El 4 de julio, Estados Unidos de América celebra su 250 cumpleaños, marcando el aniversario de la Declaración de Independencia y convirtiéndose en una nación soberana.
Hoy en día, este país relativamente joven lidera el camino en nuestra comprensión del universo. Es donde se encuentran muchos de los principales actores de la ciencia espacial, como la NASA, el Instituto de Tecnología de California (Caltech), el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) y la Universidad Northwestern, por nombrar sólo algunos.
Y para celebrar los 250 años de Estados Unidos como nación independiente, Space.com lo lleva en un viaje a través de algunos malentendidos comunes sobre el universo a lo largo de los años y el papel que desempeñaron los científicos estadounidenses para aclarar esa confusión cósmica.
En 1776, las leyes del movimiento de Sir Isaac Newton habían existido durante aproximadamente 89 años desde la publicación de Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica (Principios matemáticos de la filosofía natural) en 1687. Cinco de los planetas del sistema solar habían sido descubiertos por los antiguos griegos mucho antes del nacimiento de los EE. UU. Además, después de una larga lucha y muchos intentos de reprimir este conocimiento, los humanos se dieron cuenta de que la Tierra orbita alrededor del sol y no al revés, con El último clavo en este ataúd de malentendidos fue puesto por el astrónomo polaco Nicolás Copérnico en 1543 y Galileo Galilei en 1610, recibiendo un martillazo adicional de Newton en 1687.
Galileo también nos había hecho comprender que no sólo el lugar de la Tierra en el sistema solar era único, sino que ni siquiera era el único planeta que poseía lunas, con las lunas de Júpiter, Ío, Europa, Ganímedes y Calisto descubiertas en 1610.
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Claramente, cuando nació Estados Unidos ya estábamos empezando a comprender el universo y nuestro lugar dentro de él, pero aún persistían algunos malentendidos importantes. Uno de los más grandes rodeaba la naturaleza misma del sol.
El sol como un trozo de carbón ardiendo.
Estados Unidos se formó durante la “era del vapor”, un período de industrialización que duró de 1770 a 1914. Esta revolución fue impulsada por el carbón, que impulsó locomotoras, barcos y fábricas, cambiando la forma de la industria, el transporte y la manufactura. En ese momento, el carbón era la fuente de combustible más densa y poderosa conocida por la humanidad, por lo que quizás no sea de extrañar que muchos de los primeros científicos teorizaran que el sol era en realidad un trozo tremendamente masivo de carbón ardiendo.
Luego, una de las publicaciones científicas más antiguas y destacadas del mundo, la Scientific American, con sede en Estados Unidos, escribió un artículo en 1863 que iniciaba la lucha contra el sol como un trozo de carbón ardiendo.
“Si el Sol estuviera compuesto de carbón, al ritmo actual duraría sólo 5.000 años. El Sol, con toda probabilidad, no es un cuerpo ardiente, sino incandescente. Su luz es más bien la de un metal fundido incandescente que la de un horno encendido. Pero es imposible que el Sol emita calor constantemente, sin perder calor o sin recibir nuevo combustible”, afirma el artículo de Scientific American. “Suponiendo que el calor del Sol se mantenga gracias a la caída de cuerpos meteóricos, a partir de la masa del sistema solar se puede determinar aproximadamente el período durante el cual el Sol ha brillado. Los límites se sitúan entre 100 y 400 millones de años.”
Aunque esta estimación todavía estaba muy lejos, ahora entendemos que el sol tiene alrededor de 4.600 millones de años; Este acontecimiento se produjo en un momento de una revolución geológica que estaba descubriendo evidencia de que nuestro planeta era mucho más antiguo que las estimaciones teológicas de sólo unos pocos miles de años.
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Unos 57 años después, en 1920, el científico británico Arthur Eddington sugirió por primera vez que las estrellas como el Sol en realidad funcionan gracias a la fusión nuclear de hidrógeno en helio. La idea fue publicada por Eddington en su libro de 1926, “La Constitución interna de las estrellas”. Doce años después, el físico nuclear Hans Bethe formuló la primera explicación de este proceso de fusión nuclear, detallando la reacción en cadena protón-protón y el ciclo Carbono-Nitrógeno-Oxígeno (CNO).
La idea del sol como un trozo de carbón ardiendo finalmente se quemó 162 años después de la formación de Estados Unidos, una reacción en cadena iniciada por una publicación estadounidense.
¿Éter o…?
Durante la infancia de Estados Unidos en el siglo XIX, los científicos entendieron que la luz es una onda. Aplicando esto a lo que sabían de otras ondas, era lógico suponer que la luz también necesitaba un medio a través del cual pudiera propagarse. Este medio tendría que ser ubicuo y poseer algunas propiedades únicas para permitir que la luz se propague a través de él a la velocidad de la luz.
Así, se propuso que el espacio estuviera lleno de un medio llamado éter luminífero, que significa “portador de luz”. El hecho de que tendría que ser un material invisible e infinito que no interactúa con objetos físicos hizo que la existencia del éter luminífero fuera muy controvertida.
Ahora sabemos que este medio no existe, y eso es gracias a dos físicos estadounidenses, Albert A. Michelson y Edward W. Morley, quienes en 1887 obtuvieron el resultado nulo más importante de la historia de la ciencia: refutar la existencia del éter luminífero.
