del Dispositivo de Muy Gran Amplitud en Socorro, Nuevo México, manejado por el Observatorio Nacional de Radioastronomía. Los telescopios se desplazan sobre vías de tren; su separación determina la resolución de la imagen de radio resultante. (NASA).
Estos telescopios podrán revelar la estructura interna y la naturaleza de los quásars. Quizás se descubra una candela estándar de quásar y se puedan determinar sus distancias con independencia de sus desplazamientos hacia el rojo. Si entendemos la estructura y el desplazamiento hacia el rojo de los quásars más distantes quizás podamos ver si la expansión del universo fue más rápida hace miles de millones de años, si la expansión está perdiendo ímpetu, si el universo llegará algún día a entrar en colapso.
Los radiotelescopios modernos son de una sensibilidad exquisita; un quásar distante es tan débil que su radiación detectada suma quizás una mil billonésima de watio. La cantidad total de energía procedente del exterior del sistema solar y recibida conjuntamente por todos los radiotelescopios del planeta Tierra es menor que la energía de un solo copo de nieve al chocar contra el suelo. Los radioastrónomos, cuando detectan la radiación cósmica de fondo, cuando cuentan los quásars, cuando buscan señales inteligentes procedentes del espacio, trabajan con cantidades de energía que apenas puede decirse que estén ahí.
Imagen de radio de la galaxia elíptica NGC 3266. Imagen en falso color del Dispositivo de Muy Gran Amplitud.
Alguna materia, especialmente la materia de las estrellas, brilla con luz visible y es fácil de ver. Otra materia, por ejemplo el gas y el polvo de las afueras de las galaxias no se detecta tan fácilmente. No emite luz visible, aunque parece emitir ondas de radio. Este es un motivo por el cual para descifrar los misterios cósmicos hay que utilizar instrumentos exóticos y frecuencias distintas de la luz visible a la cual nuestro ojo es sensible. Observatorios en órbita terrestre descubrieron un intenso brillo de rayos X entre las galaxias. Al principio se pensó que era hidrógeno intergaláctico caliente, una cantidad inmensa nunca vista antes, quizás suficiente para cerrar el Cosmos y garantizar que nos encontramos encerrados en un universo oscilante. Pero observaciones más recientes de Ricardo Giacconi pueden haber resuelto este brillo de rayos X en puntos individuales, que son quizás una horda inmensa de quásars distantes. Contribuyen también al universo con una masa anteriormente desconocida. Cuando se haya completado el repertorio cósmico y se haya sumado toda la masa de todas las galaxias, quásars, agujeros negros, hidrógeno intergaláctico, ondas gravitatorias y habitantes todavía más exóticos del espacio, sabremos el tipo de universo que habitamos.
A los astrónomos, cuando discuten la estructura a gran escala del Cosmos, les gusta decir que el espacio es curvo, o que el Cosmos carece de centro, o que el universo es finito pero ilimitado. ¿De qué están hablando? Imaginemos que habitamos un país extraño donde todos somos perfectamente planos. De acuerdo con Edwin Abbott, un estudioso de Shakespeare que vivió en la Inglaterra victoriana, le llamaremos Flatland. Algunos somos cuadrados; algunos son triángulos, algunos tienen formas más complejas. Entramos y salimos muy atareados de nuestros edificios planos ocupados en nuestros negocios y nuestras diversiones planas. Todo el mundo en Flatland tiene anchura y longitud pero carece de altura. Conocemos la derecha izquierda y el delante atrás, pero no tenemos ni idea, ni pizca de comprensión por el arriba abajo. Pero los matemáticos planos sí lo entienden. Ellos nos dicen: Todo es muy fácil. Imaginad el derecha izquierda. Imaginad el delante atrás. ¿Seguís? Imaginad ahora otra dimensión que forma ángulo recto con las otras dos.
Y nosotros decimos: ¿Pero de qué nos hablas? ¿Cómo puede formar ángulo recto con las otras dos? Sólo
hay dos dimensiones. Enséñanos esta tercera dimensión. ¿Dónde está? Y los matemáticos, desanimados, se largan. Nadie escucha a los matemáticos. Todo ser plano de Flatland ve a otro cuadrado como un corto segmento de línea, el lado del cuadrado que está más cerca de él. Para poder ver el otro lado del cuadrado ha de dar un corto paseo. Pero el
interior del cuadrado permanece eternamente misterioso, a no ser que algún terrible accidente o una autopsia rompa los lados y deje expuestas las partes interiores.
Un día un ser tridimensional, por ejemplo en forma de pera, llega a Flatland y se queda mirándolo desde arriba. Al ver que un cuadrado especialmente atractivo y de aire sociable entra en su casa plana, la pera decide en un gesto de amistad interdimensional saludarlo. ¿Cómo estás?, le dice el visitante de la tercera dimensión. Soy un visitante de la tercera dimensión. El desgraciado cuadrado mira por toda su casa que está cerrada y no ve a nadie. Peor todavía: se imagina que el saludo que entra desde arriba es una emanación de su propio cuerpo plano, una voz de su interior. La familia ha estado siempre algo chalada, piensa quizás para darse ánimos.
