¿Es el cosmos estático o está en expansión?
Sobre la disputa centenaria acerca de la interpretación del desplazamiento al rojo de los espectros de galaxias
por Mathias Hüfner
RESUMEN: Para el Modelo Estándar de la Cosmología, que sitúa el acto de la creación en un Big Bang hace 13.500 millones de años, la interpretación del desplazamiento al rojo de los espectros de galaxias como medida de velocidad y distancia es esencial. Ponerla en duda hace que todo el modelo se derrumbe. Sin embargo, la propia idea del modelo se ve cada vez más amenazada desde que telescopios cada vez más potentes exploran sistemáticamente el cosmos y desde la conquista de la órbita terrestre mediante sondas de observación. Pero la élite académica, en su delirio poco realista, se niega a abandonar su modelo a toda costa. Sus invenciones para sostenerlo son cada vez más inverosímiles y contradictorias. En el caso del desplazamiento al rojo, el registro sistemático de espectros de galaxias del proyecto SDSS ha aportado material suficiente para refutar la teoría de la expansión de un cosmos cerrado.
A comienzos del siglo XX no se sabía mucho más del universo que en la Edad Media. Había siete esferas anidadas. Solo el Sol y la Tierra habían intercambiado su lugar cuando Copérnico publicó su obra revolucionaria De revolutionibus orbium coelestium, pero la idea de las siete esferas por las que orbitaban los planetas había sobrevivido. Después, en 1915, llegó el joven Albert Einstein y redujo las esferas a una sola, añadió un tiempo absoluto independiente, rechazó la fuerza gravitatoria material de Newton, y conjuró la gravedad como una curvatura del espacio a partir de la descripción tensorial de una esfera. Llamó a este remiendo "las ecuaciones de campo de la gravitación" y no las tenía todas consigo sobre si acabaría en un manicomio por ello. Una generación antes, eso sin duda habría ocurrido, porque el físico de Leipzig Karl Friedrich Zöllner perdió su reputación al exponer ideas sobre un espacio de cuatro dimensiones en su "Explicación de la gravitación universal" de 1882.
Sobre la base de la relatividad general, Alexander Friedmann y Georges Lemaître inflaron por separado el modelo cerrado del cosmos de Einstein en la década de 1920, sin haber mirado jamás por un telescopio. Friedmann resolvió la ecuación de Einstein y encontró una singularidad matemática que, según los parámetros elegidos, podía interpretarse como una expansión o como una concentración de masa, sin ni siquiera empezar a discutir las condiciones físicas reales. Al final, el cosmos tenía que ser finito y estar en expansión, ya que, según la creencia cristiana, Dios existía fuera de este mundo-modelo.
Hace cien años, los descubrimientos de Edwin Hubble en astronomía extragaláctica, realizados con el recién inaugurado telescopio reflector de 2,5 m de Monte Wilson —como la relación entre el desplazamiento al rojo y la intensidad luminosa de las galaxias, entonces todavía consideradas nebulosas planetarias—, llegaron justo a tiempo para apuntalar la hipótesis del Big Bang. Ya se sabía que los pequeños desplazamientos en las líneas espectrales de los espectros estelares se debían al efecto Doppler. El efecto Doppler de la luz se basa únicamente en que la fuente luminosa y el observador se mueven el uno respecto al otro, y la velocidad de la luz se suma o se resta a la velocidad de la fuente —algo imposible según la teoría de la relatividad de Einstein—. Al fin y al cabo, para eso inventó la curvatura del espacio. Pero él se aferraba a un modelo estático del mundo. Solo su encuentro con Hubble cambió su punto de vista. Lo que se había reconocido como válido para los espectros estelares se aplicó ahora a las recién descubiertas nebulosas.
Sin embargo, Hubble empezó a sospechar cuando, a partir del efecto Doppler, obtuvo velocidades cercanas a 1/7 de la velocidad de la luz debidas a los desplazamientos al rojo, mucho mayores, de las galaxias más débiles. Hoy en día, gracias al LHC, tenemos una idea de la enorme energía necesaria para acelerar solo unos pocos protones a esas velocidades.
