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El Campo Ultra profundo del Hubble (XDF) muestra galaxias de más de trece mil millones de años de edad. (NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee y P. Oesch, University of California, Santa Cruz; R. Bouwens, Leiden University; y el HUDF09 Team)

Quién descubrió la expansión del Universo? eduardo riaza molina


El hecho de que el Universo se está expandiendo es uno de los mayores descubrimientos en cosmología. Todo el mundo admite que esta rama de la ciencia está basada en este hallazgo, pero no fue aceptado hasta que en 1965 se identificara la radiación cósmica de fondo, principal prueba experimental de esta teoría cosmológica.

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ada la importancia de este hecho, es natural preguntar cómo se llegó a esta visión. Sin duda, la respuesta habitual es que el Universo en expansión lo descubrió en 1929 el astrónomo norteamericano Edwin Hubble. Pero, ¿fue realmente así? Sobre los descubrimientos científicos Los historiadores y filósofos de la ciencia suelen aceptar que la mayoría de los descubrimientos no se pueden situar claramente en un tiempo y en un espacio concreto. No son acontecimientos individuales, sino procesos complejos y con frecuencia desordenados que se extienden durante un periodo largo de tiempo y que implican la labor de diferentes protagonistas. Muchos hallazgos científicos surgen después de varios acercamientos que, más o menos conectados, conducen a un consenso acerca de cómo se ha llegado a tal descubrimiento. Un hallazgo no requiere necesariamente un descubridor ni un hecho particular. Más aún, algunos descubrimientos no terminan en un descubrimiento como tal. Lo que sucede tras el anuncio de un descubrimiento suele ser tan importante, o incluso más, que lo que lleva a tal hallazgo. Con frecuencia se asocian los descubrimientos con hechos empíricos. La relación entre la distancia y el corrimiento hacia el rojo que Hubble estableció en 1929, fue un descubrimiento de esta clase. Esta relación era observacional; o lo que es lo mismo, una ley fenomenológica. Pero no fue considerada al principio co-

mo una ley de la naturaleza, sino a partir de los años cincuenta, cuando empezó a denominarse «ley de Hubble». La distinción entre descubrimientos empíricos y teóricos es útil como primera aproximación, pero es demasiado simplificadora como para cubrir la compleja estructura de la mayoría de los hallazgos. La observación no puede separarse totalmente de la perspectiva teórica, lo que implica que los descubrimientos no son siempre totalmente observacionales. Cuando Arno Penzias y Robert Wilson encontraron una radiación cósmica de fondo en 1965, no descubrieron la radiación fósil del Big

tos son definidos socialmente, y esto es lo que sostiene el «modelo atributivo» de Augustine Brannigan. Según Brannigan, «la cuestión no es qué los hace posibles, sino más bien qué los convierte en descubrimientos.» Sin embargo, no queda claro que un análisis social de un descubrimiento sea más importante que un análisis más tradicional e intelectual de ese mismo hecho. De todos modos, el estudio del proceso mediante el cual un científico llegó a un descubrimiento no es incompatible con el estudio de cómo ese descubrimiento fue recibido socialmente; por el contrario, se complementan.

La observación no puede separarse totalmente de la perspectiva teórica, lo que implica que los descubrimientos no son siempre totalmente observacionales Bang. Y cuando Hubble encontró una relación lineal entre el desplazamiento hacia el rojo y las distancias de las galaxias, no descubrió la expansión del Universo. Ese último paso lo dieron otros al conectar la teoría con los datos empíricos. Finalmente, el descubrimiento de un fenómeno no es exactamente lo mismo que incorporar dicho fenómeno al conocimiento científico. El relato de un descubrimiento científico no puede consistir solamente en contar cómo llegó ese hecho a la mente del científico, sino que debe incluir también la aceptación por parte de la comunidad científica de ese hallazgo. Puede argumentarse que lo que realmente importa es cómo los descubrimien-

La teoría de la relatividad Cuando Einstein publicó en 1915 la teoría de la relatividad general era consciente de que ésta modificaría la ley de la gravitación universal de Newton. La solución a sus ecuaciones no solo sustituyó el planteamiento dinámico de fuerza de atracción por otro geométrico de deformación del espacio-tiempo, sino que permitía explicar el Universo en su conjunto. Fue él el primer sorprendido al encontrar que dicha solución global traía como consecuencia un mundo cambiante, un Universo que inicialmente estimó en contracción. Como esto no le cabía en la cabeza, introdujo un término en las ecuaciones que contrarrestara el efecto gravitatorio: una fuerza repulsiva, a la que | noviembre 2013 | nº173 | 31


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figura 1 Alexander Friedmann (1888-1925). (Excepto donde se indique, todas las imágenes son cortesía del autor) figura 2 Georges Lemaître (1894-1966). (Katholieke Universiteit Leuven/ESA) figura 3 Edwin Hubble (1889-1953).

