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8/3/09 - DJ:

El futuro de la cosmología

Tiempo estimado de lectura: 11 min. 8 seg.

Charlas de ciencia es un podcast de Scientific American, conducido por Steve Mirsky. Tres semanas después de la publicación del audio, se publica la transcripción de la charla. A continuación, la charla que desarrollaron los especialistas en cosmología Alan Guth (que formuló la idea de universo inflacionario); Lawrence Krauss, físico destacado, autor de varias publicaciones de divulgación y colaborador de Scientific American; John Carlstrom líder del Telescopio del Polo Sur, estudia la radiación de fondo; y Scott Dodelson, cosmólogo de Fermilab.
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Lo que sigue es una traducción de la transcripción del podcast, cuyo original puede encontrarse en: Stars of Cosmology, Part 1.
A la derecha, al lado del logo de la Charla, es posible escuchar, en la página original, el podcast y debajo un enlace para descargar el archivo de audio.
(MP3, de 8MB, 17 minutos de duración)


Bienvenidos a Charla de Ciencia, el podcast semanal de Scientific American para la semana del 18 de febrero 2009. Soy Steve Mirsky. Acabo de llegar de Chicago, donde estuve en la reunión anual de la Asociación Americana para el Avance de la Ciencia. El lunes 16 de febrero tuve el privilegio de asistir a una histórica conferencia de prensa, que voy a compartir con ustedes, sobre el estado actual de la cosmología. Los participantes fueron Alan Guth del M.I.T, el desarrollador del modelo inflacionario del universo; Lawrence Krauss, un frecuente contribuidor a la revista Scientific American y director de la Iniciativa Orígenes en la Universidad del Estado de Arizona; John Carlstrom de la Universidad de Chicago, que estudia la radiación de fondo de microondas dejada por el big bang; y Scott Dodelson del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi, que estudia el origen y estructura del universo. En la primera parte del podcast, escucharemos de los cuatro cosmólogos, quienes discuten nuestro entendimiento del universo, y luego, en la segunda parte, responden las preguntas de los reporteros.

Krauss: La última década ha visto más revoluciones en cosmología que, quizás, el siglo anterior, y nuestra imagen del universo ha cambiado completamente, pero al mismo tiempo estamos ante el umbral de abordar cuestiones que sería justo decir, una generación atrás no sólo ni siquiera hubiéramos pensado en preguntarnos sino que nunca hubiéramos imaginado que serían testeables. Hemos sido capaces de investigar literalmente la física del universo cuando éste tenía menos de una millonésima de una millonésima de una millonésima de una millonésima de segundo de vida y, de hecho, las mejores ideas actuales acerca de lo que pasó son debidas a este hombre...

Steve:Este hombre se refiere a Alan Guth, sentado a la izquierda de Krauss.

