Descifrar el universo (Todo lo que necesitas para viajar por el espacio y el tiempo) E-Book

Lucy Hawking

• Herausgeber: HarperCollins Ibérica S.A.
• Kategorie: Für Kinder und Jugendliche
• Sprache: Spanisch
• Veröffentlichungsjahr: 2024

Seitenzahl: 515

Beschreibung

ES HORA DE MIRAR HACIA FUERA, AL UNIVERSO ¿Cómo hubiera sido caminar por una Tierra cubierta de lava hace medio millón de años? ¿Te imaginas cómo sería estar cerca de un volcán a punto de entrar en erupción? ¿O de dar tu primer paso en la Luna? ¿Qué harías si los robots se hicieran con el control del planeta? Descifrar el universo es una interesante colección de ensayos llenos de información que Stephen y Lucy Hawking recopilaron juntos en un solo libro. Además, incluye contenido inédito sobre temas tan actuales como la genética, el multiverso, la ética de la Inteligencia Artificial o el problema del negacionismo científico. Esta edición bellamente ilustrada es la guía perfecta para conseguir entender el universo. «PODEMOS LLEGAR CON AUDACIA HASTA DONDE NADIE HA LLEGADO ANTES. ¿QUIÉN SABE LO QUE ENCONTRAREMOS Y A QUIÉN CONOCEREMOS?». STEPHEN HAWKING Descifrar el universo es una colección de ensayos fantásticos llenos de información que reunimos juntos en un solo libro, que incluye, además, contenido inédito fabuloso sobre temas que siempre me habían interesado, como la genética, el multiverso y un nuevo texto sobre agujeros negros. Nuestras nuevas incorporaciones también hablan de la ética de la Inteligencia Artificial (IA) y el problema del negacionismo científico, y nuestro fichaje más joven se encarga de explicarnos el cambio climático. El día en el que a mi padre y a mí se nos ocurrió escribir la historia de un niño que cae en un agujero negro parece ya muy lejano; el primer libro que creamos juntos surgió a partir de una pregunta que le hicieron a mi padre en una fiesta de cumpleaños. Esa pregunta nos lanzó a la misión de escribir todo un libro para responderla. Creo que podemos afirmar con la mano en el corazón que, cuando haces una pregunta, nunca sabes lo que puede pasar. LUCY HAWKING «A pesar de su contenido científico, los ensayos están escritos con un estilo muy accesible, y tratan una gran variedad de temas: desde las explicaciones físicas del universo a las ciencias de la Tierra, además de robótica y predicciones para el futuro. Muy recomendable para mentes curiosas». Blogger «A mi hijo le fascina este libro. Ya habíamos hablado de muchos de estos temas, pero ha encontrado respuestas a preguntas que a mí ni se me habían ocurrido y que él tenía interés en saber». Reseña de Amazon «Una maravillosa mirada científica a nuestro mundo y el universo en un libro lleno de información que tendrá ocupadas a las mentes jóvenes y curiosas durante muchísimo tiempo». ReadItDaddy «Un título valiosísimo en cualquier biblioteca para alumnos de secundaria». Reading Time

Leseprobe

STEPHEN HAWKINGfue unbrillante físico teórico al que se le considera uno delos grandes pensadores de la historia. Fue profesorlucasiano de matemáticas en la Universidad deCambridge y escribió Brevehistoriadeltiempo, quese convirtió en un bestseller internacional. Sus otroslibros para todos los públicos incluyen Brevísimahistoriadeltiempo, la colección de ensayos Agujerosnegrosypequeñosuniversos,Eluniversoenunacáscaradenuez y Brevesrespuestasalasgrandespreguntas.Falleció el 14 de marzo de 2018.LUCY HAWKING se dedica a divulgarla ciencia para el gran público a través de la narrativa.Junto con su padre, Stephen Hawking, creó la seriede libros infantiles de George, que fue un gran éxitoglobal traducido a más de cuarenta idiomas. Lucyha recibido varios premios por su trabajo, como undoctorado honorífico en ciencias por la UniversidadQueen Mary de Londres. A lo largo de los últimosaños, Lucy ha creado dos proyectos muy exitosos conla Agencia Espacial Europea y la editorial CurvedHouse para aumentar el interés por las ciencias en laeducación primaria mediante el aprendizaje a travésdel arte. Lucy ha realizado documentales de radiopara la BBC y una película de realidad virtual sobreautismo en niñas adolescentes con el Grupo MediáticoGuardian, además de presidir la Fundación StephenHawking.

Ilustrado por Jan Bielecki

DESCIFRAR

EL

UNIVERSO

STEPHEN Y LUCY

HA

WKING

Juvenil

Título original: UnlockingtheUniversePublicado originalmente por Random House Children’s Publishers,parte de Penguin Random House group of companies.©del texto: Lucy Hawking, 2020© del diseño, ilustraciones y diagramas, Jan Bielecki,2020©de la traducción: Marta Armengol Royo, 2024© 2024, HarperCollins Ibérica, S.A.Avda. de Burgos 8B planta 18.ª28036 Madridwww.harpercollinsiberica.comISBN: 978-84-19802-09-5Composicióndigital:www.acatia.esCualquierformadereproducción,distribución,comunicaciónpúblicaotransformacióndeestaobrasolopuedeserrealizadaconlaautorizacióndesustitulares,salvoexcepciónprevistaporlaley.DiríjaseaCEDROsinecesitareproduciralgúnfragmentodeestaobra.www.conlicencia.comTels.:917021970/932720447.

