Premio Nobel de Física. El cosmos, una pasión humana

¿Tuvo el universo un principio? ¿Estamos solos en el cosmos? Uno mira el cielo de la noche y se pregunta cómo es posible que ese conjunto disperso de puntos luminosos (y la aparente oscuridad que habitan) contengan la respuesta a esa preguntas. Sin embargo, la lógica del cielo es descifrable: James Peebles ganó la mitad del premio Nobel de física de 2019 por avanzar en la primera pregunta; Michel Mayor y Didier Queloz ganaron la otra mitad por agregar luz a la segunda.

El descubrimiento de Peebles es un ejemplo del modo errático y casual en que el conocimiento científico se despliega en el escenario de las relaciones humanas. A principio de los años 60, Peebles estaba trabajando bajo la supervisión de Robert Dicke, una leyenda de la física del siglo XX, solo comparable a Enrico Fermi en su doble virtuosismo con las artesanías prácticas del laboratorio y con las minucias de la especulación teórica. En esos tiempos, la cosmología (la rama de la astronomía que se ocupa del origen del Universo) era una rama incipiente de la física. Einstein, en su primera formulación de la teoría de la relatividad, de 1915, había encontrado que sus ecuaciones predecían un Universo en expansión. Incómodo con el resultado, agregó un término a sus ecuaciones para imponerles un acuerdo con un universo en apariencia estático: hasta entonces, tanto científicos como poetas consideraban al cielo fijo como una suprema metáfora de lo permanente, en contrapunto con la naturaleza efímera de la experiencia terrena. Sin embargo, en 1929, el astrónomo Edwin Hubble encontró que las galaxias más allá de nuestra Vía Láctea se alejan de nosotros, y la velocidad con que se alejan es mayor cuanto más lejos están: el Universo se expande; el espacio mismo se estira, y las galaxias se alejan unas de otras como si fueran puntos pintados en un globo que se infla. Y si se alejan quiere decir que en el pasado las galaxias se tocaban. Y mucho antes las estrellas aún no se habían constituido y formaban un gas primordial. Y mucho antes todavía toda la materia del cosmos estaba concentrada en un volumen más chico que un grano de pimienta. Y así como el aire de la rueda de una bicicleta se calienta al comprimirse, la temperatura de la materia y del espacio era más alta en el pasado. Cuánto más atrás en el tiempo, más caliente. Peebles y Dicke especularon que ese universo en estado de compresión era como una diminuta bola de materia y fuego primigenio a altísima temperatura (en el inicio mismo de los tiempos, en el Big Bang, la temperatura sería infinita; si, infinita). La luz de ese fuego es una vibración de altas frecuencias que, al expandirse bajaría su tono, del mismo modo que una cuerda de guitarra baja su frecuencia y su intensidad cuando desplazo el dedo hacia el diapasón. Para Peebles y Dicke, luego de la expansión, el fuego primigenio se habría enfriado a unos 10 grados de temperatura absoluta (-267 grados centígrados) y ese glissando cósmico sería "audible" en el presente: un preciso zumbido silencioso, detectable en las antenas de radar, en una arqueología lumínica del comienzo del mundo. La presencia de ese ruido sería una evidencia actual de la gran explosión. La idea era tan interesante que, a pesar de no tener a punto los instrumentos para medirlo, prepararon un manuscrito para publicación. En el mismo momento, los astrónomos Arno Penzias y Robert Wilson estaban calibrando unas precisas antenas de radar con la idea de medir algo completamente distinto: emisiones de radio provenientes de la Vía Láctea. La calibración les fallaba: un zumbido indeseado persistía a pesar de varios controles (incluido la limpieza de caca de palomas como potencial fuente del ruido). Penzias le comentó el problema del zumbido a su amigo el astrónomo Bernie Burke. Burke sabía del manuscrito de Peebles y Dicke y se lo comentó a Penzias. Dicke analizó la estructura del zumbido y estaba en total acuerdo con su predicción (aunque la temperatura medida era ligeramente distinta). Poco después ambos artículos fueron publicados "back to back" (uno a continuación del otro) en la revista The Astrophysical Journal, en 1965. Pero el premio Nobel fue para Penzias y Wilson en 1978, por un descubrimiento monumental al que llegaron por accidente. En años siguientes Peebles hizo otras contribuciones importantes en el zumbido cósmico (llamado radiación cósmica de fondo) y hoy recibe un premio acaso tan merecedor como el que no recibió Dicke, que murió en 1977.

El hallazgo de Mayor y Queloz es más cercano a mis tiempos de estudiante. En 1995, el objeto más liviano conocido fuera del sistema solar era una estrella 80 veces más grande que Júpiter y la existencia de otras estrellas con sistemas planetarios era conjetural. Los planetas fuera del sistema solar eran una sospecha desde tiempos de los astrónomos del Renacimiento, cuando quedó claro que el Sol es una estrella. Si los planetas giran alrededor del Sol, es dable pensar que las estrellas tienen sus propios planetas (los "exoplanetas"). La confirmación directa llegó en 1995, cuando Mayor y Queloz descubrieron el primer exoplaneta (llamado 51 Pegasi b), a 50 años luz de la Tierra. Desde entonces, y con diversas técnicas astronómicas, se observaron más de 5000 estrellas con sistemas planetarios. Es interesante que el método de Mayor y Queloz se basa en el mismo principio físico que la medición de Edwin Hubble: el efecto Doppler, la variación del tono (o el color en el caso de la luz) cuando un objeto emisor se aleja o se acerca del observador. Mayor y Queloz detectaron el cambio Doppler debido al movimiento de la estrella cuando es empujada y tirada por un planeta en órbita. Ese tironeo causa un pequeñísimo bamboleo estelar que Mayor y Queloz fueron capaces de detectar. Se trata de un descubrimiento que ha cambiado por completo nuestra visión de quiénes somos en el cosmos. Hoy se estima que casi la mitad de las estrellas tienen planetas. Sólo en nuestra galaxia hay 400.000 millones de estrellas, con millones de planetas posiblemente parecidos a la Tierra. Y se estima que en el Universo hay 500.000 millones de galaxias. Dado esa enorme disponibilidad inmobiliaria, con planetas hechos de los mismos elementos químicos que la Tierra, es inconcebible que estemos solos. Quizás nunca hagamos contacto con esos parientes distantes; o quizás la constante expansión del conocimiento científico, nos sorprenda, más temprano que tarde, con un vínculo inesperado.