Bienvenidos al universo es un libro escrito por los astrónomos Neil deGrasse Tyson, Michael A. Strauss y J. Richard Gott, que ofrece una introducción accesible al Universo a través de la cosmología, la astrofísica y la ciencia del espacio.
La idea principal del libro es presentar el conocimiento científico actual sobre el Universo de una forma accesible para los lectores no especializados. El libro cubre temas tales como la formación y evolución del Universo, la estructura y composición de la galaxia, las propiedades de las estrellas y planetas, y los misterios del espacio profundo.
Además de presentar los conocimientos científicos actuales, el libro incluye ejercicios prácticos y proyectos que permiten a los lectores explorar los conceptos presentados de manera más interactiva.
Bienvenidos al universo es una invitación a explorar el Universo y a aprender sobre el cosmos a través de la ciencia y la observación.
Principales ideas de Bienvenidos al universo
- Primera parada: Órbita terrestre inferior.
- El sol.
- Nuestro sistema solar.
- Luz y distancia.
- Nebulosas, galaxias y materia oscura.
- Agujeros negros.
- La forma del universo.
- Viajes en el tiempo y agujeros de gusano.
- Vida fuera de nuestro sistema solar.
Primera parada: Órbita terrestre inferior.
Antes de continuar, debemos ubicarlo en nuestro punto de partida: la Tierra. Nuestra pequeña canica azul de la vida. Para muchos de ustedes, este será su primer viaje al espacio. Pero en realidad, habéis estado viajando por el espacio toda vuestra vida. Porque, te des cuenta o no, todos vivimos sobre una roca que se mueve aproximadamente a 100.000 kilómetros por hora a través de nuestro sistema solar. Y en ese sentido, la Tierra ya es una especie de nave espacial.
Ahora, mirando la Tierra desde el espacio, les pediré a todos que inclinen la cabeza ligeramente hacia la derecha. Eso es todo. Sólo ahora estás mirando nuestro planeta de frente. Esto se debe a que, a medida que la Tierra orbita alrededor del sol, está perpetuamente inclinada en un ángulo de 23,5°. A medida que orbitamos alrededor del Sol una vez al año, la Tierra mantiene una inclinación constante, manteniendo exactamente la misma orientación durante todo el viaje.
Muy bien, ahora mira hacia los bordes de la Tierra. ¿Ves esa sombra que se arrastra? Bueno, como habrás adivinado, ese es el comienzo de la noche en esas partes de la Tierra. Pero, de lo que quizás no te des cuenta, a menos que estés mirando a la Tierra de frente, es que siempre está exactamente cubierta en un 50 por ciento por la luz solar y exactamente en un 50 por ciento en la oscuridad. Olvídese del horario de verano, los largos inviernos y los solsticios de verano, ahí es donde se encuentra usted en esta inclinación. En diciembre, los habitantes de la Antártida pueden ver la luz del día durante 24 horas. . . ¿Pero la Tierra en su conjunto? Sin excepción, siempre es 50/50.
Y es esta misma inclinación la que dicta todo lo que sabemos sobre el cielo. Desde las estrellas que vemos, hasta la trayectoria del sol. Mucha gente cree que el mediodía significa que el sol está directamente encima. Pero, de hecho, si miras desde los EE. UU., nunca, en ningún momento del día o del año, experimentarás el sol directamente sobre tu cabeza. Simplemente no sucede. Porque en Estados Unidos siempre se ve el sol desde un ángulo. Esto también significa que nunca verás las mismas constelaciones de estrellas que ve el hemisferio sur, y viceversa.
Entonces, si pueden, todos se lancen el cuello. . . ahora estamos situados y mirando al frente. Es hora de comenzar nuestro recorrido por el espacio en la joya de la corona de nuestro sistema solar: el sol.
El sol.
Desde la Tierra, podría parecer amarillo, pero en realidad irradia cantidades aproximadamente iguales de todos los colores visibles, lo que nos da luz blanca, no amarilla. Pero ardiendo a unos 6.000 grados K, es bastante más caliente que una llama blanca normal.