«Acuérdatedemirarhacialasestrellasynohaciatuspies».Stephen Hawking

ÍndiceIntroducciónParte Uno: Al principioLa creación del universo, por el profesor Stephen Hawking2Un viaje a través del universo, por el profesor Bernard Carr5La uniformidad en el espacio13La teoría del todo16El Big Bang23La expansión del universo31¿Vino la vida de Marte?, por el doctor Brandon Carter34¿Cómo comenzó la vida?47La historia de la vida, por el profesor Michael J. Reiss50Genética, por el profesor Ammar Al Chalabi56Parte Dos: Con los pies en la Tierra¿Cómo es la Tierra?62¿Cuánto dura un «día» en la Tierra?64La zona de Ricitos de Oro66Los océanos de la Tierra, por la profesora Ros E. M. Rickaby68Volcanes de la Tierra, de nuestro sistema solar y más allá, por la profesora Tamsin A. Mather80¿De qué está hecha la Tierra?88Colisión de partículas91Incertidumbre y el gato de Schrödinger102Teoría M: ¡once dimensiones!107Elementos básicos de la vida, por el doctor Toby Blench110Terraplanistas, negacionistas del alunizaje y antivacunas, por la doctora Sophie Hodgetts117Parte Tres: Explorar el universoZambullirse en el espacio124El cielo nocturno128Nuestra Luna130Luz y estrellas134El sistema solar136

Mercurio144Venus146Marte148Júpiter152Saturno157Urano164Neptuno166Plutón168Un poco de todo170Exoplanetas171Alfa Centauri17255 Cancri174Andrómeda176Satélites en el espacio179El multiverso, por el profesor Thomas Hertog185Parte Cuatro: Materia oscuraLa cara oculta de la Luna192La cara oscura del universo, por el doctor Paul Davies196Materia oscura y energía oscura201Lo que necesitas saber sobre los agujeros negros, por el profesor Stephen Hawking206Singularidades215A oscuras 217Agujeros negros, por Sasha Haco221Parte Cinco: La vida en el espacio¿Por qué viajamos al espacio?, por el profesor Stephen Hawking228Vida en Marte: ¿en serio?233Cohetes para ir a Marte, por Allyson Thomas234¿Cómo imaginamos la vida en Marte?, por Kellie Gerardi238Humanos en el espacio243El efecto perspectiva, por el doctor Richard Garriott de Cayeux251La ecuación de Drake258Vuelos en gravedad cero261Viajes espaciales robóticos264Cometas273

La luz y cómo viaja a través del espacio275Entrar en contacto con los alienígenas, por el doctor Seth Shostak278¿Cómo viaja el sonido por el espacio?283¿Hay alguien ahí fuera?, por lord Martin Rees286Parte Seis: Viajes en el tiempo…Agujeros de gusano y viajes en el tiempo, por el doctor Kip S. Thorne294Espacio, tiempo y relatividad300Los viajes en el tiempo y el misterio de los relojes en movimiento, por el profesor Peter McOwan304Parte Siete: ¡… Hacia el futuro!Mi robot, tus robots, por el profesor Peter McOwan314Ética robótica, por la doctora Kate Darling324Inteligencia artificial, por el doctor Demis Hassabis328Sobre la ética de la IA, por Carissa Véliz334¿Qué es un ordenador?340La máquina universal de Turing 350¿Qué es lo que no puede hacer un ordenador?354Ordenadores cuánticos, por el doctor Raymond Laflamme358Impresión 3D, por el doctor Tim Prestidge362Coches que se conducen solos368Los problemas a los que se enfrenta nuestro planeta370El futuro de los alimentos, por el doctor Marco Springmann374El futuro de la política… ¡eres tú!, por Andy Taylor380Ciudades del futuro, por Beth West385Internet: privacidad, identidad e información, por Dave King392Cambio climático, por Nitya Kapadia399Plagas, pandemias y salud planetaria: de las infecciones a la COVID-19, por la doctora Mary Dobson407Epílogo423Glosario424Índice analítico429Agradecimientos435

IntroducciónA lo largo de mi vida, he tenido el privilegio extraordinario de pasar tiempo y conversar con algunos de los mejores y más innovadores científicos del mundo, amigos y compañeros de mi padre, Stephen. Mi padre fue un científico increíble que se dio cuenta de lo importante que era hablar de su trabajo de una forma que la gente pudiera entender. Opinaba que todo el mundo tenía derecho a conocer y comprender el trabajo de los científicos, y a mí me parecía lo más normal del mundo ser una niña que hacía preguntas y recibía respuestas. A veces, esas res-puestas me confundían o me daban que pensar o incluso me hacían enfadar, pero venían de gente que sabía de qué hablaba, y al considerar esas respuestas o hacer aún más preguntas, sentía que podía alargar la mano y alcanzar la grandeza del universo. Al hacerme mayor, me di cuenta de que a mí se me había dado una oportunidad nada común, y si algo pretendo hacer con mi trabajo es compartir la gran suerte que tuve al poder acce-der a esas mentes fascinantes, originales, creativas, brillantes y divertidísimas reuniéndolas todas en un libro. Empezando por el maravilloso ensayo que escribió mi padre para el primer libro que publicamos juntos, George’sSecretKeytotheUniverse(Laclavesecretadeluniverso), toda la serie protagonizada por George Greenby se ve enriquecida e ilustrada por las voces de un grupo de científicos y expertos diversos y extraordinarios que escriben acerca de su investigación y su trabajo para un público joven.Es cierto que, gracias a Internet, hoy en día disponemosde muchísima información a la que es más fácil acceder quecuando yo era niña. Pero ¿qué significa todo esto? y ¿cómo sabe-mos que lo que leemos en Internet es verdad? Al escribir juntos,mi padre y yo nos dimos cuenta de que podíamos convertir la

información en conocimiento con ayuda de nuestra «familia»de expertos y científicos.Descifrareluniversoes una colección de ensayos fantás-ticos llenos de información que reunimos juntos en un sololibro,que incluye, además, contenido inédito fabuloso sobretemasque siempre me habían interesado, como la genética, elmultiverso y un nuevo texto sobre agujeros negros. Nuestrasnuevas incorporaciones también hablan de la ética de la inteli-gencia artificial (IA) y el problema del negacionismo científico,y nuestro fichaje más joven se encarga de explicarnos el cambioclimático y su experiencia como adolescente en un mundo enel que la temperatura aumenta sin cesar.El día en el que a mi padre y a mí se nos ocurrió escribir lahistoria de un niño que cae en un agujero negro parece ya muylejano; el primer libro que creamos juntos surgió a partir deuna pregunta que le hicieron a mi padre en una fiesta de cum-pleaños. Esa pregunta nos lanzó a la misión de escribir todoun libro para responderla, y ahora que tengo entre las manosnuestro séptimo y último libro, creo que podemos afirmar conla mano en el corazón que, cuando haces una pregunta, nuncasabes lo que puede pasar. En Laclavesecretadeluniverso,Eric,científico y padre de Annie, está escribiendo un libro para niñostitulado Manualdeusuarioparaeluniverso,y eso, precisamente,es el libro que tienes entre las manos.Es un placer y un privilegio emprender este viaje contigo. Siya has leído otros libros nuestros, ¡gracias! Y si no… ¡sube a lanave espacial y prepárate para el lanzamiento! Buena suerte entodas tus aventuras cósmicas, y recuerda: no te acerques muchoa ningún agujero negro…Lucy Hawking

