El Premio Nobel es el reconocimiento más prestigiado en varios campos de las Ciencias y humanidades, y es otorgado a personas que han logrado notables descubrimientos o acciones. Sin embargo, este galardón no es inmune a los descubrimientos casuales; uno de estos es el caso de Arno Penzias y Robert Wilson.
Universo en expansión
Hoy en día, la teoría del “Big Bang” es la líder y la más aceptada y para describir el origen del universo, y aunque ha estado vigente por más de 80 años, sus orígenes fueron difíciles dado el rechazo inicial que esta tuvo por parte de los más eminentes científicos de la época, quienes aún consideraban como correcta la teoría de un universo estático el cual se mantendría por siempre inalterado.
Georges Lemaître (Wikipedia.org)
El Big Bang fue una teoría inicialmente propuesta por Georges Lemaître, quien propuso su hipótesis del “átomo primigenio”, que basado en cálculos derivados de la teoría general de la relatividad de Einstein presentaba una imagen de un universo en expansión; más aún Einstein rechazo esta idea de forma enfática, comentándole a Lemaître de que “Sus cálculos eran correctos, más su Física era abominable”. Mas como sabemos esto fue más tarde probado experimentalmente con los descubrimientos de Edwin Hubble, que eran una prueba de que el universo está en expansión. Al final, estos indicadores fueron tan abrumadores e irrefutables que finalmente, años después, el mismo Einstein finalmente aceptó esta teoría y personalmente hizo un enfático reconocimiento a Lemaître, haciendo patente lo significativo de su teoría.
Gamow y el resplandor del Big Bang
George Gamow, otro remarcable físico teórico de Ucrania, también hizo una importante contribución en relación a la teoría del Big Bang, haciendo la predicción de que la radiación remanente de esta explosión, al paso de miles de millones de años se habría “enfriado”, y con esto estaría emitiendo radiación de baja frecuencia, que finalmente llenaría el universo con un resplandor o remanente de radiación electromagnética (o luz), en el rango de frecuencia de las microondas, con una temperatura de cerca de cinco grados sobre el cero absoluto (El cero absoluto es cero grados Kelvin o menos 273.15 grados centígrados).
Esta predicción sobre la radiación cósmica de Fondo de Microondas (CMB por sus siglas en inglés) , remanente del Big Bang, fue publicada su papel científico “El origen de los elementos químicos” en 1948, que tuvo como coautores a Ralph Alpher y Hans Bethe (este último agregado solamente con la intención de hacer un juego de palabras y tener las primeras tres letras del alfabeto griego “αβγ”, por Alpher, Bethe y Gamow), es por esto que este papel científico se le conoce como el papel “αβγ” [Alfa-Beta-Gamma].
La predicción sobre la radiación de Microondas de fondo de que hizo Gamow, fue repetida (argumentando un olvido de esta), por Rober Dicke un físico de Princeton quién, haciendo la misma predicción inició la búsqueda de esta radiación usando un detector de radiación de microondas de su propia invención (un radiómetro Dicke), mas esta búsqueda fue corta, pues otro equipo se le había adelantado.
Descubrimiento accidental
Arno Penzias, quien nació en Alemania, siendo de descendencia judía, al iniciarse la segunda guerra mundial su familia se trasladó fuera de Alemania como refugiados, finalmente estableciéndose en Nueva York, en Estados Unidos; él tuvo su formación académica como Físico, y después de graduarse sirvió en la armada por un tiempo; después inicio sus estudios de posgrado en la Universidad de Columbia, donde obtuvo su doctorado en Física a inicios de los años sesenta. Posteriormente se integró para trabajar en los famosos laboratorios Bell en Nueva Jersey.
En los Laboratorios Bell, formó un equipo con Robert Wilson donde trabajaron en receptores ultrasensibles de Microondas destinados a su uso en investigaciones de radioastronomía, principalmente para hacer lecturas de la señal de microondas proveniente de la Vía Láctea (entre otras aplicaciones). Con este propósito usaban una antena en forma de cuerno, la antena de cuerno Holmdel de 15 metros, la cual actúa como una Guía de onda, que es una forma de transmitir señales mediante el uso de tubos metálicos de sección rectangular, por ello este nombre.