Una estrella más fría que el Sol – con una temperatura de sólo 1.000 K– parece roja porque emite más luz roja de baja energía que luz azul de alta energía. Por eso, cuando miras el otro extremo del espectro de calor, digamos una estrella realmente caliente de 30.000 K, aparece con un intenso color azul.
Pero, ya sea caliente o fría, cada estrella contiene una especie de horno termonuclear de hidrógeno en su núcleo. Y cuanto más se queman, más rápido agotan su suministro de hidrógeno. Es por eso que las estrellas más azules y calientes mueren más rápido que otras: solo duran unos 10 millones de años. Mientras que una estrella más fría, como el Sol, se quemará lentamente y vivirá durante un total de 10 mil millones de años. Cuanto más fría sea la temperatura, mayor será la vida útil.
Ahora bien, si pudiéramos abrir el sol y mirar directamente hacia el centro, veríamos un núcleo brillante justo en el centro. Ése es el horno termonuclear del que estábamos hablando. No sólo mantiene caliente el centro de una estrella, sino que también realiza otra función sorprendente: generar elementos. Debido a que hace tanto calor allí, las reglas normales del electromagnetismo dejan de aplicarse y los protones de hidrógeno se atraen en lugar de repelerse entre sí. Y cuando los protones se atraen, chocan. Formando así nuevas formas de materia.
En el centro de nuestro sol, cuatro millones de toneladas de materia se convierten en energía cada segundo. Y es casi en su totalidad hidrógeno fusionándose para convertirse en helio. Este proceso continúa durante aproximadamente el 90 por ciento de la vida de una estrella: crea energía a partir del hidrógeno y mantiene el núcleo caliente y estable. Pero eventualmente, y estamos hablando de unos cinco mil millones de años a partir de ahora, el combustible de hidrógeno en el núcleo del sol comenzará a agotarse, pasando a un núcleo mayoritariamente de helio. Y aquí es donde las cosas se saldrán de control, con bastante rapidez. Sin hidrógeno, el núcleo se volverá cada vez más inestable y comenzará a colapsar, calentándose cada vez más a medida que quema el hidrógeno sobrante en las capas exteriores. Como resultado, la envoltura del sol se expandirá y se convertirá en lo que llamamos una gigante roja. Se ve exactamente como suena, rojo. . . y gigante.
A medida que la gigante roja continúa creciendo, el núcleo se calienta y el helio comienza a fusionarse para convertirse en carbono. Luego el carbono se convierte en oxígeno. Hasta que, finalmente, el núcleo forma lo que parece algo parecido a una cebolla, cubierto con todos estos elementos diferentes.
Pero a medida que estas capas continúan creciendo y expandiéndose, la estrella entera inevitablemente se quemará, colapsará y se desprenderá de su envoltura gaseosa, liberando todas sus entrañas estelares en la galaxia. Aquí es donde terminará el sol, descansando en su etapa final como una humilde enana blanca.
Para estrellas más grandes, esto puede resultar en una reacción tan masiva que explota en una supernova, colapsando a su vez en una estrella de neutrones o incluso en un agujero negro.
La Tierra, por supuesto, se convertirá en un ascua carbonizada mucho antes de que esto suceda. En apenas mil millones de años, nuestro sol ya habrá crecido lo suficiente como para hacer que los océanos de la Tierra hiervan y se evaporen en la atmósfera, y la vida tal como la conocemos dejará de existir. . .
Y con esta nota feliz, ¡es hora de hacer un recorrido rápido por el resto de nuestro sistema solar mientras podamos!
Nuestro sistema solar.
Los gases enriquecidos que explotan de una estrella después de que su vida ha terminado pueden eventualmente formar bolas de materia sólida que contienen elementos como oxígeno, silicio y hierro. En otras palabras: planetas terrestres. En nuestro sistema solar, tenemos nueve (dispara), quiero decir, ocho planetas. . . Llegaré a ese error de cálculo en un momento. Pero primero, mire por la ventana y se encontrará frente a la primera familia de planetas que nuestro maravilloso sistema solar tiene para ofrecer.