llamó constante cosmológica. Esta constante dotaba al espacio vacío de una presión que mantenía separados a los astros, logrando así un mundo acorde con su pensamiento: estático, finito, homogéneo e isótropo. Con todo, esta teoría no obtuvo notoriedad hasta que, en 1919 Arthur Eddington confirmó la predicción del físico alemán respecto a la curvatura de la luz, aprovechando el eclipse total de Sol de ese año. De la noche a la mañana, Einstein se convirtió en el científico más popular del mundo, pues había demostrado tener un conocimiento inigualable de las fuerzas de la naturaleza y presentaba un carácter ingenioso y desenfadado, distinto al de sus colegas. Entre tanto, el astrónomo holandés Willem de Sitter obtuvo en 1917 una solución a las ecuaciones del sabio alemán, sugiriendo la posibilidad 32 | nº173 | noviembre 2013 |

de que el Universo fuera infinito, aparentemente estático y de densidad prácticamente nula en el que tan solo había energía. Alexander Friedmann Por otro lado, el matemático ruso Alexander Friedmann consiguió en 1922 varias soluciones a las ecuaciones de Einstein, proponiendo universos que se contraían o que se expandían, según los valores que tomara la constante cosmológica. Friedmann fue el primero en sugerir un Universo en evolución y en plantear una posible expansión. Por ello, parecería que debía ser merecedor del título de descubridor o codescubridor del Universo en expansión. Y de hecho así ha sido propuesto por el eminente astrofísico y cosmólogo soviético Yakov Zel’dovich, que durante las décadas de los años sesenta y seten-

ta se dedicó a promover el nombre de su compatriota –mucho tiempo atrás fallecido– como verdadero descubridor del Universo en expansión. La biografía que escribió sobre Friedmann obviamente no era solo un trabajo histórico; era también un documento político. Publicado en 1988, en una época en la que Rusia todavía formaba parte de la URSS, pretendió crear un héroe soviético, atribuyéndole el mérito del descubrimiento del Universo en expansión. Sin embargo, Friedmann no puede ser considerado descubridor del Universo en expansión. Sus artículos de 1922 y 1924 son de una importancia capital, pero son de clara naturaleza matemática y no incluyen referencias a datos astronómicos, pues estos se conocieron a partir de 1925, año en el que Friedmann murió.


Georges Lemaître Georges Lemaître había estudiado Física y Matemáticas en la Universidad de Lovaina y continuó con su carrera científica en la Universidad de Cambridge, bajo la dirección de Eddington, que le enseñó a conjugar la astronomía con la teoría de la relatividad. Al curso siguiente (192425), marchó a los Estados Unidos, para realizar su tesis doctoral entre la Universidad de Harvard y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT). En 1927 publicó su primera teoría cosmológica que venía a ser una solución intermedia entre el modelo de Einstein y el de De Sitter: un Universo de simetría esférica, eterno y en evolución. El comienzo del Universo se perdería en un pasado infinitamente lejano, al suponer que la expansión tuvo lugar muy lentamente como consecuencia de que las fuerzas de atracción y repul-

miento de la importante diferencia entre las obras de los dos científicos. Aunque son similares matemáticamente, en lo que se refiere a la física los dos artículos son llamativamente distintos. Lemaître señaló en un lenguaje muy claro que su modelo era el de un Universo en expansión y que la velocidad de recesión debía ser entendida como «el aparente efecto Doppler debido a la variación del radio del Universo». No le interesaba cualquier clase de variación permitida por las ecuaciones, como consideraba Friedmann, sino la solución correspondiente a la expansión que parecía tener relación con los datos del desplazamiento hacia el rojo. Lemaître halló en 1927 la relación aproximada entre la velocidad de alejamiento y la distancia. Pero su trabajo tuvo poca repercusión porque estaba escrito en francés. Para cuando llegó la traducción al inglés (1931), Hubble ya había publicado

Lemaître mostró que existe un modelo del Universo en expansión a partir del estado estático de Einstein y defendió a partir de datos astronómicos que este modelo probablemente reflejaba el Universo real sión debían de estar prácticamente compensadas. Pero, ¿podemos asegurar que Lemaître no conocía los artículos de Friedmann? Si los conocía, no podría ser descubridor independiente de la expansión del Universo. Aunque en principio el físico belga podría haber estudiado dichos artículos en Zeitschrift für Physik antes de 1927, no hay razón para asumir que los conociera. Según su propio testimonio, publicado en 1958, la primera noticia que tuvo de las contribuciones de Friedmann fue en una conversación que mantuvo con Einstein en Bruselas a finales de octubre de 1927 (esto es, medio año después de que su propio artículo hubiera aparecido). Sin embargo, decir simplemente que Lemaître redescubrió la solución de Friedmann de un Universo en expansión supone un desconoci-

