Quizás esté familiarizado con el comentario de Mark Twain: “La noticia de mi muerte fue una exageración” (Diario de Nueva York, 2 de junio de 1897). Esta corrección fue necesaria porque un periodista confundió a Twain con su primo gravemente enfermo. ¡Cuán a menudo mis colegas astrónomos y yo esperábamos una corrección similar con respecto al Big Bang! Los periodistas siguen confundiendo ajustes menores con la desaparición del modelo.
Descubrir la historia de la anulación del Big Bang puede ser tan tentador para los periodistas como anunciar la muerte de un icono cultural venerado, o quizás más. La magnitud de lo que está en juego parece inestimable. Dado lo que implica el big bang sobre el origen y desarrollo del universo (y sobre el único relato antiguo que anticipó su descubrimiento), parecen justificadas pruebas rigurosas y repetidas de su certeza.
Me refiero, por supuesto, a los escritores bíblicos que describieron las principales características del Big Bang miles de años antes de que los científicos pudieran hacerlo.1 El avance de la tecnología ha permitido pruebas cada vez más potentes de sus afirmaciones sin precedentes. Hasta ahora, cada nueva prueba, incluida una de las más recientes que se describen en este artículo, solidifica aún más la certeza de su afirmación sobre un evento de creación.
Prueba de dilatación del tiempo del Big Bang
Una de las fundamentaciones más sencillas y directas del modelo de creación del Big Bang es un fenómeno conocido como dilatación del tiempo. La prueba de dilatación del tiempo se basa en la teoría especial de la relatividad de Einstein, basada en una ecuación física que casi todo el mundo conoce: E = mc2 (en el cual mi es para energía, metro es para masa, y C es para la velocidad constante de la luz). Esta ecuación fácilmente se ubica como la más firmemente establecida de todas las ecuaciones de la física. Los experimentos confirman su veracidad hasta más de veinte decimales.2
A partir de una aplicación sencilla del álgebra a esta ecuación, podemos deducir que los relojes que se mueven a altas velocidades en relación con la Tierra avanzarán más lentamente en proporción a la velocidad a la que viajan.3
Una característica fundamental de todos los modelos del big bang es que el universo comenzó como un volumen infinitamente pequeño y se ha expandido continuamente desde su evento de origen. Esta característica cósmica predice que cuanto más distante esté un objeto de la Tierra, más rápidamente parecerá que se aleja de la Tierra. Así, según la teoría de Einstein, los relojes de galaxias distantes avanzarán a un ritmo considerablemente más lento que los relojes de la Tierra o de nuestra Vía Láctea (MWG). Al comparar/contrastar los relojes de galaxias distantes con los relojes del MWG, podemos observar directamente la firma de la expansión cósmica, una prueba definitiva de los modelos del Big Bang.
Confirmación de tres “relojes” cosmológicos
Muchos objetos del universo se comportan como relojes. Los ejemplos más conocidos son los períodos de estrellas binarias eclipsantes, estrellas variables cefeidas, tasas de rotación de galaxias y erupciones de supernovas. Las estrellas binarias eclipsantes y las estrellas variables cefeidas son demasiado débiles para que los astrónomos las detecten y midan en galaxias distantes. Del mismo modo, los astrónomos sólo pueden realizar mediciones precisas de las velocidades de rotación de las galaxias en galaxias relativamente cercanas. Sin embargo, los astrónomos tienen la capacidad de observar supernovas en galaxias de hasta 9 mil millones de años luz.
Los astrónomos han observado varios cientos de erupciones de supernovas tanto en el MWG como en galaxias cercanas. La Figura 1 muestra la curva de luz de la erupción de una supernova de tipo Ia en una galaxia cercana. Cada uno de los siete tipos diferentes de supernovas manifiesta una curva de luz distinta durante un período de tiempo específico.
Figura 1: Curva de luz para supernovas cercanas de tipo Ia
Crédito: Hugh Ross
Los astrónomos han observado que la luz de las supernovas en galaxias a miles de millones de años luz de distancia necesita más tiempo para brillar y luego atenuarse, como lo indican sus curvas de luz vistas desde la Tierra. Basándonos en el tiempo extra medido, podemos determinar que el cosmos se ha expandido hasta su tamaño actual desde un volumen infinitesimal en aproximadamente 13.800 millones de años.4
2. Explosiones de rayos gamma
Los estallidos de rayos gamma (GRB) son explosiones extremadamente energéticas y rápidas que se consideran los eventos electromagnéticos más energéticos desde el Big Bang. Estas explosiones, ya sean por hipernovas o por la formación de agujeros negros, duran desde diez milisegundos hasta unas pocas horas. Un GRB típico libera tanta energía en unos pocos segundos como la que emitiría el Sol en diez mil millones de años.
Por más claramente visibles que sean, los GRB rara vez se observan. La tasa promedio de aparición de GRB es de sólo unos pocos por galaxia por millón de años. Los astrónomos los han visto sólo en galaxias muy distantes. Sin embargo, a diferencia de las supernovas, los astrónomos pueden observar estallidos de rayos gamma a distancias superiores a los 10 mil millones de años luz.