Holmdel Horn Antenna at Bell Lab. (Wikipedia.org)
Y mientras efectuaban sus investigaciones se enfrentaron a una situación no prevista; la señal que recibían en su antena incluía un alto nivel de ruido, con temperatura tres grados mayores que la que estimaban, para la cual no lograban identificar su origen. Esta era una señal mucho más débil que la recibida de la Vía Láctea y era también isotrópica; esto es, que parecía ser homogénea y uniforme en todas direcciones a las que apuntaba su antena.
Tratando de identificar la fuente de este ruido, intentaron primeramente revisando si su equipo tenía algún problema; condiciones tales como defectos en cableado del equipo fueron revisados, mas no se detectaron problemas; después consideraron otras fuentes de radiación, como la radiación emitida por la cercana Ciudad de Nueva York que se localiza a solo 20 millas de distancia, o debido a pruebas nucleares de gran altura efectuadas en esos años, más después de estas verificaciones no hubo resultados concluyentes. Otra posibilidad que se exploró fue lo que Penzias describió como “una cubierta de material dieléctrico blanco” dentro de la antena fuera la causa de este ruido, esto debido a la presencia de un par de palomas que vivían en ella. Así que inicialmente atraparon a las palomas y las trasladaron con un criador en el norte del estado de Nueva York. Mas en solo unos días estas estaban de vuelta en su “hogar”; así que tuvieron que tomar una decisión más drástica, la cual podemos decir que no termino favorablemente para estas palomas.
Mas después de esta acción, notaron que las palomas eran inocentes, pues el ruido persistía aun después de haber removido el “material dieléctrico blanco”. En este punto Penzias y Wilson comenzaron una búsqueda de una posible explicación de este ruido, consultando múltiples papeles científicos, más nuevamente sin mucho éxito. Fue hasta que Penzias tuvo un encuentro con Bernard Burke, un radio-astrónomo del departamento de magnetismo terrestre quién le sugirió contactar a Robert Dicke en la universidad de Princeton.
El CMB (radiación de Fondo de Microondas Cósmica).
Penzias y Wilson se pusieron en contacto con Dicke, quien con su equipo estaba trabajando en la búsqueda de la señal del CMB, tal como sus modelos teóricos lo predecían, como prueba del Big Bang como origen del universo. Mas aun no estaban listos para hacer mediciones, y al recibir esta llamada Dicke inmediatamente identificó lo que ellos habían descubierto. Cuando termino su primera conversación con Pensiaz y Wilson, Dicke regresó a su laboratorio y les comentó a sus colegas “Chicos, nos han dejado fuera”.
Para Dicke estaba claro que la señal que Penzias y Wilson identificaron era la prueba que el buscaba, este hallazgo fue publicado en el “Astrophysical Journal”, articulo con un título de lo más obscuro y discreto en la física; “Medición del exceso de temperatura de la antena a 4080 Mc/s”. Pero oculto en este artículo, hubo uno de los mayores descubrimientos de todos los tiempos en la Física, la evidencia del Big Bang, la evidencia del comienzo del universo; y este descubrimiento fue por lo que fueron reconocidos con el premio Nobel de Física en 1978.
Este descubrimiento, aunque fue por un golpe de suerte, de ninguna forma demerita el trabajo que Penzias y Wilson hicieron para poder concluir a que se debía este ruido. Lo que es interesante en este caso es que la Ciencia no es siempre basada en momentos de “eureka”, no siempre llega espontáneamente después de que “cae la manzana o que se desborda el agua de una bañera”.
La Ciencia es descubrimiento, y no siempre se basa en momentos de “Eureka”, la ciencia requiere precisión, tenacidad y dedicación. El descubrimiento de Penzias y Wilson es el sonido del inicio del tiempo, el remanente de calor del Big Bang, los tres grados que aún no se han enfriado, resultantes del inicio del universo, del origen de todo y todos; este es el sonido del momento en que todo el universo estaba en comunión, y que realmente ocurrió hace 13.7 mil millones de años.
Puedes escuchar este ruido del CMB, y sabiendo lo que representa, escucharlo es simplemente inspirador.
Saludos, Alex; ScienceKindle!