Ya en 1929, Fritz Zwicky propuso explicar el desplazamiento al rojo espectral de las galaxias como un fenómeno de "fatiga de la luz". En su momento, sin embargo, su teoría no encontró defensores destacados. La relación de Hubble entre desplazamiento al rojo y atenuación luminosa pasó a la historia de la astrofísica como la "constante de Hubble", aunque no es constante en absoluto: su valor ha bajado de 500 km/s por Mpc en 1927 hasta el actual de 73-75 km/s por Mpc. La comunidad científica establecida la interpreta como la velocidad de expansión del espacio. Esta diferencia entre su valor original y el actual se llama la tensión de Hubble, y es uno de los grandes misterios de la cosmología moderna.
Halton Arp, el alumno más destacado de Hubble, encontró mediante observaciones cuidadosas varios objetos cósmicos que parecían ópticamente conectados pero mostraban desplazamientos al rojo muy distintos en sus espectros. Su refutación de la idea del desplazamiento al rojo espectral como medida de la expansión del cosmos disgustó profundamente a los teóricos académicos, y en la década de 1980 se le denegó más tiempo de observación en el nuevo Observatorio Palomar debido a sus controvertidas opiniones sobre el cosmos y la doctrina establecida. Finalmente encontró un nuevo hogar científico en Alemania, donde figuró como científico visitante en el Instituto Max Planck de Múnich. Recopiló el "Atlas de galaxias peculiares" y publicó libros sobre el desplazamiento al rojo intrínseco de las galaxias.
Paul Marmet creía que la radiación de frenado (bremsstrahlung) —la dispersión hacia adelante de pulsos electromagnéticos por electrones— no se limita a la radiación gamma y de rayos X, sino que también ocurre en la luz visible, transfiriéndose una pequeña fracción de la energía a los electrones. En cualquier caso, no se ha encontrado un límite inferior de longitud de onda para la radiación de frenado; esta pequeña liberación de energía simplemente no ha sido detectable hasta ahora. Esto encaja con la observación de Arp de que los cuásares jóvenes que se han separado de una galaxia activa muestran un desplazamiento al rojo particularmente grande en sus espectros de absorción. Paul Marmet no sufrió menos penurias por su postura crítica hacia las doctrinas establecidas: fue tachado de hereje y expulsado de su lugar de trabajo, la Universidad de Ottawa, en 1999. Entre 1997 y 1999, varios físicos establecidos se opusieron vehementemente a que la investigación de Marmet pusiera en duda los principios fundamentales de la física, y escribieron una carta abierta a la comunidad de físicos. Estalló una auténtica guerra de fe sobre la causa del desplazamiento al rojo, en la que el bando minoritario tenía los mejores argumentos. La reacción de los defensores de la doctrina establecida fue, en consecuencia, muy dura.
Para separar el desplazamiento de la línea espectral debido al efecto Doppler, por un lado, del desplazamiento debido a la pérdida de energía, por otro, hay que examinar las propiedades de las propias líneas espectrales, porque el efecto Doppler afecta a una línea espectral de forma distinta a como lo hace la pérdida de energía. Como el movimiento entre la fuente luminosa y el observador no influye en el proceso de emisión de la luz, no cabe esperar ningún cambio en la línea espectral en sí debido al efecto Doppler: la proporción entre altura y anchura de la línea debe permanecer constante, ya que todos los emisores de la fuente luminosa tienen la misma velocidad. Sin embargo, cuando la luz pierde energía, la línea espectral se ensancha, lo que aumenta la proporción entre anchura y altura y desplaza el máximo de la línea hacia la "derecha". Se aprecia una clara dependencia entre la anchura de línea y el desplazamiento al rojo. Como las condiciones varían mucho de una galaxia a otra, cabe esperar un límite inferior y otro superior de anchura de línea en función del desplazamiento al rojo.