Esos serían Mercurio, Venus, la Tierra y Marte. Todos ellos son objetos pequeños y rocosos que orbitan alrededor del sol. Ciertamente tienen muchas diferencias, pero aún así están más cerca entre sí que de cualquier otra cosa en el sistema solar.
Ahora mire a su derecha y verá la siguiente familia del sistema solar, conocida colectivamente como gigantes gaseosos. Estos son Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno. Una vez más, estos planetas son ciertamente muy diferentes entre sí, pero todos comparten las características de ser grandes y de baja densidad.
Luego está el niño problemático favorito de todos: Plutón. ¿Es un planeta o no? Es posible que ya haya tomado partido en lo que respecta a esta controversia.
Sin ofender a Plutón, pero simplemente no encaja con ninguna de las otras dos familias de planetas. En primer lugar, su órbita está completamente equivocada: se cruza con la de Neptuno, lo que no es en absoluto cómo debería comportarse un planeta. Además, su órbita forma un ángulo con respecto al plano de todos los demás planetas. Ése es otro golpe en su contra.
Desde 1992, los científicos han encontrado más de mil objetos como Plutón: cuerpos helados más allá de Neptuno, muchos de ellos con órbitas similares a las de Plutón. Juntos, estos pequeños cuerpos helados forman lo que llamamos el Cinturón de Kuiper. Estos son los verdaderos hermanos y hermanas de Plutón. Resulta que Plutón es el más grande y brillante de todos.
He notado que uno o dos de ustedes han sacado las mantas estelares que se les proporcionaron. Probablemente hayas notado que el universo no es ajeno a las temperaturas muy frías. En su conjunto, el universo tiene una temperatura sobrante del big bang, cuando toda la materia del universo se condensó y luego se expandió rápidamente. En este momento, está en 2,7 K – y está bajando. Los datos muestran que el universo seguirá expandiéndose, acercándose constantemente a 0 K, o cero absoluto. Una a una, las estrellas consumirán todo su combustible, extinguiéndose y desapareciendo del cielo hasta que se apague hasta la última luz.
Luz y distancia.
A medida que comenzamos a salir de nuestro propio sistema solar, notarás que dondequiera que mires el cielo está lleno de estrellas brillantes y brillantes.
Sin embargo, es muy probable que tengas bastantes ideas erróneas sobre ellos. Por ejemplo, probablemente hayas oído repetir que la Estrella Polar – Polaris– es la más brillante del cielo. En realidad, eso es incorrecto. De hecho, Polaris ni siquiera está entre los diez primeros. . . o 20 . . . o 30 estrellas más brillantes. Ocupa un modesto puesto 45. La más brillante es en realidad Sirio, también conocida como la Estrella Perro.
Y a medida que comenzamos a acelerar, este podría ser un buen momento para entender las distancias. Tomemos como ejemplo nuestro sol. Aunque el sol está cerca de la Tierra, no está exactamente cerca. El sol está a 150 millones de kilómetros de distancia. Pero normalmente no medimos la distancia en kilómetros o millas. En cambio, utilizamos la cantidad de tiempo que tarda la luz en recorrer la distancia. La velocidad de la luz es de 300.000 kilómetros por segundo. La distancia entre el Sol y la Tierra es de unos ocho minutos luz; en otras palabras, la luz tarda ocho minutos en recorrer esa distancia.
A modo de comparación, las estrellas del sistema conocido como Alfa Centauri – nuestros vecinos “más cercanos”– están a unos cuatro años luz de distancia. Esto significa que la luz que vemos de esas estrellas en realidad fue emitida hace cuatro años. Cada vez que miramos al universo, ¡miramos hacia atrás en el tiempo!
Pero en ese sentido, ¿qué estamos mirando cuando miramos las estrellas? ¿Qué es la luz? Bueno, está formado por fotones, que son simultáneamente partículas y ondas. La cantidad de energía que pueden transportar difiere, lo que crea diferentes “sabores” de fotones.