esa relación. Existía la sospecha de que el trabajo de Lemaître hubiera sido censurado, ya que en la traducción al inglés habían sido suprimidos los párrafos donde se aportaban los datos fundamentales. Recientemente, se ha descubierto que fue el propio Lemaître quien sugirió eliminarlos, pues Hubble aportaba pruebas más recientes y mejores. ¿Significa esto que el teórico Lemaître obtuvo la ley lineal velocidad-distancia y un valor para la constante de Hubble dos años antes que éste? No exactamente. Lemaître usó distancias y velocidades radiales para obtener lo que sería llamado más tarde la «constante de Hubble», pero no proveyó de evidencia empírica para la relación lineal que había deducido teóricamente, ya que la correlación dejaba mucho que desear. Lemaître mostró que existe un

modelo del Universo en expansión a partir del estado estático de Einstein y defendió a partir de datos astronómicos que este modelo probablemente reflejaba el Universo real. Contrariamente a lo que hizo Friedmann, dedujo teóricamente una relación lineal desplazamiento hacia el rojo-distancia, y calculó el factor de proporcionalidad. Sin embargo, aunque pronosticó explícitamente la expansión del Universo, no pudo justificar su predicción con datos observacionales que demostraran convincentemente la ley lineal que intuyó. En tanto en cuanto Lemaître no estableció a partir de datos observacionales que el Universo está en expansión, no hizo un descubrimiento; pero teniendo en cuenta que dio razones, tanto teóricas como observacionales, sí descubrió la expansión del Universo. Edwin Hubble A finales de los años veinte, Edwin Hubble se había convertido en el principal estudioso de las nebulosas extragalácticas. Formado en el Observatorio de Yerkes, en 1919 Hubble se había sumado al personal de la Institución Carnegie del Observatorio de Monte Wilson, el principal centro astrofísico del mundo, en el que tenía acceso al mayor telescopio del momento: el reflector Hooker de 100 pulgadas. Con su ayuda, estableció entre 1924 y 1925, para satisfacción de casi todos los astrónomos, que las nebulosas en espiral son galaxias externas que están situadas bastante más lejos de nuestra propia Galaxia, la Vía Láctea. Por otro lado, Hubble comenzó a ocuparse del problema de los desplazamientos hacia el rojo de estas galaxias que, si eran interpretados bajo el punto de vista del efecto Doppler, podía concluirse que se estaban alejando de la Tierra. El astrónomo de Harvard, Harlow Shapley, retó a Hubble por discrepancias entre las velocidades radiales que Hubble había empleado en su artículo de 1929, en especial el valor de la velocidad radial de la nebulosa de Andrómeda, en la que se apreciaba un corrimiento hacia el azul. Hubble le dijo a Sha| noviembre 2013 | nº173 | 33


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FIGURA 4 Relación entre la velocidad de recesión de las galaxias frente a su distancia realizado por Lemaître en 1927. FIGURA 5 Diagrama original de la relación de la velocidad de recesión de las galaxias frente a su distancia realizado por Hubble en 1929. Compárese con el diagrama de Lemaître de la Figura 4. (PNAS)

pley que sucedía como si «hubiera un desplazamiento relativo hacia el rojo». Así, en 1929, Hubble no aceptó que un desplazamiento hacia el rojo de una nebulosa fuera únicamente producto de su velocidad radial. Durante el resto de su vida, Hubble nunca negó en sus escritos que los desplazamientos hacia el rojo fueran debidos al efecto Doppler, y su visión acerca de la naturaleza de los desplazamientos hacia el rojo ha sido interpretada de diferentes formas. En esa época, muchos astrónomos preferían los datos observacionales a los planteamientos teóricos, y Hubble no era el único que quería aferrarse al «sentido común» y a las observaciones y no dejarse llevar por teorías. De este modo, el concepto de un Universo en expansión no fue aprobado unánimemente. Por ello, Hubble se alejó de abogar explícitamente la teoría del Universo en expansión como una afirmación verdadera sobre el mundo. Hubble, ayudado por Humason, confirmó que los desplazamientos hacia el rojo de nebulosas extragalácticas son proporcionales a sus distancias. Aunque sus datos de 1929 no les resultaron demasiado convincentes a los otros astrónomos, con los añadidos en 1931 Hubble y Humason establecieron lo que con el tiempo llegaría a conocerse como la «ley de Hubble». Así pues, Hubble debe ser 34 | nº173 | noviembre 2013 |