Lawrence M. Krauss
Krauss:...que desarrolló algo, una idea, llamada inflación, que es en realidad actualmente la imagen mejor fundada de lo que podría haber pasado y la única imagen que, de alguna manera, provee una posibilidad de explicar lo que vemos a partir de primeros principios. Eso no significa que es correcto, y esa es la cuestión clave que debemos saber. Actualmente, justo ahora, con todas las nuevas observaciones en en la radiación de fondo de microondas y estructura galáctica y peso de la masa en el universo, es todo completamente consistente con ideas que se desarrollaron asociadas con la idea de inflación. Pero la clave es, ¿hay alguna manera de testear definitivamente la idea? Y una de las formas, una de las predicciones de la inflación, potencialmente, es que si hay un fondo de algo llamado ondas gravitacionales -literalmente ondulaciones en el espacio y tiempo que existen a través del universo- y los otros dos caballeros que están aquí, John Carlstrom, uno de los líderes experimentales en buscar en la radiación de fondo de microondas, que es actualmente nuestro mejor sondeo del universo.
Es más, algunas personas dirían, "¿Qué volvió a la cosmología en una ciencia de precisión?" Que en vez de ser capaces de medir cosas a un orden de magnitud, podemos medir cosas a muchos lugares decimales. Y una de las pruebas que podrían...que la radiación de fondo de microondas podría proveernos es una prueba de ondas gravitacionales. Y hemos estado viviendo en la era de oro de la cosmología, como la gente dice, y la cuestión es, "¿Qué pasará en el futuro cercano?". Y la respuesta, por supuesto, es que no sabemos. Estamos acercándonos tanto a cuestiones límite, preguntas fundamentales acerca del universo, que quizás estemos en los límites de lo que podríamos llamar falsabilidad. Nuestra habilidad de descartar ideas, quizás [ha comenzado a] estar limitada, porque la grandiosidad de las ideas que estamos probando podrían convertirse tan reales. La inflación es realmente una idea notable que es simple y hermosa. Actualmente es una idea más que un modelo. Y podría ser que terminemos con observaciones que sean completamente consistentes con la inflación, pero quizás no seamos capaces de decir, con certeza, si ocurrió o no. Quizás tengamos que vivir con eso. Pero se pone peor. La buena noticia acerca del universo es que por malo que sea, ahora se está poniendo mucho peor, por lo que deberías disfrutarlo. Y el futuro del universo está basado en lo que ahora hemos sido capaces de medir, completamente miserable. Cuanto más esperemos, menos veremos del universo, más desaparecerá el universo, menos mediciones seremos capaces de hacer sobre la naturaleza y así nuestra presentación de la falsabilidad del universo podría ponerse peor.[Nota 1] Y estas locas ideas han sugerido principalmente a un cambio en la naturaleza de la ciencia. La más desconcertante observación que ha sido hecha en la última década es que el universo parece estar lleno de algo llamado energía oscura, espacio vacío. Está lleno de energía. Si te deshaces de toda la radiación y materia del universo, el espacio vacío todavía pesa algo. Pero lo alocado del espacio vacío que pesa algo -bueno, hay muchas cosas locas- es que produce una repulsión gravitacional en vez de atracción, por lo que la expansión del universo se está acelerando; pero esto es tan misterioso e inexplicable -completamente inexplicable hasta ahora- que muchos físicos se han vuelto salvajes y locos y han cambiado lo que podría significar con física fundamental al sugerir, por ejemplo, que los conceptos fundamentales en la naturaleza no son realmente fundamentales, que son accidentales; son accidentes del entorno; que hay muchos universos y que vivimos en aquel que tiene los valores que tiene porque si los cambias un poco, no estaríamos viviendo. Es decir que el universo es como es porque hay astrónomos que salen y lo miden.[Nota 2] Y eso podría sonar como una tautología o una afirmación religiosa, pero no es ninguna. De hecho, en honor a Darwin, es casi como una evolución cósmica, una clase de selección natural cósmica. No es muy sorprendente que las abejas pueden ver los colores de las flores, no porque hayan sido diseñadas para hacerlo, sino porque de lo contrario no encontrarían la comida que necesitan y una similitud ha sido argumentada de que quizás cosas locas como la energía oscura tiene el valor que tiene porque si fuera distinta, las galaxias no se habrían formado y si las galaxias no se hubieran formado las estrellas no se hubieran formado, y si las estrellas no se hubieran formado, los planetas no se hubieran formado y si los planetas no se hubieran formado, los astrónomos no se hubieran formado. Ahora, eso ha cambiado completamente la naturaleza de..., si es realmente cierto, significa que el futuro de la ciencia es muy diferente, porque si hay muchos universos y en cada universo las leyes de la física son diferentes, quizás debamos tirar ideas fundamentales y la habilidad de hacer predicciones fundamentales en la naturaleza y debamos empezar a hablar acerca de probabilidad.
Y si eso es verdad, bueno, se desataría el infierno, pienso, de todas formas. Y luego finalmente, el futuro de la cosmología sería todavía peor. Lo increíble es que toda la evidencia para el universo que ahora vemos, desaparecerá. Toda la evidencia del big bang, este notable edificio de teoría y observación que hemos creado en el siglo pasado, que ha producido este universo estrambótico pero uno que pensamos que entendemos muy bien, todo los datos son consistentes con una sola imagen del universo. En el futuro lejano, los observadores saldrán con las mejores leyes de física que puedan, observarán el universo, pero inferirán que el universo es estático y eterno y que vivimos en una galaxia isla rodeada de nada, que es precisamente la imagen del universo que existía en 1900. Y ese será el futuro de la cosmología, que dará con la imagen equivocada del universo.

Steve: John Carlostrom, de la Universidad de Chicago.

John Carlstrom
Carlstrom: Acaban de escuchar de un teórico (risas) que en los últimos 10 años, toda esta información fue descubierta y nuestra imagen del universo cambió completamente y estoy de acuerdo con eso. Yo soy un experimentalista, y si piensas, digo, los últimos diez años son fantásticos, es realmente cierto. Digo que tenemos esta imagen del universo, pero esta imagen tiene energía oscura, materia oscura, 95 porciento de lo que es el universo no sabemos realmente qué es. Mi visión es que ha sido un tiempo increíble para el descubrimiento y pensar que estamos de alguna forma cerca de finalizar el descubrimiento o entender algo bien, ahora, para predecir los próximos 10 a 20 mil millones de años, pienso que no es correcto y no soy tan pesimista. Pienso que hay muchos descubrimientos por hacer, quizás aprender del LHC -el Gran Colisionador de Hadrones- qué es la materia oscura y por supuesto en el futuro la radiación de fondo de microondas tiene mucho más para decirnos. Así que, si tengo que decir, manténgase en sintonía antes de asumir que las cosas son de la forma en que son porque estamos allí para verlas y ese es el final de la historia.