Uno de los tipos de fotones es la luz visible, a la que el ojo humano es sensible: luz blanca, roja, naranja, amarilla, verde, azul y violeta. Luego están los sabores a los que nuestros ojos no son sensibles. Estos incluyen la luz infrarroja, las microondas y las ondas de radio, que están «por debajo» del rojo en el espectro de luz. Y luego está la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma «por encima» del violeta en el espectro.
A medida que avanza por el espectro hacia los rayos gamma, aumenta la energía contenida en cada fotón. ¡Hay una razón por la que todo el mundo te dice que uses protector solar para protegerte de los rayos UV y por la que necesitas usar una manta de plomo mientras te hacen una radiografía!
En lo que respecta a las estrellas, todavía apenas hemos arañado la superficie. Para ver aún más, tendremos que ir mucho más lejos de lo que estamos ahora. Agárrate fuerte.
Nebulosas, galaxias y materia oscura.
A medida que comenzamos a recorrer la Vía Láctea, notarás que las estrellas no son lobos solitarios. En cambio, se forman en grupos.
Algunos cúmulos contienen sólo unos pocos cientos de estrellas. En ese caso, los llamamos clusters abiertos. Otros tienen cientos de miles de estrellas, en cuyo caso los llamamos cúmulos globulares. En ambos casos, las estrellas de un cúmulo determinado comparten fecha de nacimiento: todas se formaron a partir de una nube de gas al mismo tiempo.
Las Pléyades, que se pueden ver más adelante, son un cúmulo abierto que probablemente tenga menos de 100 millones de años. Está lleno de estrellas jóvenes, brillantes y azules, lo que, si recuerdas, significa que son increíblemente calientes. Pero también hay algunas estrellas rojas más frías cerca. No hay razón para creer que esto no sea sólo una coincidencia. Algunas estrellas comienzan calientes, otras geniales: ¡nacen así!
A continuación, descubrirá que ahora estamos pasando por la Nebulosa de Orión. Esta acumulación de partículas de gas y polvo se encuentra dentro de nuestra propia galaxia y es un verdadero vivero estelar. ¡Unas 700 estrellas están en proceso de nacer aquí ahora mismo!
Nebulosas como ésta están enriquecidas con elementos pesados previamente formados en los núcleos internos de estrellas moribundas. La gravedad siempre trabaja para juntar el gas y el polvo y crear algo a partir de ellos. Entonces, así como aprendimos que los elementos sobrantes a veces pueden convertirse en nuevos sistemas planetarios, ¡ también pueden convertirse en nuevas estrellas! Pero cuando esto sucede, a medida que el material se empuja hacia adentro, se calienta. Con el tiempo, se vuelve tan caliente y denso que comienzan a tener lugar reacciones termonucleares y, boom, tienes una estrella recién nacida.
La Vía Láctea contiene aproximadamente entre cien mil y trescientos mil millones de estrellas. Están dispuestos en un disco aplanado con un diámetro total de unos 100.000 años luz. En el centro, hay una distribución más espesa y grumosa de estrellas de unos 20.000 años luz de largo. Esto se llama bulto. La formación de estrellas ocurre casi exclusivamente en los brazos espirales en forma de disco que irradian desde el bulbo.
Y también sucede algo más en los brazos. La masa de la Vía Láctea, que hemos podido calcular, no se corresponde con la cantidad de estrellas que podemos observar. Esto ha llevado a los científicos a postular la existencia de materia oscura que contribuye a la masa del universo. De hecho, ahora pensamos que la gran mayoría de la masa de la Vía Láctea existe en forma de materia oscura, aunque todavía no hemos podido observarla directamente ni identificar las partículas elementales que la componen.
La materia oscura es bastante interesante, pero igualmente fascinante es lo que se encuentra en el centro de la Vía Láctea. Las estrellas en el mismo centro están orbitando algo: algo invisible y extremadamente masivo, 4 millones de veces la masa del sol. ¿Puedes adivinar qué es? Hablaremos de ello – y de sus hermanos– a continuación.
Agujeros negros.
Objetos tan masivos que ni siquiera la luz puede escapar de ellos: estos son los que se encuentran en el centro de las galaxias. Estamos hablando, por supuesto, de agujeros negros.