Parte Uno

Al

principio

La

creación

del

universo

Profesor STEPHEN HAWKING

Hay muchos relatos distintos sobre el comienzo del mundo.Por ejemplo, según el pueblo bushongo de África central,al principio no había más que oscuridad, agua y el gran diosBumba. Un buen día, Bumba, que tenía dolor de tripa, vomitóel Sol. El Sol secó parte del agua, con lo que apareció la Tierra.Bumba, que seguía dolorido, vomitó entonces la Luna, las estre-llas y algunos animales: el leopardo, el cocodrilo, la tortuga y,finalmente, el ser humano.Otras culturas tienen relatos distintos, que son los primerosintentos de dar respuesta a las grandes preguntas:• ¿Por qué estamos aquí?• ¿De dónde venimos?La primera evidencia científica que respondía a estas pre-guntas se descubrió hará cosa de un siglo con el hallazgo deque existen otras galaxias y que se alejan de nosotros. El uni-verso se expande; las galaxias se separan. Eso significa que, enel pasado, las galaxias estaban más próximas. Hace casi 14000millones de años, el universo se encontraba en un estado muycaliente y denso. El momento en el que empezó a separarse sellama Big Bang.El universo comenzó con el Big Bang, que provocó unaexpansión cada vez más rápida en un proceso llamado infla-ción, palabra que también describe el fenómeno del aumentode precios. La inflación al comienzo del universo fue muchomás rápida que la inflación de los precios: consideramos quela inflación es muy alta si los precios se doblan en un año, pero3

el universo dobló su tamaño muchas veces en una minúsculafracción de segundo.La inflación hizo que el universo se volviera muy grande,muy uniforme y plano, aunque no era del todo uniforme: habíapequeñísimas variaciones en algunos lugares que causabandiminutas diferencias en la temperatura del universo tempranoreflejadas en lo que se conoce como la radiación de fondo demicroondas. Esas variaciones significan que algunas regionesse expandirán algo más despacio y en algún momento dejaránde hacerlo y colapsarán formando galaxias y estrellas. Debemosla vida a esas variaciones; si el universo temprano hubiera sidototalmente uniforme, no habría galaxias ni estrellas y, por lotanto, la vida no podría haber surgido.El Big BangEl Big Bang es una teoría —una idea o grupo deideas— acerca de cómo surgió el universo. Loscientíficos se dedican a buscar pruebas de que susideas son correctas, y la mayoría de ellos aceptanla teoría del Big Bang.4

Antes de partir, hay que dejar claro lo que entendemospor «viaje» y por «universo». La palabra «universo» hacereferencia a absolutamente todo lo que existe. Sin embargo, lahistoria de la astronomía puede entenderse como una serie depasos y, a cada paso, el universo parece crecer, así que nuestradefinición de «todo» también ha cambiado con el tiempo.Hoy en día, la mayoría de los cosmólogos aceptan la teoríadel Big Bang, según la cual el universo empezó su existencia enun estado de gran compresión hace unos 14000 millones deaños. Eso significa que solo podemos ver hasta la distancia a laque la luz ha llegado desde el Big Bang, que define el tamañodel universo observable.¿Y qué queremos decir con «viaje»? En primer lugar, hay quedistinguir entre observar el universo y viajar por él. Observar eslo que hacen los astrónomos y, como veremos, implica mirar

Un viaje a

través del

universo

Profesor BERNARDCARRFacultad de Física y Astronomía,Universidad Queen Mary de Londres5

atrás en el tiempo. Viajar es lo que hacen los astronautas eimplica cruzar el espacio, pero también puede referirse a otrotipo de viaje, porque, al viajar desde la Tierra hasta los confinesdel universo observable, lo que hacemos es, en esencia, remon-tar la historia que el pensamiento humano ha tenido acerca dela escala del universo. Hablemos por orden de esos tres viajes:El viaje a travésdel tiempoLa información que reciben los astrónomos procede deondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz(300000kilómetros por segundo). Es una velocidad rapidísima,pero tiene un límite, y los astrónomos suelen medir la distanciasegún el equivalente en tiempo de viaje de la luz. La luz del Soltarda varios minutos en llegar hasta nosotros, por ejemplo, perola luz procedente de la galaxia grande que nos queda más cerca(Andrómeda) tarda años en llegarnos, y la de las galaxias máslejanas, muchos miles de millones de años.Eso significa que, al abarcar grandes distancias con la mirada,estamos mirando hacia el pasado. Por ejemplo: si observamosuna galaxia que se encuentra a 10 millones de años luz de dis-tancia, la vemos tal y como era hace 10 millones de años. En esesentido, un viaje por el universo no solo es un viaje a través delespacio, sino también a través del tiempo, hasta el mismísimoBig Bang.En realidad, no podemos llegar a ver hasta el Big Bang, por-que el universo temprano estaba tan caliente que formó unaniebla de partículas que no deja ver. A medida que se expandía,6

se fue enfriando y, unos 380000 años después del Big Bang,la niebla se disipó. Sin embargo, podemos seguir con nuestrasteorías para especular acerca de cómo era antes el universo.Como la densidad y la temperatura aumentan a medida queretrocedemos en el tiempo, nuestra especulación está sujetaa las teorías formuladas en un ámbito llamado física de altasenergías, o física de partículas, pero ahora tenemos una imagenbastante completa de la historia del universo.Sería de esperar que nuestro viaje a través del tiempo aca-bara en el Big Bang. Sin embargo, actualmente los científicosintentan entender la física de la propia creación y, en princi-pio, cualquier mecanismo capaz de producir nuestro universodebería poder generar otros. Por ejemplo, hay quien cree queel universo pasa por ciclos de expansión y colapso, lo que nosdaríauniversos encadenados en el tiempo. Otros opinan quenuestro universo es una de tantas «burbujas» que flotan en elespacio. Son variantes de la llamada propuesta del «multiverso».El viaje a travésdel espacioViajar físicamente por el espacio es mucho más complejo acausa del tiempo que llevaría. El físico Albert Einstein planteódos teorías importantes acerca del espacio y el tiempo. En suteoría especial de la relatividad (1905), afirma que ninguna naveespacial podría superar la velocidad de la luz, lo que significaque tardaríamos al menos 100000 años en cruzar la galaxia y10000 millones de años en cruzar el universo, eso desde la pers-pectiva de alguien que se queda en la Tierra. Pero la relatividad7