Krauss: Y ciertamente espero que ese sea el caso. Es ciertamente verdadero que cada vez que hemos abierto una nueva ventana en el universo, nos hemos sorprendido. Y me mayor temor, y quiero apostar aquí, John, delante de los reporteros, es que hemos hecho notables descubrimientos en la última década.

Calstrom: Yeah.

Krauss: Y no entendemos estas cosas que hemos visto. No entendemos la energía oscura, no entendemos mucho, hemos descubierto la naturaleza del universo, pero no entendemos porqué es de la forma en que es. Y me preocupa que experimentar haya expirado. Quiero decir, en términos de ser capaces de eliminar fundamentalmente estas preguntas, y quizás debamos recaer en la teoría - y si eres un científicos eso es algo peligroso en que recaer- y así quizás estemos en el umbral, quizás se requiera una nueva idea, y eso es mucho más difícil.

Steve:Alan Guth.

Alan Guth
Guth: Pienso que esos descubrimientos están a punto de realizarse; con el Gran Colisionador de Hadrones y con los muchos experimentos detectores que se están estableciendo, algunos científicos podrían haber descubierto algo ya. Pienso que el enigma se va a resolver. Con la energía oscura, es difícil saber qué es. Bien podría ser energía de vacío. Si es sólo energía de vacío todo lo que podemos hacer es, de alguna forma, restringirla más para ser más y más energía de vacío. No habrá una nueva teoría allí, no hay un experimento que nos vaya a mostrar que es energía de vacío, pero habrá muchos experimentos que determinarán sus propiedades, así que finalmente decidamos quizás que es tanto como la energía de vacío que entonces es sólo energía de vacío. Pienso que hay también otras posibilidades, tú sabes, muchos excitantes descubrimientos por venir. Sobre la crítica de Lawrence de esta loca idea de que el universo es como es porque los astrónomos están aquí, pienso que, de hecho, debemos vivir con eso. Ahí, creo, acuerdo con lo que Lawrence dijo, creo que es desagradable pensar que la ciencia, o al menos este particular aspecto de la ciencia, podría ser reducido a la afirmación de que el universo es de la forma en que es porque hay astrónomos aquí. La cuestión clave que pienso que probablemente nos empuja en esa dirección es esta energía oscura. Debería añadir, no creo Lawrence lo haya dicho realmente, la cosa más peculiar acerca de esta energía oscura es realmente el hecho que hay tan poca. Basado sólo en física de partículas, si debes ingenuamente adivinar cuál debería ser la densidad de energía del vacío, podrías pensar que es cero, y cero fue, de alguna forma, aceptable para nosotros por mucho tiempo, pero el vacío cuántico que los físicos realmente conocen no es vacío, así que cero no fue realmente una respuesta muy sensible. Pero la respuesta natural que escogeríamos sería unos 120 órdenes de magnitud mayor que la energía de vacío observada. Así, la gran pregunta es "Qué explica porqué la energía de vacío es tan increíblemente pequeña?". Y una posible respuesta, no sé si es correcta, y pienso que pasará mucho tiempo antes de realmente establecer o saber si es la mejor explicación o no, pienso que la mejor explicación es la que tenemos ahora, pero no es suficientemente buena para creer que es la mejor explicación en el contexto en que se están moviendo nuestras teorías de cosmología. Esta teoría de inflación, que nos da muy buenas predicciones de las propiedades como la radiación de fondo de microondas para la densidad de masa del universo, para cosas que realmente medimos, la misma teoría en casi todas sus formas predice que no debería haber sólo un universo, sino que el mismo mecanismo que produjo nuestro universo produciría más y más universos sin límite, produciendo un infinito número de universos. Es más, la idea se combina con ideas que provienen de la teoría de cuerdas, que pienso, como la mayoría de los físicos teóricos es nuestro mejor conjetura de las leyes fundamentales de la naturaleza. La teoría de cuerdas nos dice que no hay sólo un vacío, sino un gran número de vacíos, posibles vacío, 10.500 o tantos, números locos sobre los que habla la gente, y eso significa que cada uno de ellos tiene una diferente energía de vacío. Y si esta idea de eterna inflación produciendo un infinito número de universos es correcta, esos infinitos números de universos podría tener cada uno un diferente vacío de estos 10.500, así todos ellos podrían existir. Y luego te preguntas a tí mismo, dónde en este multiverso esperarías encontrar astrónomos que realicen mediciones de la densidad de energía del vacío? Y hay buenos argumentos que sólo podrías encontrar cuando la energía de vacío es increíblemente pequeña, porque una mayor energía de vacío despedazaría el universo, produciría una fuerza repulsiva antes de que las galaxias pudieran formarse y si crees que los observadores sólo se forman en galaxias, no hay observadores en esos universos. Por el contrario, si la energía del vacío fuese negativa, causaría que el universo se re-colapsara rápidamente y no habría tiempo para que los astrónomos, al menos del tipo que conocemos, existan.

