'Un día sin ayer': Georges Lemaitre y el Big Bang

En el invierno de 1998, dos grupos distintos de astrónomos en Berkeley, California, hicieron un descubrimiento similar y asombroso. Ambos grupos estaban observando supernovas, explosiones estelares visibles a grandes distancias, para ver la velocidad a la que se expande el universo. Según la sabiduría científica imperante, los astrónomos esperaban encontrarse con que la velocidad de expansión estaba disminuyendo, pero, por el contrario, descubrieron que estaba aumentando. Este fue un descubrimiento que desde entonces "estremeció a la astronomía" (Astronomy, octubre de 1999).

Este descubrimiento no habría sorprendido a Georges Lemaïtre (1894-1966), un matemático belga y sacerdote católico que concibió la teoría del Big Bang. Lemaitre describió el inicio del universo como un estallido de fuegos artificiales, comparando a las galaxias con brasas ardientes esparciéndose en una esfera creciente desde el centro de la explosión. Consideraba que este estallido de fuegos artificiales fue el inicio del tiempo, que tuvo lugar en "un día sin ayer".

Tras décadas de lucha, otros científicos comenzaron a aceptar el Big Bang como un hecho. Mientras que la mayoría de los científicos, inclusive el matemático Stephen Hawking, predecía que la gravedad posiblemente enlentecería la expansión del universo y haría que el universo vuelva hacia su centro, Lemaitre estaba convencido de que el universo continuaría expandiéndose. Sostenía que el Big Bang fue un suceso único, mientras que otros científicos creían que el universo se encogería al punto de provocar otro Big Bang y así sucesivamente. Las observaciones que se hicieron en Berkeley sustentaron la teoría de Lemaitre de que el Big Bang fue de hecho "un día sin ayer".

Cuando Georges Lemaitre nació en Charleroi, Bélgica, la mayoría de los científicos pensaba que el universo era infinito en edad y constante en su aspecto general. El trabajo de Isaac Newton y James C. Maxwell indicó que el universo era eterno. Cuando Albert Einstein publicó por primera vez su teoría de la relatividad en 1916, parecía confirmar que el universo existió desde siempre, estable e inalterable.

Lemaitre comenzó su carrera científica en el Colegio de Ingeniería en Louvain en 1913. Sin embargo, tuvo que abandonarla después de un año para sumarse a la artillería belga durante la Primera Guerra Mundial. Una vez terminada la guerra, ingresó a Maison Saint Rombaut, un seminario de la Arquidiócesis de Malines, donde empleó su tiempo libre para leer libros de matemática y ciencia. Luego de su ordenación en 1923, Lemaitre estudio matemática y ciencia en la Universidad de Cambridge, donde uno de sus profesores, Arthur Eddington, era el director del observatorio.

Para su investigación en Cambridge, Lemaitre estudió la teoría general de la relatividad. Tal como sucedió con los cálculos de Albert Einstein diez años atrás, los cálculos de Lemaitre demostraron que el universo debía estar encogiéndose o expandiéndose. Sin embargo, mientras Einstein imaginaba una fuerza desconocida -una constante cosmológica- que mantenía al mundo estable, Lamaitre decidió que el mundo estaba expandiéndose. Llegó a esta conclusión después de observar un destello rojizo, conocido como el corrimiento al rojo, que rodeaba a los objetos fuera de nuestra galaxia. Si lo interpretamos como un efecto Doppler, este cambio de color significaba que las galaxias se estaban alejando de nosotros. Lemaitre publicó sus cálculos y su razonamiento en Annales de la Societe scientifique de Bruxelles en 1927. Muy pocos lo tomaron en cuenta. Ese mismo año habló con Einstein en Bruselas, pero este último, desinteresado, dijo "Sus cálculos son correctos, pero sus conocimientos sobre la física son abominables".

No obstante, fue el conocimiento sobre la física del propio Einstein que pronto fue foco de fuertes críticas. En 1929, las observaciones sistemáticas de otras galaxias por parte de Edwin Hubble confirmaron el corrimiento al rojo. En Inglaterra, se reunió la Real Sociedad Astronómica para considerar esta aparente contradicción entre la observación visual y la teoría de la relatividad. Sir Arthur Eddington se ofreció para encontrar una solución. Cuando Lemaitre supo de este procedimiento, le envió a Eddington una copia del trabajo que hizo en 1927. El astrónomo británico se dio cuenta de que Lemaitre había eliminado la brecha que separaba a la observación de la teoría. Eddington propuso a la Real Sociedad Astronómica que publicara una traducción al inglés del trabajo de Lemaitre en su publicación Monthly Notices de marzo de 1931.

La mayoría de los científicos que leyeron el trabajo de Lemaitre aceptó que el universo se estaba expandiendo, al menos en la era actual, pero se resistían a admitir que el universo tuvo un principio. Estaban habituados a la idea de que el tiempo siempre transcurrió.Parecía ilógico pensar que millones infinitos de años hayan pasado antes de que el universo comenzara a existir. El mismo Eddington escribió en la revista inglesa Nature que la noción del comienzo del mundo era "repugnante".

El sacerdote belga contestó a Eddington con una carta que se publicó en Nature el 9 de mayo de 1931. Lemaitre indicó que el mundo tuvo un comienzo definido en el que toda su materia y energía se concentró en un punto:

Si el mundo se hubiera originado con un único quantum, las nociones de espacio y tiempo no tendrían ningún sentido al principio. Comenzarían a tener un sentido perceptible sólo cuando el quantum original se hubiera dividido en un número suficiente de quanta.Si esta postura es correcta, el mundo se originó un poco antes de que comenzaran el espacio y el tiempo.