especial también predice que el tiempo fluye a menos velocidadpara quien lo observa mientras transita por él, de modo que elviaje sería mucho más rápido para los astronautas. De hecho, sise pudiera viajar a la velocidad de la luz, ¡el tiempo no correría!No existe una nave espacial que pueda viajar tan rápido comola luz, pero se podría acelerar gradualmente hacia esa velocidadmáxima, de modo que el tiempo experimentado sería muchomás breve que el que transcurriría en la Tierra. Por ejemplo,con el impulso de la aceleración a la que la gravedad hace caerlos cuerpos en la Tierra, un viaje por nuestra Vía Láctea ten-dría una duración aparente de unos treinta años. Por lo tanto,cuando el viajero regresara a la Tierra, descubriría que todossus amigos habían fallecido mucho tiempo atrás. Y, si acelerarade forma constante más allá de la galaxia durante un siglo, ¡sepodría, en principio, viajar hasta el confín del universo obser-vable hoy en día!La otra teoría de Einstein, la teoría de la relatividad gene-ral(1915), permite posibilidades aún más exóticas. Por ejemplo,que los astronautas pudieran llegar a usar agujeros de gusanooel efecto de curvatura —como hacen en StarTreky otras seriesfamosas de ciencia ficción— para que estos viajes fueran aúnmás rápidos y así poder regresar a casa sin perder a la familia olos amigos. Pero, por ahora, todo eso es ficción.VIAJEENELTIEMPOPOTENCIALVIAJEENELTIEMPOCONVENCIONALContinuoespacio-temporal

El viaje a través de la historiadel pensamiento humanosobre el universoPara los antiguos griegos, la Tierra era el centro del universo, ylos planetas, el Sol y las estrellas se encontraban relativamentecerca. Este modelo geocéntrico (geosierra) se derrumbó enel siglo , cuando Copérnico demostró que la Tierra y losdemás planetas giraban alrededor del Sol (helios).Sin embargo,el modelo heliocéntrico no duró mucho: algunas décadas mástarde, Galileo probó, mediante el telescopio que acababa deinventar, que la Vía Láctea —que, hasta entonces, no se consi-deraba nada más que una banda luminosa en el cielo— consisteen muchísimas estrellas como el Sol, descubrimiento que no solodisminuyó la importancia del Sol, sino que aumentó hasta pro-porciones descomunales el tamaño del universo conocido.Llegado el siglo , se aceptó que la Vía Láctea era undisco de estrellas (la galaxia) sostenido por la gravedad. Sinembargo, la mayoría de los astrónomos seguían creyendo que laVía Láctea contenía todo el universo, una visión galactocéntricaque persistió hasta bien entrado el siglo , 1924 para ser exac-tos, cuando Edwin Hubble midió la distancia hasta la galaxiagrande más cercana a nuestro planeta (Andrómeda) y demostróque tenía que estar fuera de la Vía Láctea. ¡Otro cambio en eltamaño del universo!En cuestión de pocos años, Hubble obtuvo informaciónsobre varias docenas de galaxias cercanas. Los datos que recabómostraban que todas las galaxias se alejan de nuestro planeta auna velocidad proporcional a la distancia de la Tierra a la quese encuentran. La forma más fácil de entenderlo es imaginar el9

Albert Einstein(1879–1955)Albert Einstein, físico y matemático, nació enAlemania, pero su familia se trasladó primero aItalia y luego a Suiza. Dio muestras de su interéspor la ciencia desde una edad muy temprana: a los5años quedó fascinado por una brújula y la formaen que la aguja siempre apuntaba en la mismadirección. A los 12, aprendió de forma autodidactaálgebra y geometría.En 1905, a la edad de 26 años, publicó tresartículos científicos. Uno de ellos, «Sobre laelectrodinámica de los cuerpos en movimiento»,es más conocido como «Teoría de la relatividadespecial». Diez años después, en 1915, escribióla «Teoría de la relatividad general».Einstein era judío y, en diciembre de 1932, unmes antes de que Adolf Hitler se convirtiera encanciller de Alemania, Einstein renunció a laciudadanía alemana y se trasladó a los EstadosUnidos, donde vivió el resto de su vida. Era unpacifista y se opuso a la bomba atómica. Deseabalapaz entre todas las naciones y un gobiernomundial.Albert Einstein recibió el Premio Nobel de Físicaen 1921. Muchos lo consideran el mejor físicomatemático de la historia.11

•Todos los lugares del espacio deberían comportarsede la misma forma (homogeneidad).•Todas las direcciones en el espacio deberían ofrecerel mismo aspecto (isotropía).•es uniforme en el espacio;•empieza con el Big Bang;•y se expande por igual en todas partes.

L

a

uniformidad

en el

espacio

Para aplicar la relatividad general a todo el universo, debe-mos hacer algunas suposiciones:Esto conduce a una imagen del universo que:13

Averiguarásmás acerca dela materia oscuraen las págs. 21y 201.Esta imagen está respaldada con firmeza por la observaciónastronómica, que es lo que vemos en el espacio a través de telesco-pios que se encuentran tanto en la Tierra como fuera de ella.Sin embargo, el universo no puede ser exactamente uniformeen el espacio, porque eso significaría que estructuras como lasgalaxias, las estrellas, los sistemas solares, los planetas y las perso-nas no podrían existir. Necesitamos un patrón de ondas diminu-tas que pasan por encima de la uniformidad para explicar cómolas primeras zonas de gas y materia oscura pudieronempezar a colapsar de modo que las leyes de la físicaentraran en acción y crearan estrellas y planetas.Como el gas y la materia oscura empiezansiendo prácticamente uniformes y creemos quelas leyes de la física que conocemos se aplican entodas partes, es de esperar que todas las galaxias seformen de la misma manera, de modo que las galaxias máslejanas deberían contener tipos de estrellas, planetas, asteroidesy cometas parecidos a los que vemos en nuestra Vía Láctea.Aún no se sabe muy bien de dónde salieron esas pequeñasondas iniciales. La mejor teoría de que se dispone actualmentees que surgieron a partir de temblores cuánticos microscópicosmagnificados por una fase inicial de expansión muy veloz —lla-mada inflación— que tuvo lugar durante una fracción diminutadel primer segundo que siguió al Big Bang.14

