dilluns, de desembre 24, 2012

El descobriment de l'expansió de l'univers: un intent d'explicar-ho de forma senzilla

És cert que al darrera de les grans teories cosmològiques hi ha molta complexitat. Però tot i això, de vegades és possible simplificar força aquesta complexitat i intentar tenir una visió més senzilla i clara, per a profans, d’alguns dels grans descobriments de l’astronomia.

Sabem actualment que l’univers s’expandeix (a més, sabem que ho fa acceleradament). Avui són moltes les proves que hom té d’aquest fet, un fet extraordinari que, a més, reforça
la teoria del Big Bang. Però remuntar-nos a començaments del segle XX, i revisar cóm es va descobrir l’expansió de l’univers, amb els mitjans que llavors es tenia, ens pot servir per a entendre millor el significat d’aquest descobriment.

Com sempre intento fer, però més encara en casos com aquest en els què parlem de qüestions molt complexes, introduiré moltes simplificacions, esperant que així el resultat pugui ser entès més senzillament sense necessitar coneixements científics.


El primer punt clau del descobriment l’hem de trobar en una disciplina que, en la primera dècada del segle passat, es va començar a utilitzar en el camp de l’astronomia: l’espectroscopia.

Se sabia, de feia temps, que un prisma (o el seu equivalent) podia descomposar la llum del Sol en diferents colors (els colors de l’arc de Sant Martí). Tècnicament parlant, s’obtenia un “espectre”, una franja de colors, que els científics enregistraven en una placa fotogràfica, i que anava del vermell al violeta de forma contínua (vull dir, el color canviant gradualment).

En un espectre apareixien, a més, marques (bandes fosques) produïdes per la presència d'elements químics que la llum trobava en el seu camí.

Tot aquest coneixement es va començar a aplicar a l’astronomia, generant espectres d’estrelles i, un xic més tard, d’objectes molt més llunyans: les galàxies (que, en aquells moments encara no se sabia què eren).

Amb aquesta tècnica, de seguida es va veure que alguns espectres estaven desplaçats (moguts de lloc): apareixien "correguts" o bé cap al color vermell o bé cap al color violeta (es podia mesurar el desplaçament de l'espectre comparant la posició en la què apareixien les bandes fosques de l'hidrogen amb la seva posició teòrica). Es va deduir de seguida que això es devia a que els objectes s'apropaven o s'allunyaven de nosaltres. Un exemple molt senzill és pensar en cóm canvia el so d’una moto quan se’ns apropa a gran velocitat i passa pel davant nostre: el so canvia, passant d’un to agut (quan s’apropa) a un to greu (quan s’allunya). Un espectre desplaçat cap al violeta, doncs, significava una galàxia que s’apropava a nosaltres. Per contra, un desplaçament al vermell indicava que l’objecte s’allunyava (el color vermell equival al to greu del so en l'exemple de la moto).

La primera gran sorpresa va ser que la majoria de galàxies semblaven allunyar-se de nosaltres. Era un resultat totalment inesperat, ja que es suposava que es trobaria una distribució més o menys similar i aleatòria entre objectes que s’apropaven i que s’allunyaven.

Però no. Vet aquí que quasi totes les galàxies s’allunyaven de nosaltres! (l'excepció són algunes de les galàxies més properes a la nostra, que, per efectes d'atracció gravitatòria, s'ens apropen).

El segon gran pilar del descobriment es va produir més tard, quan Hubble va intentar dibuixar en un gràfic la velocitat amb la què s’allunyaven (el grau de desplaçament al vermell dels seus espectres) vers la seva distància. Però cóm calculaven les distàncies?

De feia molt de temps, s’havia pensat que una possible forma de conèixer distàncies podria ser mesurar la intensitat de la llum d’una estrella. Com més lluny estigués aquesta, menys lluiria vista des d’aquí. El problema, però, era que les estrelles, naturalment, són totes molt diferents entre elles: una estrella gran podia lluir molt més que una més petita tot i que aquella estès més lluny. No podíem saber la lluminositat real d'una determinada estrella, i per tant no podíem calcular la seva distància.