La pera, exasperada al ver que la toman por una aberración psicológica, desciende a Flatland. Pero un ser tridimensional sólo puede existir parcialmente en Flatland, sólo puede verse una sección de él, sólo los puntos de contacto con la superficie plana de Flatland. Una pera deslizándose por Flatland aparecería primero como un punto y luego como rodajas cada vez mayores y aproximadamente circulares. El cuadrado ve que aparece un punto en una habitación cerrada de su mundo bidimensional que crece lentamente hasta formar casi un círculo. Un ser de forma extraña y cambiante ha surgido de la nada.
La pera, desairada, irritada por la obtusidad de los muy planos da un golpe al cuadrado y lo proyecta por los aires revoloteando y dando vueltas por esta misteriosa tercera dimensión. Al principio el cuadrado es incapaz de entender lo que está sucediendo: es algo que escapa totalmente a su experiencia. Pero al final se da cuenta de que está viendo Flatland desde una perspectiva especial: desde arriba. Puede ver el interior de habitaciones cerradas. Puede ver el interior de sus congéneres planos. Está contemplando su universo desde una perspectiva única y arrolladora. El viaje por otra dimensión ofrece como una ventaja adicional una especie de visión con rayos X. Al final nuestro cuadrado desciende lentamente hasta la superficie como una hoja que cae. Desde el punto de vista de sus compañeros de Flatland desapareció inexplicablemente de una habitación cerrada y luego se materializó penosamente de la nada. «Por Dios», le dicen, «¿qué te ha pasado?». «Me parece, contesta él mecánicamente», «que estuve
arriba». Le dan unos golpecitos en los costados y le consuelan. La familia siempre tuvo visiones.
En estas contemplaciones interdimensionales no tenemos que limitarnos a las dos dimensiones. Podemos imaginar, siguiendo a Abbott, un mundo de una dimensión, donde cada cual es un segmento de línea, o incluso el mundo mágico de los animales de cero dimensiones, los puntos. Pero quizás sea más interesante la cuestión de las dimensiones superiores. ¿Podría existir una cuarta dimensión física?[68]
Podemos imaginar que generamos un cubo de la siguiente manera: Tomemos un segmento de línea de una cierta longitud y desplacémoslo una longitud igual en ángulo recto a sí mismo. Tenemos un cuadrado. Desplacemos el cuadrado una longitud igual en ángulos rectos a sí mismo y tendremos un cubo. Sabemos que este cubo proyecta una sombra, que dibujamos normalmente en forma de dos cuadrados con sus vértices conectados. Si examinamos la sombra de un cubo en dos dimensiones, nos damos cuenta de que no todas las líneas aparecen iguales, y de que no todos los ángulos son ángulos rectos. El objeto tridimensional no ha quedado perfectamente representado en su transfiguración a dos dimensiones. Este es el coste que hay que pagar por perder una dimensión en la proyección geométrica: no derecha izquierda, no delante atrás, no arriba abajo, sino simultáneamente en ángulos rectos a todas estas direcciones. No puedo decir qué dirección es esta pero puedo imaginarme que existe. En este caso habremos generado un hipercubo cuadridimensional, llamado también teseracto. No puedo enseñar un teseracto, porque estamos encerrados en tres dimensiones. Pero lo que puedo enseñar es la sombra en tres dimensiones de un teseracto. Se parece a dos cubos anidados, con todos los vértices conectados por líneas. Pero en el teseracto real de cuatro dimensiones todas las líneas tendrán longitud igual y todos los ángulos serán ángulos rectos.
Izquierda: Representación convencional en dos dimensiones de un cubo. Derecha: Representación convencional en tres dimensiones de un teseracto o hipercubo (el modelo tridimensional ha quedado reducido una dimensión más sobre esta página).
Imaginemos un universo igual que Flatland, con la excepción de que, sin que sus habitantes lo sepan, su universo bidimensional está curvado a través de una tercera dimensión física. Cuando los habitantes de Flatland hacen excursiones cortas, su universo les resulta suficientemente plano. Pero si uno de ellos hace un paseo lo bastante largo por lo que él imagina ser una línea perfectamente recta, descubre un gran misterio: a pesar de no haber llegado a ninguna barrera ni de haber en ningún momento dado la vuelta, ha acabado de algún modo llegando al lugar de donde partió. Su universo bidimensional tiene que haber sido deformado, doblado o curvado a través de una misteriosa tercera dimensión. Él no puede imaginar esta tercera dimensión, pero puede deducirla. Si sumamos en esta historia una dimensión a todas las citadas tenemos una situación que puede ser válida para nosotros.
¿Dónde está el centro del Cosmos? ¿Tiene el universo algún borde? ¿Qué hay detrás de él? En un universo bidimensional, curvado a través de una tercera dimensión no
hay centro, por lo menos no lo hay sobre la superficie de una esfera. El centro de este universo no está en este universo; está situado inaccesiblemente en la tercera dimensión,
dentro de la esfera. Aunque en la superficie de la esfera el área está limitada, este universo carece de borde: es finito pero ilimitado. Y la pregunta: ¿qué hay más allá? carece de sentido. Los seres planos no pueden por sí solos escapar de sus dos dimensiones.