Los astrónomos han determinado, basándose en la distribución estadística, que la duración del GRB se alarga al aumentar la distancia. El grado de alargamiento parece coherente con la expansión del cosmos desde un volumen infinitesimal hasta su tamaño actual a lo largo de 13.800 millones de años.5
3. Variabilidad de las emisiones de los cuásares
Los cuásares, por otra parte, son abundantes y, al igual que los GRB, pueden observarse a distancias superiores a los 10 mil millones de años luz. Los cuásares son núcleos galácticos activos extremadamente luminosos impulsados por agujeros negros supermasivos con masas que van desde cientos de millones hasta decenas de miles de millones de veces la masa del Sol (ver figura 2). Gracias al telescopio espacial James Webb y otros supertelescopios, los astrónomos han detectado y medido quásares a una distancia de hasta 13.470 millones de años luz, una distancia que se correlaciona con sólo 320 millones de años después del evento de origen cósmico.6
Figura 2: 3C 273, el cuásar visualmente más brillante
3C 273 fue el primer cuásar identificado. Fue descubierto por Allan Sandage a principios de los años 1960. Como la mayoría de los quásares, el 3C 273 dispara un chorro relativista (izquierda). Su chorro tiene más de 200.000 años luz de largo.
Crédito: NASA/Telescopio Espacial Hubble
Hasta la fecha, los astrónomos han detectado y medido más de un millón de quásares. Se ve que estos objetos exhiben variaciones de luz a medida que sus agujeros negros supermasivos atraen enormes cantidades de materia hacia sus horizontes de eventos, donde convierten esta materia en energía con hasta un 42% de eficiencia. (A modo de comparación, el horno nuclear del Sol convierte materia en energía con una eficiencia del 0,07%).
Las variaciones de la luz de los cuásares son algo predecibles, en lugar de completamente aleatorias, dado que la densidad de la materia (estrellas y nubes moleculares gigantes) en las proximidades del agujero negro supermasivo de los cuásares se encuentra dentro de un rango conocido. Por lo tanto, dada una muestra suficientemente grande de quásares, los astrónomos pueden utilizar la variabilidad de los quásares para probar la predicción del big bang de la dilatación del tiempo cósmico.
La clave para utilizar las observaciones de cuásares como una prueba sólida de la dilatación del tiempo cósmico es el tamaño de la muestra. La precisión depende de un grande muestra de quásares muy distantes. Cuanto mayor es la distancia del cuásar, mayor es el efecto de dilatación del tiempo. Es un efecto no lineal. Por ejemplo, los relojes que se encuentran a unos 8 mil millones de años luz de distancia funcionarán aproximadamente un 10% más lentamente que los relojes de la Tierra. Los relojes situados a unos 13.000 millones de años luz de distancia funcionarán unas cinco veces más lentamente.
Hasta hace poco, los astrónomos carecían de una muestra suficientemente grande de quásares a más de 12 mil millones de años luz para realizar observaciones de calidad de la variabilidad de los quásares. Esta falta dificultó a los astrónomos establecer, mediante observaciones de cuásares, la certeza de la dilatación del tiempo cósmico.7 Ahora se ha abordado la falta.
Los astrónomos Geraint Lewis y Brendon Brewer reunieron una muestra de 190 quásares a más de 12 mil millones de años luz y monitorearon su variabilidad durante más de dos décadas en múltiples longitudes de onda.8 La variabilidad de estos quásares manifestó una señal inequívoca de dilatación del tiempo cósmico. La variabilidad de los cuásares durante los primeros mil millones de años de la historia cósmica (cuásares a más de 12,8 mil millones de años luz) fue aproximadamente cinco veces más lenta que la variabilidad de los cuásares durante los seis mil millones de años más recientes de la historia cósmica (cuásares a menos de 6,0 mil millones de años luz). años luz).
Implicaciones teológico-filosóficas
Gracias al trabajo de Lewis y Brewer, la predicción del big bang de la dilatación del tiempo cósmico se ha verificado para todos los tiempos retrospectivos. Es decir, los astrónomos han observado el esperado efecto de dilatación del tiempo que opera a lo largo de toda la historia del universo. El modelo de creación del Big Bang ha superado con éxito otra prueba.
La observación de la dilatación del tiempo cósmico también proporciona una confirmación más de la teoría de la relatividad de Einstein. Durante el siglo pasado, astrónomos y físicos han cuestionado tanto la teoría como el big bang de decenas de maneras. La relatividad y la cosmología del big bang han pasado todas estas pruebas con gran éxito. Si bien se pueden anticipar mejoras adicionales, ambas se han establecido más allá de toda duda razonable.
Todos los modelos del big bang indican que el universo comenzó a existir. Así, la inferencia de un Principiante cósmico trascendente surge razonablemente de la ley de causa y efecto. Las observaciones de los astrónomos sobre la dilatación del tiempo cósmico por múltiples medios y en todos los tiempos retrospectivos proporcionan evidencia adicional de la edad del universo. Con aproximadamente 13.800 millones de años, el universo parece demasiado joven para permitir cualquier explicación naturalista creíble del origen y la historia de la vida. Tampoco es tan “joven” como apenas entre 6.000 y 10.000 años, como afirman algunos creacionistas.
Miles de años antes de que los astrónomos tuvieran siquiera una idea de las características fundamentales del cosmos, la Biblia describió al menos algunas de las más significativas: un comienzo que incluye el comienzo del espacio y el tiempo, la materia y la energía; leyes físicas que se mantienen constantes a lo largo de la historia; una ley generalizada de decadencia (entropía); y la continua expansión cósmica. Basándonos en estos hechos, podemos decir con verdad que la Biblia tiene poder predictivo con respecto a la ciencia. Basándonos en la historia, tenemos buenas razones para creer que la Biblia es, en verdad, la Palabra de Dios, digna de confianza en todo lo que dice sobre asuntos físicos y espirituales.
Notas finales