Edwin Hubble(1889-1953)Edwin Hubble fue un astrónomo estadounidense. En el colegio,era un as del deporte y sacaba buenas notas en todas las materiasexcepto en ortografía. Como astrónomo, trabajó en California, enel Observatorio Mount Wilson. En 1923, contempló la nebulosa deAndrómeda a través del enorme telescopio Hooker, de 2,5 m. Allídescubrió un tipo de estrella muy particular, llamada estrellavariable Cefeida, que le permitió demostrar que esa nebulosa sehallaba a unos 900000 años luz de la Tierra, y, por lo tanto, nopodía encontrarse en nuestra galaxia, la Vía Láctea, cuyo radiomide 52850 años luz, lo que significaba que la nebulosa deAndrómeda era, en realidad, la galaxia de Andrómeda. Se tratabade la primera vez que se descubría otra galaxia, y el hallazgo dio aentender que el universo estaba formado por muchas más,algunas de las cuales localizó Hubble más tarde. También inventóuna forma de clasificar las galaxias según su forma, y descubrióque, cuanto más lejos se encontrara una galaxia del sistema solar,más rápido viajaría.Desde entonces, se ha calculado que Andrómeda está aunos 2millones de años luz de distancia; sin embargo, eldescubrimiento de Hubble fue revolucionario y demostró queAndrómeda se hallaba fuera de nuestra galaxia.15

L

a

teoría

del todo

A lo largo de la historia, la gente ha contemplado el mundoquelarodea y ha tratado de entender las cosas asombrosasque veía mediante el planteamiento de distintas preguntas:• ¿Qué son esos objetos?• ¿Por qué se mueven y cambiancomo lo hacen?• ¿Han estado siempre?• ¿Qué nos dicen de por quéestamos nosotros aquí?Solo en los últimos siglos hemos comenzado a encontrarrespuestas científicas para todas estas preguntas.16

La teoríaclásicaEn 1687, Isaac Newton, el gran matemático y físico inglés,publicó las famosas «leyes del movimiento», que describencómo hay fuerzas que cambian la forma en la que los objetos semueven, además de la «ley de la gravitación universal», que dice quetodos los objetos del universo atraen al resto de los objetos con una fuerza—la gravedad— que es el motivo por el que estamos pegados a lasuperficie de la Tierra, por el que la Tierra gira alrededor del Sol y por lo quese crearon los planetas y las estrellas. A escala de planetas, estrellas ygalaxias, la gravedad es el arquitecto que controla la grandiosa estructuradel universo. Incluso hoy en día, las leyes de Newton nos sirven paraponer satélites en órbita y enviar naves espaciales a otros planetas,aunque para objetos muy rápidos o muy grandes hacen faltateorías más modernas, incluidas las de la relatividad deEinstein, y para explicar el comportamiento de cosasdiminutas, como los átomos y las partículas,hace falta otra teoría distinta.17

Las leyesdel movimiento1. Toda partícula permanece en reposo omovimiento en línea recta a velocidadconstante a menos que una fuerza externaincida sobre ella.2. La velocidad a la que cambiará la inercia deuna partícula será igual en magnitud y direccióna la fuerza externa.3. Si una partícula ejerce una fuerza sobre otrapartícula, la segunda partícula ejercerá unafuerza igual pero opuesta sobre la primera.La ley de lagravitaciónuniversalTodas las partículas del universo atraen al restode las partículas con una fuerza que señala lalínea entre las partículas, que es directamenteproporcional al producto de sus respectivasmasas e inversamente proporcional al cuadradode la distancia entre ellas.18

Sir Isaac Newton(1642-1727)Isaac Newton fue un matemático y físico inglés.Supadre murió cuando él era un niño y lo crio suabuela. En el colegio, le gustaba hacer relojes de soly clepsidras. Según una anécdota muy famosa,Newton vio caer una manzana de un árbol en lahuerta de su casa y eso le sirvió de inspiración paraestudiar las leyes de la gravedad. Para cuandocumplió los 23, ya había formulado casi todas lasleyes universales de la gravitación.Newton también descubrió que la luz blanca sepuede separar en colores mediante un prisma einventó un nuevo tipo de telescopio. Aunque erabastante conocido entre los científicos ymatemáticos de su época, no publicó su trabajohasta una edad bastante avanzada. Fue miembrodel Parlamento por la Universidad de Cambridge,y lo nombraron caballero en 1705.

La teoría cuánticaLas teorías clásicas funcionan de maravilla para cosas grandes,como las galaxias, los coches o incluso las bacterias, pero nosirven para explicar cómo funcionan los átomos y, de hecho,¡dicen que la existencia de los átomos es imposible! A principiosdel siglo , los físicos se dieron cuenta de que era necesariodesarrollar una teoría totalmente nueva para explicar laspropiedades de objetos muy pequeños, como los átomos o partesde los átomos, como los electrones. Es lo que llamamos teoríacuántica. La versión que resume el conocimiento actual de laspartículas y fuerzas fundamentales se conoce como ModeloEstándar, y contiene cuarks y leptones (las partículas quecomponen la materia), partículas de fuerza (gluones, fotones,W y Z) y el bosón de Higgs (necesario para explicar parte de lamasa de las otras partículas). Muchos científicos opinan que todoesto es muy complicado y preferirían un modelo más sencillo.Además, ¿dónde está la materia oscura que han descubiertolos astronautas? ¿Y la gravedad? La partícula de la fuerzagravitatoria se llama gravitón, pero añadirlo al Modelo Estándares complicado porque la gravedad es muy distinta: cambia laforma del espacio-tiempo.Una teoría que explicara todas las fuerzas y todas las partículas —una teoría del todo— parecería muy diferente a lo que hemos visto hasta ahora, porque, además de la gravedad, tendría que explicar también el espacio-tiempo. Pero, si existiera, debería hablar del funcionamiento físico de todo el universo, incluyendo el núcleo de los agujeros negros, el Big Bang y el futuro lejano del cosmos. Descubrirla sería un logro espectacular.20