Si existiera el éter luminífero, los científicos razonaron que mientras la Tierra orbita alrededor del sol a alrededor de 66.000 millas por hora (106.216 kilómetros por hora), nuestro planeta debería moverse a través del éter, que se había considerado estacionario. Eso significaba que la Tierra debía estar moviéndose con respecto al éter estacionario. Y si el éter es el medio a través del cual se ondulan las ondas de luz, esto debería significar que la velocidad de la luz difiere ligeramente en la dirección en que viaja la Tierra.
Realizado en Cleveland, Ohio, el experimento de Michelson-Morley utilizó un equipo llamado interferómetro de Michelson-Morley para probar las diferencias en la velocidad de una onda de luz que viaja perpendicular a la Tierra y otra que viaja paralela a la Tierra. Michelson y Morley esperaban observar un patrón de interferencia causado por los diferentes tiempos de viaje de las ondas luminosas.
Eso es lo que sucede cuando luz de la misma longitud de onda llega a un detector en momentos ligeramente diferentes, lo que significa que los picos y valles de las ondas ya no se alinean perfectamente. Sin embargo, para sorpresa de los físicos americanos, no se detectó ninguna interferencia. Esto no significó ninguna diferencia en la velocidad de viaje de la luz, lo que esencialmente refutaba la existencia del éter.
La negación del éter luminífero fue de vital importancia ya que abrió la puerta a la teoría de la relatividad especial de Albert Einstein en 1905 y a la relatividad general en 1915, la última de las cuales revisó nuestra comprensión de la gravedad y condujo a nuestro conocimiento de los agujeros negros y las ondas gravitacionales mucho antes de la observación experimental de tales objetos.
¡Otras galaxias!
Aunque los científicos se dieron cuenta de que la Tierra no está en el centro del sistema solar antes del nacimiento de Estados Unidos, hubo otro error evidente. Se creía que la Vía Láctea, propuesta por primera vez en la teoría del “Universo Insular” de Immanuel Kant en 1755, todavía ocupaba una posición única en el universo, siendo la existencia de otras galaxias un tema acaloradamente debatido. También se pensaba que el propio sistema solar estaba en el centro de la Vía Láctea.
En 1785, el astrónomo William Herschel se dedicó a mapear nuestra galaxia, determinando correctamente la forma de disco de la Vía Láctea pero ubicando incorrectamente el sistema solar en su corazón. Este panorama cambió en 1918, cuando el astrónomo estadounidense Harlow Shapley determinó que densos grupos de estrellas llamados cúmulos globulares están centrados en un núcleo distante en dirección a la constelación de Sagitario. Esto colocó al sistema solar descentrado en la galaxia. Hoy hemos ampliado esto, moviendo nuestro sistema planetario a 27.000 años luz del Centro Galáctico y hacia uno de los brazos espirales de nuestra galaxia.
Cinco años después, en 1923, la singularidad de la Vía Láctea quedó destrozada. Utilizando el telescopio Hooker de 2,5 metros (100 pulgadas) en el Observatorio del Monte Wilson, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble tomó imágenes de la nebulosa de Andrómeda (Messier 31) y determinó que estaba al menos a un millón de años luz de distancia. Aunque ahora sabemos que esta distancia se acerca a los 2,5 millones de años luz, todavía era suficiente para colocar a M31 fuera de los límites de la Vía Láctea.
El hecho de que la nebulosa de Andrómeda sea en realidad la galaxia de Andrómeda, una galaxia distante y separada de la nuestra, se anunció al público a través del New York Times en noviembre de 1924. Ya no estábamos solos galácticamente, pero el Hubble aún no había terminado.
El universo no es estático
Otra suposición en esta época era que el universo era estático, algo apoyado por Einstein en 1917. Sin embargo, en 1929, Hubble descubrió que la luz de galaxias distantes se estaba desplazando al rojo. En otras palabras, las longitudes de onda de luz que emanaban de estas fuentes se estiraban a medida que viajaban hacia nosotros. Esto indicó que estas galaxias se están alejando de nosotros. Convencido de ello, Einstein abandonó su modelo del universo estático.
Sin embargo, los científicos estadounidenses aún no habían terminado de revisar nuestra imagen completa del cosmos. En 1998, investigadores estadounidenses como Saul Perlmutter, Adam Riess y Robert Kirshner formaron parte de dos equipos internacionales de investigadores que descubrieron que no sólo el universo se está expandiendo, sino que esta expansión en realidad se está acelerando.
La energía oscura se introdujo como la fuerza misteriosa que impulsa esta expansión acelerada. Sigue siendo hoy uno de los misterios más apremiantes del cosmos.
Posiblemente para cuando Estados Unidos celebre su 300 aniversario, el misterio de la materia oscura habrá sido resuelto junto con otros enigmas cósmicos como la naturaleza de la materia oscura. Si este es el caso, es muy probable que proyectos estadounidenses como el Telescopio Espacial Hubble, el Telescopio Espacial James Webb y el próximo Telescopio Espacial Romano Nancy Grace coloquen a los innovadores y científicos estadounidenses a la vanguardia de estos desarrollos, tal como lo han estado sus predecesores durante los últimos 250 años.