considerado el descubridor de esta ley empírica. Pero la ley de galaxias que se alejan no es lo mismo que la ley del Universo en expansión, una noción que Hubble no sugirió en 1929. En esta misma idea insistía Eddington cuando, en 1932, escribió La expansión del Universo. En el prólogo del libro distinguía los que habían aportados los datos observacionales de los que dieron los fundamentos teóricos. Comentaba que había escogido un tema internacional, pues hablaba «de los estudios teóricos de Einstein, en Alemania; de De Sitter, en Holanda; y de Lemaître, en Bélgica. Para los datos de observación [recurría] a los americanos Slipher, Hubble y Humason.» Y se refería especialmente a Lemaître para explicar la teoría de la expansión del Universo. Cómo Hubble se convirtió en el descubridor del Universo en expansión Si, como hemos visto, Hubble no halló el Universo en expansión, ¿cómo es que hoy es generalmente considerado el descubridor? En primer lugar, es importante señalar que Hubble no pretendió ser considerado el descubridor del Universo en expansión. Sin embargo, estaba muy interesado en que la correlación entre la distancia y la velocidad radial aparente fuera considerada «una

contribución del Observatorio de Monte Wilson». Aunque, en 1929, Fritz Zwicky la denominó como la «relación de Hubble», la relación desplazamiento hacia el rojo-distancia no era considerada por los demás astrónomos como la «ley de Hubble». Fue a partir de los años cincuenta, cuando las alusiones a la ley de Hubble se hicieron, poco a poco, más frecuentes. Así, el cosmólogo británico Dennis Sciama hacía mención, en 1959, en su popular libro La unidad del Universo, tanto de la «ley de Hubble» como de la «constante de Hubble». Al año siguiente el astrónomo francés Paul Couderc escribió, refiriéndose a la ley de Hubble como «la ley de los desplazamientos espectrales […] actualmente interpretada como una relación distancia-velocidad.» Sin embargo, pocos años después, encontramos más referencias a Hubble como el astrónomo que había descubierto el Universo en expansión. En un artículo de 1956, Allan Sandage, que había sido ayudante de Hubble y que tras su muerte continuó el programa de observaciones en Monte Palomar, dio su versión de la historia. Refiriéndose, por lo que parece, al año 1929, escribió: «Hubble planteó la atrevida teoría de que el Universo en su conjunto estaba en expansión. Predijo que las galaxias más remotas mos-


trarían mayor desplazamiento hacia el rojo en proporción a sus distancias. Para probar las especulaciones de Hubble, [su colaborador] Milton Humason comenzó un amplio programa de análisis espectral…» De nuevo, cuando en 1962 David Bergamini y los editores de la revista Life escribieron un volumen sobre el Universo, aludían tanto a «la clase de expansión cósmica que Hubble descubrió» como a «la ley de expansión de Hubble». En los setenta estas atribuciones se habían convertido en algo común en los libros de texto de astronomía y de divulgación científica. Así que unos treinta años después de la fecha que podemos decir que fue descubierto el Universo en expansión, Hubble recibía el mérito de su descubrimiento, una reivindicación que, de hecho, no hizo él y que nadie sugirió en los años treinta y cuarenta. PARADOJAS DE LA HISTORIA Friedmann murió en 1925, De Sitter en 1934, Eddington en 1944, Hubble en 1953 y Lemaître en 1966. Por ello,

aquellos que comenzaron a escribir libros de astronomía en los años sesenta no tenían conocimiento de los debates que habían tenido lugar a finales de los años veinte o principios de los treinta. Esta descontextualización provocó la simplificación histórica convirtiendo a Hubble en el único descubridor de este hallazgo, sin tener en cuenta a su ayudante Humason ni al resto de los científicos, especialmente a Lemaître. La ciencia, al igual que cualquier empresa profesional, necesita sus héroes y conserva sus nombres, aunque estos no sean los de los descubridores principales. ( ) BIBLIOGRAFÍA * Augustine Brannigan, The social basis of scientific discoveries. Cambridge University Press, 1981. * Arthur Eddington, La expansión del Universo. Siglo veinte. Buenos Aires, 1946. * Alexander Friedmann, El mundo como espacio y tiempo. URSS. Sevilla, 2003.

* Michal Heller y Artur Chernín, Los orígenes de la cosmología: Friedmann y Lemaître. URSS. Sevilla, 2005. * Edwin P. Hubble, «A relation between distances and radial velocity among extra-galactic nebulae», Proceedings of the National Academy of Sciences, XV (1929). * Helge Kragh y Robert W. Smith, «Who discovered the expanding Universe?» Science History Publications Ltd. NASA Astrophysics Data System, 2003. * Mario Livio, «Lost in translation: Mystery of the missing text solved». Nature 479, 171-173 (10 November 2011) Eduardo Riaza Molina es licenciado en Físicas por la Universidad Complutense de Madrid. Es autor del libro La historia del comienzo. Georges Lemaître, padre del big bang. Para contactar: Georgeslemaitre.blogspot.com.es.

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