La materia oscuraLa materia oscura es un concepto, una idea. Eluniverso se comporta de una manera que no sepuede explicar con la cantidad de materia quevemos. Para explicar el comportamiento de unagalaxia, esta tendría que ser diez veces mayor deloque vemos. Los científicos desconocen qué máspodría haber —¡no ven nada!—, así que llamanmateria oscura a la parte que falta. Tal vez seanpartículas, o estrellas tenues muy pequeñas, oagujeros negros. Hay científicos que creen que lamateria oscura podría ser caliente, y otros queopinan que es fría. El debate —y lainvestigación— continúa.21

Max Planck(1858-1947)Max Planck fue un físico matemático alemán. Podríahaber sido músico —cantaba muy bien y tocaba elpiano, el órgano y el chelo—, pero decidió hacersecientífico. Le interesaba la termodinámica, la cienciaque estudia cómo los objetos absorben y emiteno liberan energía térmica. En su teoría cuántica,publicada en 1900, Planck plantea que la energía seabsorbe o se emite en pequeños impulsos llamadoscuantos. En 1905, la obra de Planck llevó a AlbertEinstein a formular por su cuenta una teoríaparecida sobre la luz. Max Planck ganó el PremioNobel de Física en 1918.22

¿Y qué es esa materia? No estamos seguros; podríanser partículas de un tipo que hoy ya no es visible, oquizá trocitos de «cuerda», pero en cualquier casose tratará de algo muy «exótico» que noesperaríamos ver hoy en día, ni siquieraen los aceleradores de partículasmás grandes.Averiguarásmás acerca delos aceleradoresde partículas enla página 96.

E

l

Big

Bang

Imagínate que estás sentado dentro del universo eneste momento tan temprano de su existencia (porque,claro, ¡fuera no podrías estar!). Tendrías que ser muyfuerte porque las temperaturas y las presiones dentro dela «sopa» del Big Bang son altísimas. En aquel entonces,toda la materia que vemos hoy en día estaba embutidaen un espacio mucho más pequeño que un átomo.Ha pasado una brevísima fracción de segundo delBig Bang y, mires adonde mires, todo parece igual. Nohay una bola de fuego que sale disparada a toda veloci-dad, sino una masa caliente de materia que llena todo elespacio.23

¡La materia másdistante se aleja deti más rápido que lavelocidad de la luz!1 segundoCuando se produce el Big Bang, esa masa de materia exó-tica muy caliente se expande a medida que crece el espacio quellena; la materia se aleja de ti en todas direc-ciones y la masa se vuelve menos densa.Cuanto más se aleja la materia, másse expande el espacio que os separay, por lo tanto, más rápido se alejala materia.Se producen entonces rápida-mente una serie de cambios muycomplejos, todo en el primer segundoque sigue al Big Bang. La expansión deluniverso diminuto permite que la materiaexótica y caliente se enfríe, lo que causa cambios repentinos,como cuando el agua, al enfriarse, se convierte en hielo.El universo temprano sigue siendo mucho más pequeño queun átomo. Uno de los cambios en el fluido causa un aumentoextraordinario en la velocidad de su expansión (la inflación). Eltamaño del universo se duplica una y otra vez hasta que se ha mul-tiplicado por dos unas noventa veces, creciendo así de una escalasubatómica a una humana. Igual que cuando sacudes el edredónpara alisarlo, su enorme expansión aplasta cualquier bulto en lamateria, de modo que el universo que pronto llegaremos a ver serámuy liso y prácticamente uniforme en todas direcciones.

¿Qué ocurrió con la materia exótica? Una parte fuearrastrada durante la inflación hasta confines deluniverso que tal vez nunca llegaremos a ver; otraparte se degradó con el descenso de la temperaturahasta convertirse en partículas menos exóticas. Elmaterial que nos rodea es mucho menos calientey denso de lo que era, aunque sigue siendo muchomás caliente y denso que en cualquier lugar de hoyen día (incluso en el interior de las estrellas). Eluniverso está lleno de una niebla caliente y luminosa(conocida como plasma) formada principalmentepor cuarks, anticuarks y gluones.Por otro lado, unas ondas microscópicas en el fluido tambiénse expanden y se hacen mucho más grandes. Más tarde, desen-cadenarán la formación de estrellas y galaxias.La inflación termina de forma abrupta y emite energía engran cantidad, generando una marea de partículas nuevas. Lamateria exótica ha desaparecido y la han sustituido partículasmás conocidas como los cuarks (las piezas que forman proto-nes y neutrones, aunque aún hace demasiado calor para quepuedan formarse), los anticuarks, los gluones (que circulanentre cuarks y anticuarks), los fotones (las partículas de las queestá hecha la luz), los electrones y otras partículas muy cono-cidas para los físicos. Puede que también haya partículas demateria oscura, pero, aunque parezca que tienen que estar, aúnno somos capaces de entender lo que son.25

La expansión continúa (a un ritmo mucho menor quedurante la inflación) y llega un momento en que la tempera-tura baja lo suficiente como para permitir a los cuarks y losanticuarks unirse en grupos de dos y de trespara formar protones, neutrones y otraspartículas, incluidas unas llamadashadrones. Sin embargo, aún se vemuy poco a través del neblinoso yluminoso plasma en el momentoen el que el universo cumple unsegundo de existencia.A lo largo de los siguientes segundosestallan fuegos artificia-les, ya que la mayor parte de la mate-ria y la antimateria que se ha producidohasta ese momento se aniquilan mutuamente,y generan oleadas de nuevos fotones. La niebla ahora mismo estácompuesta, sobre todo, de protones, electrones, materia oscuray(principalmente) fotones, pero los proto-nes y los electrones cargados impidenCuando dospartículas condistinto número deelectrones empiezan areaccionar entre sí, se formael llamado enlace iónico y lapartícula recibe una carga,que puede ser positivao negativa.AntimateriaEn la antimateria, las partículas son las mismas que las que forman la materia normal, pero todas sus cualidades, incluida su carga eléctrica, están al revés. Si la materia normal y la antimateria se encuentran, se destruyen mutuamente.ÁTOMODEHIDRÓGENOprotónelectrón