En 2008 tuve la oportunidad de participar en un proyecto para clasificar galaxias según el esquema de Hubble. Acababa de completarse el catálogo Release 3 del cielo del Sloan Digital Sky Survey, con aproximadamente 300.000 espectros de galaxias.
Como llevaba tiempo familiarizado con la lectura de espectros por mi participación en el desarrollo de equipos para el análisis de espectros atómicos mediante microespectroscopía láser en Zeiss, analicé las galaxias activas en cuanto al ensanchamiento de las líneas Hα a 656,2 nm en función de su desplazamiento al rojo. El resultado de la consulta correspondiente a la base de datos del Release 3 se muestra en la Figura 5: obtuve una nube de puntos para la anchura relativa de la línea Hα de cada galaxia medida en relación con su desplazamiento al rojo.
Ahí, contrariamente a lo esperado para el efecto Doppler, resulta que el campo de puntos en el que se sitúan la mayoría de las galaxias está en realidad delimitado por dos rectas con una pendiente considerable. La única conclusión posible es que existen procesos entre galaxias que provocan, de forma simultánea, el ensanchamiento de línea con el desplazamiento al rojo, lo cual está relacionado con una disminución de la energía de la luz a lo largo de las distancias cósmicas. Los electrones del plasma cósmico probablemente juegan un papel crucial en esto. Sin embargo, estos mecanismos todavía se comprenden mal.
La Figura 6 ilustra el efecto mediante una distribución normal gaussiana. El área bajo la curva permanece constante, mientras que el máximo se desplaza hacia longitudes de onda más largas. La curva en forma de campana se ensancha. Esto conduce inevitablemente a una disminución de la intensidad.
De ahí se sigue inevitablemente que el cosmos es un volumen lleno de materia, en contraste con el espacio matemáticamente vacío que uno podría imaginar. Ya en 1855, Wilhelm E. Weber y Rudolph Kohlrausch demostraron que la velocidad de la luz es una constante material, identificándola como el inverso de la raíz cuadrada del producto de la constante del campo eléctrico por la del campo magnético. La densidad del medio radiante también puede estimarse a partir de la propia radiación.
En la Figura 5 examinamos la línea Hα de galaxias. Procede del gas que brilla libremente en el espacio cósmico entre las estrellas de cada galaxia. Para emitir una longitud de onda de 656,2 nm, una antena de bucle debe tener un diámetro de λ/π, como se muestra en la Figura 7. Por tanto, la capa atómica debe tener al menos ese diámetro para que el gas emita la línea Hα. Sabemos que un gas llena todo el volumen disponible. A partir de la ley de los gases ideales, podemos estimar ahora la presión máxima de hidrógeno dentro de una galaxia. En el caso ideal, sería de 2,616 × 10¹⁵ átomos por centímetro cúbico. Con una densidad de empaquetamiento del 50%, la que suele asumirse para líquidos, seguiría siendo de 1,3 × 10¹⁵ átomos por centímetro cúbico. Suponiendo una temperatura de 5 K, la presión en una galaxia sería de unos 90 nPa (nanopascales) bajo estas condiciones. Es un vacío ultra-alto, pero dadas las distancias inimaginables a través de una galaxia, probablemente haya más masa entre las estrellas que la que contienen las propias estrellas, y, sobre todo, este medio es lo bastante denso como para transferir momento.
Precisamente porque la presión del gas en el espacio es muy baja, la órbita del electrón puede expandirse tanto que, al interrumpirse, puede emitir una onda electromagnética en el rango visible, e incluso pequeñas perturbaciones provocan la ionización. Por eso el cosmos es un medio eléctrico, tal como descubrieron Weber y Kohlrausch a mediados del siglo XIX. En 1928, Irving Langmuir acuñó para ello el término "plasma".