Per sort, s'havia descobert un tipus d’estrelles variables, anomenades Cefeides, sobre les que s’havia teoritzat, i més o menys comprovat, que la seva lluentor absoluta es podia saber exactament a partir del període de variació de llum que presentaven. Emprant cefeides, calculant la seva lluminositat intrínseca, i comparant-la amb la lluminositat amb la què la vèiem des de la Terra, podíem estimar la distància a la que estava. Les cefeides es convertien en una mena de beneïdes marques estàndard pels astrònoms!

La tècnica, doncs, anava així: es fotografiava (fotografia de la d’abans, eh?) una galàxia, fent vàries tomes separades per dies, i s’examinaven les plaques (això ho feien a ull, emprant una lent d’augment!) buscant cefeides: petits punts (estrelles de la galàxia) que modifiquessin la seva lluentor entre toma i toma.
Un cop es comprovava que era una cefeida, s’estimava la distància a partir de la seva lluentor, i amb això s’obtenia un valor aproximat per a la distància de la galàxia que l’albergava.

Es treia, també, un espectre de la llum de la galàxia, i es mesurava el seu desplaçament al vermell (la velocitat amb la qual s’allunyava de nosaltres).

I es dibuixava en un gràfic la distància en funció de la velocitat.

Tot això, que sembla fàcil, era complicadíssim. L’habilitat d’aquells científics, detectant petites diferències de lluminositat en plaques fotogràfiques, era increïble (aquesta feina es fa actualment automatitzada amb cámeres i ordinadors).

Què va sortir en aquesta gràfica?
Sorpresa un altre cop! La gràfica mostrava que, com més lluny estava una galàxia de nosaltres, la seva velocitat d’allunyament era també més gran. I això es mostrava amb una claredat indiscutible.

Per què? Quin sentit tenia allò? Tot s’allunyava de nosaltres (no té sentit, oi?)! I com més lluny miràvem, més ràpidament s’allunyaven els objectes. És que tindria raó la vella Santa Inquisició i érem realment el centre de l’univers? El centre del mateix Big Bang? Per què nosaltres? No era més lògic pensar que, si en lloc d’habitants de la Terra ho fóssim d’un planeta qualsevol d’una altra galàxia, obtindríem el mateix resultat, és a dir, tot allunyant-se de nosaltres? Cóm podia ser això?

Moltes qüestions obertes, ... que de seguida varen tenir una explicació, que semblava l’única possible i que, a més, lligava amb les teories de la relativitat que Einstein havia formulat anys abans. No, no eren els objectes els que es movien. Era el propi espai que havia entre ells el que s’expandia!

És com si estirem una tela elàstica sobre la que hi hem posat boles pesades (que fan de galàxies). Tal com estirem la tela, “es crea” espai entre les boles, que s’allunyen totes de totes (quan, en realitat, estan en repos). I qualsevol bola que miri a les demés, veurà el mateix: que les demés s'allunyen d'ella (com si ella fos el centre d'alguna cosa), i que les més llunyanes semblen allunyar-se més ràpid. Així de senzill, i, a l’hora, així de bèstia! L’univers s’expandia com la tela elàstica de l’exemple!

Jo mateix, mentre escric aquest article, em sorprenc de la senzillesa i elegància del raonament. Dos tècniques (l’espectroscopia i l’estudi de les variables cefeides) havien permès relacionar distància amb velocitat d’allunyament. I aquesta gràfica havia demostrat que tot s’allunya de tot, i que les velocitats augmentaven amb la distància.

Una de les confirmacions de la teoria del Big Bang estava servida: l’univers s’expandia.

0 comentarios:

Publica un comentari a l'entrada

Categories

Estels i Planetes

TOP