que los fotones lleguen muy lejos, de modo que la visibilidad dentro de la niebla que se expande y se enfría sigue siendo bas-tante mala. Cuando el universo ha cumplido unos pocos minutos deexistencia, los protones y neutrones supervivientes se com-binan para formar núcleos atómicos, sobre todo de lo que seconvertirá en hidrógeno y helio. Siguen cargados, de modo quela niebla aún impide ver. Llegados a este punto, ese materialneblinoso no es tan diferente a lo que encontraríamos hoy endía en el interior de una estrella, pero llena todo el universo,claro.Después de la actividad frenética en los primeros minutos desu existencia, el universo permanece casi sin cambios durantevarios cientos de miles de años; se expande y se enfría mientrasla niebla caliente clarea y se torna rojiza a medida que la expan-sión del espacio estira las longitudes de onda de la luz.Luego, pasados 380000 años, cuando la parte del universoque a su debido tiempo veremos desde la Tierra ha crecido hastaun diámetro de millones de años luz, la niebla por fin se disipa,y los núcleos de hidrógeno y helio atrapan electrones para for-mar átomos enteros. Como las cargas eléctricas de los electro-nes y los núcleos se neutralizan entre sí, los átomos no estáncargados, de modo que ahora los fotones pueden desplazarsesin impedimento: el universo se ha vuelto transparente.Después de tanto tiempo rodeado de niebla, ¿qué ves? Apenasun resplandor rojo desvaído hasta donde alcanza la vista que sevuelve más tenue y rojo a medida que la expansión del espaciosigue estirando las longitudes de onda de los fotones. Al fin, laluz deja de ser visible del todo y no hay más que negrura: hemosentrado en la edad oscura cósmica.27

Los fotones de ese último resplandor llevan desde entoncesviajando por el universo y volviéndose más y más rojos. Hoy endía podemos detectarlos como radiación de fondo de microon-das cósmica (CMB, por sus siglas en inglés), y siguen llegandoa la Tierra desde todos los puntos del cielo.La edad oscura del universo dura unos cientos de millonesde años en los que literalmente no se ve nada. El universo siguelleno de materia, pero casi todo es materia oscura y el restoson gases, hidrógeno y helio, ninguno de los cuales produceluz nueva. Sin embargo, en la oscuridad se están produciendocambios silenciosos.Debido a las ondas microscópicas, magnificadas por la infla-ción, hay zonas que contienen algo más de masa que la media.Esto aumenta la atracción de la gravedad hacia esas zonas, loque atrae más masa y hace que la materia oscura y el hidrógenoy el helio presentes se acerquen aún más. Muy despacio, a lolargo de millones de años, la materia oscura y los gases se acu-mulan en áreas muy densas como resultado de este aumentode la gravedad. Estas áreas crecen gradualmente al atraer másmateria, o de golpe al chocar y fusionarse con otras áreas, en lasque, al contacto con los gases, los átomos se aceleran y aumen-tan de temperatura. De vez en cuando, el gas se calienta lo sufi-ciente como para dejar de colapsar a menos que pueda enfriarsemediante la emisión de fotones o se comprima por la colisióncon otra nube de materia.Si la nube de gas colapsa lo suficiente, se deshace en burbu-jas esféricas tan densas que el calor que albergan ya no puedesalir y, finalmente, llega un punto en el que los núcleos dehidrógeno en el corazón de estas burbujas acaban tan calientesy estrujados que empiezan a fusionarse en núcleos de helio,28

liberando energía nuclear. Te encuentras sentado dentro deuna de estas zonas colapsadas de materia oscura y gas (porquees aquí donde un buen día aparecerá la galaxia de la Tierra), ytal vez te sorprendas cuando la oscuridad que te rodea se veainterrumpida por el estallido de la primera de estas burbujasen una luz cegadora. Nacen así las primeras estrellas y acaba laedad oscura.Las primeras estrellas consumen con rapidez el hidrógenoque contienen, y en su fase final fusionan todos los núcleos quepueden para crear átomos más pesados que el helio: carbono,nitrógeno, oxígeno y otros átomos aún más pesados, que pode-mos encontrar ahora a nuestro alrededor (¡y en nuestro inte-rior!). Estos átomos se dispersan como cenizas hacia las nubescercanas de gas en grandes explosiones y se ven arrastrados a lacreación de la nueva generación de estrellas. El proceso conti-núa: la acumulación de gas y ceniza forma nuevas estrellas, quemueren y generan más ceniza. A medida que se crean estrellasmás jóvenes, la conocida forma en espiral de nuestra galaxia, laVía Láctea, va tomando forma. Y lo mismo ocurre en áreas pare-cidas de materia oscura y gas desperdigadas por el universo.29

El SolHan pasado nueve mil millones de años desde elBig Bang y una nueva estrella, rodeada de planetas,hecha de hidrógeno, helio y ceniza de estrellasmuertas, toma forma y se enciende.Dentro de 4500 millones de años, el tercer planeta máscercano a esta estrella podría ser el único lugar del universoconocido en el que los seres humanos puedan existir con como-didad. Los humanos —tú entre ellos— verán estrellas, nubesde gas y polvo, galaxias y radiación de fondo de microondaspor todo el cielo, excepto en la materia oscura, que es lo quemás abunda (más sobre materia oscura en pág. 201). Tampocopodrás ver nada en los lugares tan alejados que hasta los foto-nes de la radiación de fondo de microondas procedentes de allíaún no han llegado. De hecho, tal vez haya puntos del universodesde los que la luz nunca llegará a nuestro planeta.30

L

a

ex

pansión

del

universo

El astrónomo Edwin Hubble usó el telescopio de 2,5mdel Observatorio del Monte Wilson, California, paraestudiar el cielo nocturno. Descubrió que algunas de lasnebulosas —manchas borrosas y luminosas en el cielonocturno— son, en realidad, galaxias como nuestra VíaLáctea (aunque las galaxias podrían ser de muy diferen-tes tamaños), y que cada una contiene miles y miles demillones de estrellas. Hizo otro descubrimiento asom-broso: hay galaxias que parecen alejarse de nosotros y,cuanto más distantes, mayor es su velocidad aparente.31