En el mismo centro de toda galaxia grande con un abultamiento significativo se encuentra un agujero negro supermasivo. Eso incluye la Vía Láctea. Pero en realidad, en comparación, el nuestro es un poco débil. Nuestro agujero negro tiene una masa de apenas 4 millones de soles, mientras que otros valen varios miles de millones de soles .
Los agujeros negros son objetos realmente fascinantes. Desafortunadamente, no podemos viajar exactamente a uno y ver qué sucede en su interior. ¿Por qué? Bueno, piensa en lo que sucede cuando lanzas una pelota al aire en la Tierra. Normalmente sube y luego baja. Pero si lanzas la pelota lo suficientemente rápido, escapará del campo gravitacional de la Tierra y nunca regresará. Aquí, “suficientemente rápido” significaría una velocidad de 40.000 kilómetros por hora; esa es la velocidad de escape de la Tierra o la velocidad a la que algo debe viajar para escapar de su campo gravitacional.
Los agujeros negros son tan compactos y tan densos que tienen una velocidad de escape mayor que la velocidad de la luz. Por eso, ni siquiera la luz puede viajar lo suficientemente rápido como para escapar de ellos. Ahora quizás te preguntes: ¿qué te pasaría si intentaras pasar tus vacaciones dentro de un agujero negro?
Bueno, mientras permanezcas fuera de un cierto radio del agujero negro, todo estará bien. Incluso dentro del agujero negro, no morirías inmediatamente. De hecho, las cosas sólo empezarían a ponerse feas una vez que se cruzara algo llamado radio de Schwarzschild, también conocido como horizonte de sucesos. Este es el punto en el que la velocidad de escape del agujero negro supera la velocidad de la luz. Una vez que cruzaras ese radio, se terminaría el juego. Excepto que el horizonte de sucesos de un agujero negro es completamente invisible, por lo que nunca sabrías cuándo lo cruzaste. Incluso podrías estar cruzando el radio de Schwarzschild de algún agujero negro masivo en este momento, ¡sin que te des cuenta!
Después de cruzar el radio de Schwarzschild, a medida que viajaba más y más hacia el agujero negro, su cuerpo comenzaría a estirarse. Si cayeras con los pies primero, la masa en el centro del agujero negro tiraría de tus pies hacia abajo. Mientras tanto, tus hombros izquierdo y derecho estarían atraídos hacia el centro. Poco a poco te aplastarían por ambos lados mientras te estiraban, como si te convirtieran en un trozo de espagueti. ¿Y tú qué sabes? El verdadero término técnico para este proceso es espaguetificación. ¡Y no, no estoy bromeando!
Afortunadamente, la muerte por espaguetificación es bastante rápida: tarda sólo 0,09 segundos en un agujero negro de 3.000 millones de masas solares. Pero en realidad nunca podremos observar que este proceso ocurra directamente. Ningún observador externo puede presenciar nada de lo que ocurre más allá del horizonte de sucesos de un agujero negro, de la misma manera que no se puede ver más allá del horizonte desde cualquier lugar de la Tierra.
La forma del universo.
Si recuerdas, nos sumergimos en el tema del big bang anteriormente en nuestra gira. Discutimos brevemente la explosión de materia que resultó en el universo que conocemos hoy: un universo que morirá cuando se haya agotado toda su energía.
El modelo del Big Bang hace varias predicciones. Como científicos, comparamos esas predicciones con lo que observamos. Los resultados que encontramos nos muestran cuán precisas son las predicciones. Y hasta ahora, el modelo del Big Bang ha superado todas las pruebas que le hemos puesto.
Una de esas predicciones es que el universo debería estar expandiéndose, y eso es exactamente lo que está haciendo.
En cierto modo, el universo es como una barra de pan con pasas. Las galaxias son como las pasas, mientras que la masa es el espacio entre ellas. La masa comienza con el big bang, en un estado muy comprimido, con todas las pasas muy juntas.