Fue un matemático, que casualmente también era un sacerdote católico, quien observó la evidencia con una mente abierta y creó un modelo que funcionó.

En enero de 1933, tanto Lemaitre como Einstein viajaron a California para participar en una serie de seminarios. Luego de que el belga detallara su teoría, Einstein se puso de pie, aplaudió y dijo "Es la explicación más hermosa y satisfactoria de la creación que jamás haya escuchado". Duncan Aikman hizo la cobertura de estos seminarios para la revista New York Times. El 19 de febrero de 1933 apareció un artículo sobre Lemaitre en el que se publicó una foto grande de Einstein y Lemaitre parados uno al lado del otro. Al pie de la foto decía: "Se tienen un profundo respeto y admiración el uno por el otro".

Por su trabajo, Lemaitre fue nombrado miembro de la Real Academia de Bélgica. Una comisión internacional lo hizo acreedor del premio Francqui. El arzobispo de Malines, el Cardenal Josef Van Roey, lo hizo canónigo de la catedral en 1935. Al año siguiente, el Papa Pío XI lo nombró miembro de la Pontificia Academia de las Ciencias.

A pesar de tantos elogios, hubo algunos problemas con la teoría de Lemaitre. Por un lado, la velocidad de expansión que calculó Lemaitre no resultó. Si el universo se estaba expandiendo a una velocidad constante, el tiempo que llevó cubrir su radio fue muy corto como para permitir la formación de las estrellas y los planetas. Lemaitre resolvió este problema expropiando la constante cosmológica de Einstein. Al mismo tiempo que Einstein la utilizaba para intentar mantener el universo en un tamaño constante, Lemaitre la utilizaba para aumentar la velocidad de expansión del universo en el transcurso del tiempo.

Einstein no recibió demasiado bien el uso que Lemaitre le dio a su constante cosmológica. Consideraba a la constante como el peor error de su carrera y le disgustaba que Lamaitre se valiera de su factor compensatorio súper galáctico.

Tras la muerte de Arthur Eddington en 1944, la Universidad de Cambridge pasó a ser un centro de oposición a la teoría del Big Bang de Lemaitre. De hecho, fue Fred Hoyle, un astrónomo de Cambridge, quien acuñó sarcásticamente el apelativo de "Big Bang". Hoyle y otros favorecieron la teoría de la historia del universo conocida como "Estado Estacionario", en virtud de la cual existía una creación continua de átomos de hidrógeno que se unían gradualmente a nubes de gas y que luego formaban las estrellas.

Pero en 1964 hubo un avance importantísimo que confirmó algunas de las teorías de Lemaitre. Los trabajadores de Bell Laboratories en Nueva Jersey estaban haciendo pequeños ajustes a un radiotelescopio cuando descubrieron un tipo de interferencia de microondas bastante molesta. Tenía la misma intensidad independientemente de que apuntaran el telescopio hacia el centro de la galaxia o hacia la dirección opuesta. Más aún, siempre tenía la misma longitud de onda y siempre trasmitía la misma temperatura de origen. Fue necesario que pasaran varios meses después de este descubrimiento accidental para que se dieran cuenta de su importancia. Al final, Arno Penzias ganó el Premio Nobel de física. Esta interferencia de microondas pasó a reconocerse como una radiación cósmica de fondo, un remanente del Big Bang. Lemaitre recibió las buenas noticias mientras se recuperaba de un ataque al corazón en el Hospital Saint Pierre de la Universidad de Lovaina. Murió en Lovaina en 1966 a los setenta y un años.

Luego de su muerte, se logró un consenso en favor del estallido de fuegos artificiales de Lemaitre. Sin embargo, las dudas todavía persistían: ¿Realmente sucedió esto en un día sin ayer? Tal vez la gravedad pudiera proporcionar una explicación alternativa. Algunos especularon con que la gravedad reduciría la velocidad de expansión del universo y haría que el universo vuelva hacia su centro, donde habría un Big Crunch y otro Big Bang. El Big Bang, entonces, no fue un evento único que marcó el inicio del tiempo, sino una parte de una secuencia infinita de Big Bangs y Big Crunches.

Cuando Stephen Hawking recibió las primeras noticias sobre el descubrimiento de Berkeley de 1998 de que el universo se estaba expandiendo a una velocidad cada vez mayor, dijo que era demasiado preliminar como para tomarlo en serio. Luego cambió de opinión. "He tenido más tiempo para considerar las observaciones y parecen bastante buenas", dijo a la revista Astronomy (octubre de 1999). "Esto me ha llevado a reconsiderar mis prejuicios teóricos".

De hecho, Hawking estaba siendo modesto. De cara al remolino científico que provocaron los resultados de las supernovas, se adaptó con mucha rapidez. Sin embargo, la frase "prejuicios teóricos" nos hace pensar acerca de las actitudes que entorpecieron el trabajo de los científicos setenta años atrás. Fue un matemático, que casualmente también era un sacerdote católico, quien observó la evidencia con una mente abierta y creó un modelo que funcionó.

¿Hay una paradoja en esta situación? Lemaitre creía que no. Duncan Aikman de New York Times destacó la visión de Lemaitre en 1933: "«No hay conflicto entre ciencia y religión», dijo una y otra vez Lemaïtre a las audiencias en este país... Su visión es interesante e importante, no porque se trate de un sacerdote católico o porque sea uno de los físicos matemáticos más destacados de nuestros tiempos, sino que por tener ambas características".