L'expansió de l'univers, part 2: no coneixem quasi res del nostre univers

Fa uns pocs articles vàrem repassar cóm la ciència va arribar a la conclusió que l’univers s’expandia ("El descobriment de l'expansió de l'univers: un intent d'explicar-ho de forma senzilla").

Recordem, molt simplificadament, que el tema va anar així: a començaments del segle XX es va començar a mesurar les velocitats amb les que es movien les galàxies que es coneixien, i es va arribar a la sorpresa que quasi tot semblava allunyar-se de nosaltres. Després, es van mesurar les distàncies a les galàxies, i va venir la segona sorpresa: com més lluny estaven, més ràpidament semblaven allunyar-se.

La conclusió era que l’univers no era estàtic, sinó que s’expandia. L’espai existent entre els objectes era el que s’expandia, de forma que els objectes (galàxies) semblaven allunyar-se totes de totes i, mirat des de qualsevol galàxia, les més llunyanes ho feien més ràpid.

Aquest gran descobriment va permetre donar un salt endavant molt important a la cosmologia. Però, de fet, la gran, gran sorpresa encara estava per arribar.

L’expansió de l’univers va derivar en varis models de cosmos, que s’estudiaven a les universitats, i que grups d’investigadors intentaven o bé demostrar o bé descartar a través d’observacions. El model més versemblant deia que l’univers seguiria expandint-se sempre, tot i que, amb el temps, la seva velocitat d’expansió s’aniria alentint. És com pensar en una explosió (el Big Bang), que inicialment impulsa l’expansió ràpida, però que a mida que passa el temps va perdent força. Té sentit (tot i que el símil de Big Bang = explosió és incorrecte, ... però ens va bé per a imaginar-nos-ho d’alguna forma).

Aquest model portava a vàries opcions de final, com ara que en algun moment aquest alentiment en el ritme d’expansió conduiria a un univers estàtic (on ja no hi hauria expansió), o una altra en la què, fins i tot, l’alentiment faria que l’atracció gravitatòria de la matèria de l’univers acabés per dominar i, per tant, conduiria a l’univers a contraure’s i a “caure” sobre sí mateix, en un procés contrari al de l’expansió.

Però ningú s’esperava el que va venir.

L’any 1998 (és a dir, AHIR MATEIX en termes de temps!) dos grups de científics independents (això encara li va donar més solvència al descobriment) publicaven que l’univers s’expandia... acceleradament! És a dir, que en lloc d’alentir-se, l’expansió iniciada amb el Big Bang era cada cop més forta! El sentit comú simplement es desmuntava.

Cap dels dos grups no buscava això. El que volien calcular, precisament, era el ritme d’alentiment de l’expansió.

Per a fer-ho, la idea era mesurar, a grans distàncies, quina era la velocitat a la què les galàxies s’allunyaven, igual com s’havia fet a començaments de segle. Però, aquest cop, fent les mesures sobre els objectes més llunyans que es coneixien. Objectes tan llunyans que fessin que el temps que la llum triga en arribar-nos jugués un paper revelador en l'experiment.

Ho intentaré explicar de forma simplificada. La llum ens porta informació del passat. La que ens arriba d’una galàxia que està a 1.000 milions d’anys llum, per exemple, ha estat viatjant durant tot aquest temps per arribar als nostres telescopis. La seva informació ens mostra cóm era aquesta galàxia fa 1.000 milions d’anys.

La clau, per tant, és donar-se’n compte que si mesurem la velocitat a la què s’allunya de nosaltres estarem, en realitat, calculant la velocitat a la que s’allunyava de nosaltres fa 1.000 milions d’anys. Si fem això amb molts objectes, a diferents distàncies, podrem dibuixar en un gràfic com la velocitat d’expansió de l’univers ha anat variant amb l’edat del cosmos.

Seguint el model d’univers que hem explicat, s’esperava trobar que la velocitat d’expansió de l’univers havia estat molt més gran antigament, i que, per tant, l’expansió de l’univers s’alentia (seguint el símil de l’explosió que es va aturant poc a poc).

Afortunadament, a finals del segle XX ja es disposava de formes per calcular, amb força precisió, les distàncies a galàxies super-llunyanes (no entraré en detalls, només dir que aquest mètode, encara emprat actualment, es basa en la detecció de l’explosió d'un tipus determinat de supernoves en aquestes galàxies distants).

Els dos equips d’astrònoms competien entre ells, emprant tècniques similars però amb particularitats pròpies. I els dos van arribar, més o menys al mateix temps, al sorprenent resultat: en contra del què esperaven, en èpoques anteriors l’univers s’expandia més lentament que ara. L’expansió del cosmos s’accelerava! Premi Nobel per a tots dos equips.

Què significava això, i per què era tan inesperat? Perquè introduïa una important pregunta a tot el tema. Una simple pregunta, però amb conseqüències brutals. Què provocava aquesta acceleració? Quina força, quina energia estava actuant per a estirar l’univers cada cop més ràpid?

El model d’univers al què aquest descobriment ens ha portat és un cosmos dominat per una estranya energia que sembla inherent al propi espai. És a dir, l’espai buit tindria associat una certa energia (d’on prové? Cóm pot ser, si estem dient “espai buit”? Què li passa al principi de conservació de l’energia?). Aquesta energia cada cop dominaria més sobre l’atracció gravitatòria de la matèria de l’univers: com que aquest s’expandeix, cada cop la gravetat és menor (la densitat de matèria és menor), i, en canvi, el nou espai generat en el procés d’expansió aporta nova energia misteriosa que actua a favor de l’expansió.

Es va anomenar aquesta energia amb el nom de “fosca”, i actualment s’ha calculat que representa aproximadament, ni més ni menys, el 75% de tot el contingut del nostre univers observable.

És així de dur: si aquesta teoria és correcte (i, de moment, està passant totes les proves i donant resposta a totes les observacions realitzades), no sabem quasi res del nostre univers.

Simplement, no entenem què és ni cóm funciona el 75% del que hi ha al cosmos.