Si incrementamos por uno todas las dimensiones citadas tenemos una situación que puede ser válida para nosotros: el universo como una hiperesfera cuadridimensional sin centro ni borde, y sin nada más allá. ¿A qué se debe que todas las galaxias parece que huyan de
nosotros? La hiperesfera se está expandiendo a partir de un punto como si se hinchara un balón cuadridimensional, creando a cada instante más espacio en el universo. En algún momento posterior al inicio de la expansión, las galaxias se condensan y son transportadas hacia el exterior sobre la superficie de la hiperesfera. Hay astrónomos en cada galaxia, y la luz que ven también está atrapada en la superficie curva de la hiperesfera. A medida que la esfera se expande, un astrónomo de cualquier galaxia pensará que todas las demás galaxias huyen de él. No hay marcos de referencia privilegiados.[69] Cuanto más lejos está la galaxia más rápidamente retrocede. Las galaxias están incrustadas, sujetas al espacio, y el tejido del espacio se está expansionando. Y la respuesta a la pregunta ¿en qué parte del universo presente ocurrió el
big bang? es clara: en todas partes.
Si hay insuficiente materia para impedir que el universo continúe expandiéndose indefinidamente ha de tener una forma abierta, curvada como una silla de montar, con una superficie que se extienda al infinito en nuestra analogía tridimensional. Si hay suficiente materia, tiene una forma cerrada, curvada como una esfera en nuestra analogía tridimensional. Si el universo está cerrado, la luz está atrapada en su interior. En los años 1920 unos observadores encontraron en una dirección opuesta a M31 un par distante de galaxias espirales. Se preguntaron si era posible que estuviesen viendo la Vía Láctea y M31 desde la otra dirección: como si viéramos nuestro cogote gracias a la luz que ha circunnavegado el universo. Sabemos ahora que el universo es mucho mayor de lo que se imaginaba en los años 1920. La luz tardaría más de la edad del universo en circunnavegarlo. Y las galaxias son más jóvenes que el universo. Pero si el Cosmos está cerrado y la luz no puede escapar de él, puede ser perfectamente correcto describir el universo como un agujero negro. Si queremos saber qué aspecto tiene el interior de un agujero negro miremos a nuestro alrededor.
Hemos mencionado antes la posibilidad de que existan galerías para ir de un lugar a otro del universo sin cubrir la distancia intermedia: a través de un agujero negro. Podemos imaginar estas galerías como tubos a través de una cuarta dimensión física. No sabemos que existan estas galerías. Pero suponiendo que existan ¿han de acabar siempre desembocando en otro lugar de nuestro universo? ¿O es posible que las galerías conecten con otros universos, con lugares que de otro modo serían siempre inaccesibles para nosotros? Nada se opone a que existan muchos más universos. Quizás están en cierto sentido anidados uno dentro del otro.
Hay una idea extraña, atrayente, evocativa, una de las conjeturas más exquisitas de la ciencia o de la religión. Es una idea totalmente indemostrada; quizás no llegue a demostrarse nunca. Pero excita enormemente. Se nos dice que existe una jerarquía infinita de universos, de modo que si penetramos en una partícula elemental, por ejemplo un electrón de nuestro universo, se nos revelaría como un universo enteramente cerrado. Dentro de él, organizadas como el equivalente local de galaxias y estructuras más pequeñas, hay un número inmenso de otras partículas elementales mucho más diminutas, que a su vez son universos en el nivel siguiente, y así indefinidamente: una regresión infinita hacia abajo, sin fin. Y lo mismo hacia arriba. Nuestro universo familiar de galaxias y estrellas, planetas y personas, sería una única partícula elemental en el siguiente universo superior, el primer paso de otra regresión infinita.
Esta es la única idea religiosa que conozco que supera a la del número sin fin de universo cíclico infinitamente viejo de la cosmología hindú. ¿Qué aspecto tendrían estos otros universos? ¿Estarían construidos sobre leyes físicas distintas? ¿Tendrían estrellas y galaxias y mundos, o algo muy distinto? ¿Podrían ser compatibles con alguna forma de vida inimaginablemente distinta? Para entrar en él tendríamos que penetrar en cierto modo en una cuarta dimensión física: la empresa desde luego no es fácil, pero quizás un agujero negro nos abriría el camino. Es posible que existan pequeños agujeros negros en la cercanía del Sol. Después de balancearnos en el borde de la eternidad, saltaríamos fuera…
Regresión infinita. Representación del paso de un universo al de magnitud siguiente en un Cosmos con una regresión infinita de universos anidados uno dentro del otro. Ningún universo es el nuestro. (Pintura de John Lomberg).
Un ser inteligente: Una ballena yubarta irrumpe en la superficie de las aguas del estrecho Frederick, Alaska, verano de 1979. Las ballenas yubartas destacan por sus saltos notables y por sus extraordinarias comunicaciones. Una ballena yubarta pesa en promedio 50 toneladas, y tiene 15 metros de largo. Sus cerebros son mucho mayores que los de las personas. (Cedida por Dan McSweeny).