A medida que la masa se expande en el horno, las pasas se alejan cada vez más unas de otras. Desde la perspectiva de cada pasa individual, todas las demás pasas se están alejando de ella. De manera similar, desde nuestro punto de vista en la Vía Láctea, todas las demás galaxias parecen alejarse de nosotros, aunque en realidad nosotros también nos estamos moviendo. Además, las pasas o galaxias más distantes parecen retroceder dos veces más rápido que las pasas más cercanas, porque hay el doble de masa en expansión en el medio.
Esta analogía no es perfecta, porque una barra de pan con pasas no es infinita y tiene aristas, a diferencia del universo. Pero, al igual que en el pan de pasas, las pasas mismas – es decir, las galaxias– no se están expandiendo. Sólo el espacio entre ellos lo es.
Pero si el universo no tiene forma de barra de pan. ¿Cuál es su forma?
La clave de esta pregunta radica en comprender cuántas dimensiones tiene el universo. La respuesta es cuatro. Esto se debe a que se necesitan cuatro coordenadas para localizar cualquier evento: tres dimensiones de espacio y una dimensión de tiempo. Dadas estas cuatro dimensiones, se podría representar el universo como un diagrama con la forma de una pelota de fútbol americano, tal como lo hizo el físico Alexander Friedmann en 1922.
En el diagrama de Friedmann, el tiempo comienza en el punto más bajo del balón, con el big bang, y termina en lo más alto. En el Big Bang, todas las galaxias se alejan unas de otras hasta el punto de máxima expansión en el centro del balón de fútbol. Todavía no hemos llegado a este punto porque, como hemos confirmado, el universo todavía se está expandiendo.
Después del punto de máxima expansión en el modelo de Friedmann, las galaxias comienzan a acercarse unas a otras. Las distancias finalmente se reducen hasta que todos vuelven a chocar en lo que se conoce como el gran crujido.
Este modelo del universo es sólo una forma potencial de ver las cosas. Nada dice que deba adoptar la forma de una pelota de fútbol americano. El universo también podría, por ejemplo, parecerse al corsé de una mujer victoriana. Pero sea cual sea la forma que elijas que tenga el universo, ahora es el momento de abordar uno de mis temas favoritos: los viajes en el tiempo.
Viajes en el tiempo y agujeros de gusano.
El viaje en el tiempo, tal como se describe en la mayor parte de la ciencia ficción, tiene un defecto importante. Para volver al pasado a través de una máquina del tiempo, según Einstein, un viajero en el tiempo debe poder superar la velocidad de la luz. Pero sabemos que viajar más rápido que la luz es físicamente imposible.
Sin embargo, nada dice que no puedas tomar un atajo para llegar antes que la luz a la línea de meta. Hay dos formas de hacerlo: a través de un agujero de gusano o alrededor de una cuerda cósmica.
Los agujeros de gusano son túneles cortos que conectan dos puntos distantes en el espacio-tiempo curvo. Pueden existir algunos tipos diferentes de agujeros de gusano. Uno se encuentra dentro de los agujeros negros. En teoría, estos pueden conectar dos universos diferentes, como dos embudos unidos con cinta adhesiva. El agujero de gusano es como el punto central que conecta los dos extremos estrechos de los embudos.
No puedes atravesar este tipo de agujeros de gusano porque tendrías que viajar a la velocidad de la luz. Otros agujeros de gusano, sin embargo, son transitables. Todavía no hemos descubierto ninguno de estos, pero son teóricamente posibles.
Así es como podría funcionar. Un extremo del túnel podría estar en algún lugar cerca de la Tierra, mientras que el otro extremo podría estar a cuatro años luz de distancia, en el sistema estelar Alfa Centauri. Pero el túnel del agujero de gusano en sí tiene sólo tres metros de largo.
Puedes pensar en el agujero de gusano como una mesa de comedor con un agujero perforado. Digamos que hay algunas hormigas en la parte superior, tratando de llegar a la parte inferior. Podrían recorrer el camino más largo, recorriendo la parte superior, pasando por el borde y hasta el fondo. O podrían viajar a través de un agujero de gusano, metiéndose en el agujero de la mesa y encontrándose inmediatamente en el fondo. Aquí no estás infringiendo ninguna de las leyes de la física: solo estás tomando un atajo.