Todos los átomos que, según Maxwell, no experimentan interrupciones en sus órbitas electrónicas, no brillan por sí mismos, pero transmiten el impulso electromagnético recibido, ya que los gases son coherentes en volumen. No hace falta inventar nuevas partículas para esto. Todo canal de transmisión de radiación electromagnética tiene una atenuación. El medio cósmico, antiguamente llamado éter, tiene por tanto también una atenuación. La constante de Hubble nos dice entonces algo sobre la atenuación de la velocidad de la luz por megapársec del cosmos estático en una dirección de observación concreta. Intentar medir velocidades cósmicas mediante la atenuación de la luz no es fiable, ya que exige suponer que el cosmos es un medio homogéneo, lo cual, como ahora sabemos, no es el caso. En la década de 1980 se identificó que el cosmos tiene una estructura espumosa, en la que las galaxias forman largos filamentos y nudos de masa entre los que parece haber grandes vacíos. No sabemos si estas estructuras son estables. Sin embargo, hay algo que sí puede afirmarse con certeza: las velocidades de los flujos de masa en el cosmos no superan los 1.000 km/s. Si se observa con objetividad la astrofísica que se practica actualmente, hay que plantearse la pregunta:
¿Se entiende el cosmos como un volumen físico, o como una superficie de proyección de creencias e ideas matemáticas contradictorias? Las infantiles superexplosiones y los agujeros negros que todo lo devoran son hoy los temas dominantes en este campo. Estos temas han oscurecido casi por completo, en la conciencia colectiva, las propiedades creativas de un campo de pulsos que penetra la materia y minimiza la entropía.
Akenatón, en el Antiguo Egipto, hacia el 1350 a.C., ya tenía una comprensión del mundo más avanzada. (Figura 8) Para él, la creación era un proceso continuo dentro del mundo. Creo que esta idea es más relevante de lo que muchos filósofos creen.
Para que un volumen físico se expanda, debe tener límites definidos, y para que esto ocurra, la presión interna debe aumentar. Pero ¿de dónde vendrían los átomos, si la gravedad —que domina el modelo del Big Bang— es una fuerza atractiva? Por otro lado, un espacio matemático está formado por números reales mutuamente independientes, y la recta numérica es densa: habría que inventar nuevos números entre medias si tuviera que expandirse. La idea de la expansión del cosmos no es, por tanto, ni física ni matemáticamente lógica. Los físicos cometen el error fatal de creer que la geometría no euclídea es una geometría del espacio. Es una geometría de superficies. Las superficies, a diferencia de los espacios, se describen mediante funciones. Einstein y sus seguidores nunca entendieron esto. Su concepción sigue aferrada al modelo medieval de las esferas. Creen en un espacio-tiempo curvo. Quien se niega a entender el tiempo como una función del movimiento de la Tierra alrededor del Sol es un negacionista de la realidad. Este tipo de astrofísica no puede clasificarse ni como física ni como matemática. Sus representantes encarnan una mezcla de medio conocimiento y creencia.
Eso solo sería perdonable si la creencia no fuera de la mano de la arrogancia. Las teorías no son el principio, sino el final de un desarrollo científico. En una disciplina científica como la física, no se puede intentar demostrar matemáticamente una hipótesis para venderla como teoría, buscar después experimentos que respalden la afirmación, y luego simplemente ignorar los hechos contradictorios. Esto es pseudociencia, caracterizada por la falta de verificabilidad, la inmunidad a la crítica, una terminología poco clara y la ausencia de autocorrección. Como ejemplo, cito el intento de vender una imagen radioastronómica de una galaxia —compuesta por muchas imágenes superpuestas— como un agujero negro conforme a la teoría, sabiendo perfectamente que no puede haber radiación de radio en el centro de una galaxia dada la densidad de materia, y que los radiotelescopios no detectan ondas más cortas.
[Traducido y adaptado por metahistoria.org a partir del artículo «Is the Cosmos Static or Is It Expanding?», de Mathias Hüfner (fuente: thunderbolts.info)]