De repente, el universo de la humanidad se volvió mucho,muchísimo más grande.El universo sigue en expansión; la distancia entre las galaxiasaumenta con el tiempo. Vuelve a imaginarte el universo comola superficie de un globo en el que se han dibujado manchaspara simbolizar las galaxias. Al hinchar el globo, las manchas ogalaxias se alejan unas de otras; cuanto más alejadas están, másrápido aumenta la distancia entre ellas.El corrimientoal rojoEn el espacio, los objetos muy calientes, como lasestrellas, emiten luz visible, pero como el universoestá en constante expansión, estas estrellas lejanasy sus galaxias de origen se alejan de la Tierra. Estoestira su luz en su viaje hacia nosotros por elespacio; cuanta más distancia recorre, más se estira.El estiramiento hace que la luz visible parezca másroja, en lo que se conoce como el corrimiento al rojocosmológico.32

La atmósfera temprana✦La atmósfera de la Tierra no ha sido siemprecomo es hoy. Si retrocediéramos 3500 millonesde años en el tiempo (hasta cuando la Tierratenía unos mil millones de años), no podríamosrespirar.✦La atmósfera de hace 3500 millones de años nocontenía oxígeno. Estaba formada en su mayorparte por nitrógeno, hidrógeno, dióxido decarbono y metano, aunque se desconoce lacomposición exacta. Lo que sí que sabemoses que sobre esa época se produjeron unaserupciones volcánicas descomunales quelanzaron gases, dióxido de carbono, amoniacoy ácido sulfhídrico a la atmósfera. El ácidosulfhídrico huele a huevos podridos y es tóxicoen grandes cantidades.✦Hoy en día nuestra atmósfera está formadaaproximadamente por un 78% de nitrógeno, un21% de oxígeno y un 0,93% de argón. El 0,07%restante es, en su mayor parte, dióxido decarbono (0,04%) y una mezcla de neón, helio,metano, criptón e hidrógeno.33

¿Dónde y cuándo empezó lavida tal y como la conocemos?¿Empezó en la Tierra?¿Es posible que viniera de Marte?Dr. BRANDONCARTERLaboratorio de Universo y Teorías,Observatorio de París-Meudon

¿Vino

la vida

de Marte?

Hace un par de siglos, casi todo el mundo creía que loshumanos y el resto de las especies estaban presentes desdela creación de la Tierra. Se creía que la Tierra era, básicamente,todo lo que existía en el mundo material, y la creación se descri-bía como un acontecimiento repentino, como el Big Bang en elque hoy en día creen la mayoría de los científicos. Se contaban34

muchos relatos de la creación, como el del Génesis, el primerlibro de la Biblia, y muchas otras culturas en todo el mundoposeen relatos parecidos que hablan de un momento único decreación.Aunque algunos astrónomos ya se hacían preguntas acercade la inmensidad del espacio, se empezó a estudiar de verdadcuando Galileo (1564-1642) fabricó uno de los primeros telesco-pios de la historia. Sus hallazgos demostraron que el universocontenía muchos otros mundos, algunos de los cuales, igualque nuestro planeta, podrían estar habitados.La inmensidad del universo —y la evidencia de que su crea-ción debió suceder mucho antes de que nuestra especie entrara

Los geofísicos modernoscreen que el planetaTierra y nuestro sistemasolar se formaron hace unos4,5 a 4,6 gigaaños, cuando eluniverso—que ahora tiene unos14gigaaños— tenía poco másde 9 gigaaños.en escena— no fue reconocida de forma generalizada hastamucho más adelante, en la época conocida como la Ilustración,un periodo del siglo en el que surgieron muchos inven-tos, como el globo de hidrógeno y especialmente la máquina devapor. Estos inventos desencadenaron la revolución tecnológicae industrial del siglo . En esta época llena de innovaciones,el estudio de la formación de rocas por un proceso de sedimen-tación en mares poco profundos llevó a los geólogos a compren-der que estos procesos debían haberse producido a lo largo node miles o millones de años, sino de miles de millones de años,en lo que hoy llamamos gigaaños.Según parece, los humanos modernos lle-garon al resto del mundo desde Áfricahace 50000 millones de años,pero la arqueología modernaha demostrado de forma bas-tante inequívoca que no fuehasta hace unos 6000 añoscuando las primeras socie-dades humanas empezarona desarrollar lo que llama-mos civilización, es decir, sis-temas económicos en los quese intercambian diferentes tiposde bienes. Un factor muy importanteen cualquier civilización es el intercambiono solo de bienes materiales, sino de información, pero ¿cómose almacenaba o se extendía la información? Hacían falta meca-nismos apropiados para registrarla.36

Arañazosen una piedraAntes de que se inventaran el papel y la tinta, uno delos primeros métodos que los humanos usaron pararegistrar información fueron las marcas en tablillasde barro, antepasadas lejanas de los chips dememoria modernos. Esta forma de compartir yrecopilar conocimiento, especialmente del tipo quehoy llamamos científico, se convirtió en un objetivoimportante.El desarrollo relativamente reciente de la civilización depen-dió, por supuesto, del surgimiento de lo que se ha llamado vidainteligente: seres con suficiente conciencia de sí mismos parareconocerse en un espejo. Hay varios ejemplos conocidos ennuestro planeta: elefantes y delfines, además de antropoides, ungrupo que incluye a los chimpancés y otros simios, neander-tales y seres humanos modernos como nosotros. Hasta ahora,no se han detectado señales de vida inteligente en ningún otrolugar del universo.1000000000 años 1 gigaaño37

Para saber mássobre la teoría de laselección natural deCharles Darwin, pasaa la pág. 50.EL BIGBANGHace 14 gigaaños¿Cómo surgieron estas formasde vida inteligente en la Tierra?Se han hallado restos fosilizados que sugieren que las plantasy animales modernos tal vez surgieron de otras formas de vidaexistentes en la Tierra en épocas más tempranas, pero la genteera incapaz de entender cómo las distintas especies podíanestar tan bien adaptadas a su entorno sin haber sido diseñadasde antemano. La idea de una evolución continua se aceptó deforma generalizada solo después de que Charles Darwin, en sulibro Elorigendelasespecies(publicado en 1859), explicara elprincipio de la adaptación a través de un proceso que él llamóselección natural. Sin embargo, entender cómo funciona esteproceso solo fue posible hace mucho menostiempo (en la década de 1950), cuando des-