El aspecto del viaje en el tiempo surge cuando atraes gravitacionalmente el agujero de gusano, tal vez con una nave espacial gigante. Digamos que, como en nuestro ejemplo anterior, una boca del agujero de gusano está cerca de la Tierra y la otra cerca de Alfa Centauri. Si el 1 de enero del año 3000 se utiliza la nave espacial para atraer gravitacionalmente la boca de un agujero de gusano en un viaje de ida y vuelta de cinco años al 99,5 por ciento de la velocidad de la luz, los habitantes de la Tierra lo verían regresar poco más de cinco años después. Sin embargo, dentro del túnel del agujero de gusano, el tiempo se movería diez veces más lento, ya que viaja casi a la velocidad de la luz, por lo que en lugar de cinco años, solo habrían pasado seis meses dentro del agujero de gusano y, por lo tanto, también en el lado de Alfa Centauri. . Entonces, si saltaras a la boca del agujero de gusano cuando regresó a la Tierra el 10 de enero de 3005, llegarías a Alfa Centauri el 1 de julio de 3000, cuatro años y medio antes. Entonces, como Alfa Centauri está a sólo cuatro años luz de distancia a través del espacio ordinario, si te subes a una nave espacial y viajas de regreso a la Tierra al 99,5 por ciento de la velocidad de la luz, regresarás en poco más de cuatro años. Y como resultado, probablemente regresarías a la Tierra el 8 de julio de 3004, seis meses antes de saltar a través del agujero de gusano para empezar. ¡Justo a tiempo para estrechar tu mano y desearte suerte en tu propio viaje!
Ahora bien, ¿qué pasa con los viajes en el tiempo mediante cuerdas cósmicas? Una cuerda cósmica es un hilo extremadamente delgado (más delgado que un núcleo atómico) que es muy denso en energía. Estas cuerdas no tienen extremos y están hechas de energía sobrante del universo primitivo. Pueden tener una extensión infinita u ocurrir en bucles cerrados, como hebras de espagueti y SpaghettiOs.
Pero estos hilos cósmicos no son poca cosa. Se espera que sean extremadamente masivos: alrededor de un millón de billones de toneladas por centímetro.
En teoría, una persona también podría utilizar la deformación del espacio-tiempo causada por cuerdas para viajar en el tiempo. Pero esto sólo podría suceder si dos cuerdas se acercaran lo suficiente como para rodearlas. Si las cuerdas estuvieran muy separadas, tomaría demasiado tiempo rodearlas… demasiado tiempo para volver a tu propio pasado. En la práctica, es muy poco probable que tengas tanta suerte como para encontrarte con dos cuerdas cósmicas que se cruzan de tal manera que se pueda crear una máquina del tiempo.
Para desarrollar todas estas complicadas teorías sobre los viajes en el tiempo se requiere mucha más información sobre la mecánica cuántica. Lo más importante es que debemos unir la relatividad general y la mecánica cuántica de manera que podamos comprender si realmente es posible construir una máquina del tiempo y visitar el pasado. Quizás algunas leyes de la física que descubramos algún día nos enseñen que es imposible. Pero por ahora, la puerta (o quizás el agujero de gusano) sigue abierta.
Vida fuera de nuestro sistema solar.
Llevamos un tiempo explorando el universo. ¿Cómo se sienten todos?
En este punto, tienes una comprensión sólida del material físico que forma el universo, así como algunos conceptos más teóricos. Pero hemos dejado lo mejor para el final: la cuestión de si hay vida inteligente en el universo además de la humanidad.
La vida tal como la conocemos requiere algunas cosas para existir. El número uno en la lista es el agua líquida. Si tu planeta está demasiado cerca de una estrella como el sol, el agua se evapora. Demasiado lejos y se congela.
Por supuesto, la situación es mucho más complicada que eso. Diferentes estrellas tienen diferentes luminosidades, lo que significa que tienen zonas habitables de diferentes tamaños. Y, según todo lo que sabemos, se necesita un planeta que orbite una estrella para tener vida. También se necesita tiempo suficiente: tiempo para que se cree la estrella, luego el planeta y luego miles de millones de años para que la vida tenga la oportunidad de evolucionar. Eso significa que la estrella tiene que tener una vida larga. Las estrellas más masivas sólo viven unos 10 millones de años, lo que hace que la vida cerca de una de esas estrellas sea bastante desesperada.