Krauss: Ese es el punto clave. Al menos del tipo que conocemos.

Guth: De hecho, estás en lo cierto, hay una gran incertidumbre, acuerdo completamente. Así que estaré mucho más contento si todo esto desaparece, pero continuaré argumentando que esta es una muy razonable explicación, y podría ser incluso la explicación correcta sobre porqué la energía de vacío que observamos es tan increíblemente pequeña comparada con lo que teóricamente esperaríamos.

Steve: Scott Dodelson de Fermilab.

Scott Dodelson
Dodelson: Pienso que yo sería un poco más optimista que todos ustedes. (Risas). En la última década hemos descifrado cómo el universo fue de A a B; A en este caso es la imagen que John y sus colaboradores han tomado con la radiación de fondo de microondas y el universo con sólo 400.000 años de edad, y B es cómo luce el universo hoy cuando tiene 13.7 mil millones de edad. Lo increíble es que tenemos tanta confianza en nuestra habilidad de entender cómo se llegó de A a B, quiero decir, que ahora estamos pensando, extrapolando, pasado B y antes de A. Así, Alan ha hecho ese "antes de A", quizás es inflación, y Lawrence ha hecho ese "después de B", al decir que el universo morirá con esa muerte pesimista. Realmente no sé, y pienso que la cosa más excitante es que las mediciones que haremos en la próxima década pueden informarnos sobre ambas posibles extrapolaciones. Así, por ejemplo, al medir las propiedades de la energía oscura, podemos aprender si Lawrence tiene razón o está equivocado, y esas mediciones serán realizadas durante la próxima década. Y en forma similar, al realizar mediciones más detalladas de la radiación de fondo de microondas, podemos aprender si esta teoría de inflación es correcta.
Y al igual que sobre el terreno me parece que las observaciones no están desapareciendo, cada vez hay más de ellas; cada año hay otra idea de cómo testear la inflación. Por ejemplo, las ondas gravitacionales es un sólido test para la inflación, pero en el último par de años, ha habido un número de otras ideas estudiando estas semillas fundamentales que John y colaboradores midieron. Las detalladas propiedades de estas semillas han tenido más finas escalas de mediciones. Podemos esperar testear la inflación en más formas y más precisas. Así que soy muy optimista acerca de estas extrapolaciones. Estamos haciendo grandiosas preguntas, pero tenemos esperanzas reales de responderlas.

Steve: Esto es todo para la primera parte. Volveremos con las respuestas de los cosmólogos a las preguntas de los reporteros en la segunda parte de este podcast. Para Charlas de ciencia de Scientific American, soy Steve Mirsky.

La segunda parte se encuentra en "El futuro de la cosmología (2)".


Links relacionadosFuentes y links relacionados


Notas:
Los enlaces e imágenes son aportes propios.
Se trata de una charla de divulgación, dada por cosmólogos para un público amplio. Esto implica que no habrá lenguaje muy técnico o explicaciones detalladas, sino más bien una conversación sobre el futuro de la cosmología. También significa que, al no tener un texto elaborado que leer, sino que comentan espontáneamente lo que piensa, comentan redundancias de términos e ideas.
En la transcripción de Scientific American se utiliza el término "probe" (sondear, investigar, examinar) en ciertas partes, pero pensé que, dado el contexto, en algunos casos se quizo decir "prove" (probar, demostrar).
Se alude a ciertas ideas como:
[Nota 1]:Sobre la muerte de la cosmología
[Nota 2] Principio antrópico


Crédito imágenesSobre las imágenes
Logo de Science Talk. El logotipo, el podcast y la transcripción en inglés, pertenecen a Scientific American.
Fotografía de los cosmólogos participantes, de sus respectivos sitios web.



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