Esos ya son bastantes requisitos. ¡Pero hay muchos más! Esto es especialmente cierto si hablamos de vida con la que podríamos conversar: vida inteligente. Pero ni siquiera eso es suficiente. También se necesita esa forma de vida inteligente para poder enviar señales a través de distancias increíblemente largas en el espacio y para que hayamos captado la forma de vida en el momento adecuado de su historia. Si una forma de vida inteligente está a sólo 1.000 años luz de distancia, tiene que haber estado transmitiendo señales a través del espacio hace 1.000 años para que sus señales nos lleguen ahora.
Podríamos seguir. Pero tal vez sea mejor, como última parada de este viaje, llevarle a uno de nuestros candidatos más prometedores donde podría haber vida.
Ese candidato se llama Kepler 62e. Su radio es 1,61 veces mayor que el de la Tierra y solo recibe un 20 por ciento más de radiación por metro cuadrado de su estrella – Kepler 62 – que nosotros del sol. Eso hace que sea muy probable que se encuentre en una zona habitable. Kepler 62e podría ser rocoso o helado y tener un océano; no estamos muy seguros.
Ese es un ejemplo concreto. Ahora, pensemos en la pregunta numéricamente. Por suerte, cierto astrofísico llamado Frank Drake ya nos ha ayudado aquí. Se le ocurrió algo que ahora conocemos como la ecuación de Drake, que nos ayuda a estimar la cantidad de planetas potencialmente sustentadores de vida en nuestra galaxia.
La ecuación de Drake analiza la fracción de estrellas adecuadas con un planeta en la zona habitable. Consideremos entonces una región esférica del espacio, con un radio de 40 años luz. Dentro de esa esfera, tendrás alrededor de 1000 estrellas. Usando la ecuación de Drake bajo nuestros perímetros específicos, es probable que encuentre un promedio de seis planetas habitables solo dentro de este radio. Y recuerde: 40 años luz es poco en comparación con la extensión de toda la galaxia, ¡sin mencionar el universo entero!
La siguiente parte de la ecuación implica calcular la cantidad de planetas que han desarrollado una tecnología capaz de comunicarse a través de distancias interestelares – y que se están comunicando durante la época en la que los estamos observando ahora. La posibilidad de atrapar un planeta durante esa fase específica en un momento aleatorio es equivalente a la longevidad promedio de las civilizaciones transmisoras de radio dividida por la edad de la galaxia. Y ahí es donde la cosa se complica porque sólo tenemos un ejemplo de civilización inteligente: la nuestra. Una estimación sugiere que la vida media de una civilización que transmite radio es probablemente de 12.000 años, aunque, por supuesto, existen otras posibilidades.
Introduce los números en la ecuación de Drake y listo, ¡te queda un número estimado de civilizaciones comunicantes! Hay muchas interpretaciones diferentes sobre exactamente qué medidas son mejores para incluir en la ecuación de Drake, pero por diversión, los autores de este libro hicieron sus mejores estimaciones y descubrieron que podría haber hasta cien civilizaciones en la Vía Láctea. capaz de comunicarse con ondas de radio actualmente. Sin embargo, hasta el momento no hemos encontrado ninguno de estos. . . y no parece que nos hayan encontrado. ¡Solo queda seguir buscando!
Libros complementarios:
- Breve historia del tiempo de Stephen Hawking: Este libro ofrece una introducción accesible a los conceptos fundamentales de la física moderna, incluyendo la teoría de la relatividad y la mecánica cuántica, lo que completa muy bien los conocimientos cosmológicos de Bienvenidos al universo.
- Cosmos de Carl Sagan: Este clásico de la divulgación científica ofrece una visión holística de la ciencia, la historia y la filosofía en relación con el Universo, complementando el enfoque más centrado en la astronomía y la astrofísica de Bienvenidos al universo.