¿Qué es ese Ruido?

Radiación Cósmica para Principiantes
parte 2: La Historia del Descubrimiento

Una Medida del Exceso de Temperatura de Antena a 4080 Mc/s

(Penzias & Wilson, 1965)

Así fue reportado uno de los mayores hallazgos de la cosmología moderna: como un exceso, un sobrante, un ruido, por A. Penzias & R. Wilson, en 1965. Trece años después recibirían el Premio Nobel por este descubrimiento fortuito.

El artículo en el que Penzias & Wilson reportaron el descubrimiento de la CBR.

El artículo en el que Penzias & Wilson reportaron el descubrimiento de la CBR.

Penzias & Wilson desconocían el origen del ruido que su antena captaba en todas direcciones y sin variaciones apreciables de un mes a otro, pero mencionan en su artículo

Una posible explicación para el exceso de ruido observado en la temperatura es la que dan Dicke, Peebles, Roll y Wilkinson en una carta en esta misma revista.

(Penzias & Wilson, 1965, taducción: G. A. Ponce)

Efectivamente, Dicke y su grupo, trabajando en Princeton, tenían razones para creer que el universo debería contener radiación térmica como remanente de épocas en las que la temperatura universal era muy alta. Construyeron un detector de microondas para medir esta radiación, pero Penzias & Wilson se les adelantaron. En sus propias palabras:

Aunque no hemos obtenido resultados con nuestro instrumento, nos hemos enterado de que Penzias y Wilson (1965) de los Laboratorios Bell han observado radiación de fondo a 7.3 cm de longitud de onda. Tratando de eliminar (o justificar) cada contribución al ruido visto en la salida de su receptor, terminaron con un residuo de 3.5 ° ± 1 °K. Aparentemente, esto sólo puede deberse a radiación de origen desconocido entrando en la antena.

(Dicke, Peebles, Roll & Wilkinson, 1965; traducción: G. A. Ponce)

Sólo después de que se estableció, a principios de los 1970’s,  que el “ruido” detectado era de origen cosmológico, la comunidad científica se dio cuenta de que la CBR había sido predicha y detectada varias veces a partir de los 1940’s.

McKellar (1941). basado en las observaciones de Adams sobre radiación en el medio interestelar  había encontrado que el espectro emitido por moléculas interestelares de cianuro mostraba que las moléculas estaban en un baño térmico a 2 K:

También, de los resultados de Adams sobre líneas de CN interestelar, se puede calcular que la temperatura “rotacional” del espacio interestalar es cercana a 2° K.

(McKellar, A., 1941; traducción de G. A. Ponce)

Pero en ese artículo no se hace ninguna referencia al posible origen de esta temperatura, que sólo posteriormente ha sido asociada con la de la CBR.

La primera predicción sobre la posible existencia de la CBR fue hecha por  Alpher y Herman (1948) , basada en trabajos que habían hecho en estrecha colaboración con G. Gamow sobre física nuclear y producción de elementos en un universo en expansión. Utilizando los valores aceptados en la época sobre la cantidad de materia y la edad del universo, estimaron una temperatura cercana a los 5 K. Posteriormente, estos autores calcularon un valor de 28 K, basados en los datos –hoy se sabe que eran incorrectos– de A. Behr. Los trabajos de Alpher, Herman & Gamow no han gozado, hasta la fecha, del debido reconocimiento, como lo ha hecho notar el mismo Herman (1997) un poco amargamente.

…Alpher y yo hemos contemplado algunas de las ventajas y desventajas de vivr un tiempo relativamente largo. En el presente contexto hemos tenido el enorme placer del proceso creativo, y el dolor de la falta de reconocimiento apropiado a las contribuciones de Gamow, Alpher y Herman, y una medida de satisfacción al darnos cuenta que, a la larga, algunos de nuestros colegas científicos ven nuestras contribuciones tempranas como meritorias.

(R. Herman, 1997; traducción: G. A. Ponce)

En la década de los 1950’s y a principios de los 1960’s hubo varias detecciones de “ruidos” de unos cuantos Kelvin por parte de Shmaonov, en Rusia, Le Roux, en Francia, y Rose, DeGrasse y Ohm en USA, algunos usando antenas de radar sobrantes de la 2a. guerra mundial, y otros rudimentarios radiotelescopios para astronomía y/o telecomunicaciones. Hoy sabemos que se trataba de la CBR, pero en su momento ninguna de las medidas fue interpretada en ese sentido.

A mediados de los 1960’s, el grupo de Dicke y sus colaboradores en Princeton empezaron a buscar sistemáticamente la CBR, y Zeldovich, Doroshkevich & Novikov en la Unión Soviética hicieron cálculos parecidos a los de Alpher & Herman y sugirieron que la CBR podría detectarse utlizando un satélite. Quizá, si Penzias & Wilson no hubieran existido o no hubieran reportado el “ruido” de su antena, alguno de estos dos grupos hubiera hecho el descubrimiento tarde o tempranno.  Esa fue la época en la que, por decirlo así, el mundo estaba preparado para el descubrimiento. Las predicciones y observaciones anteriores indiscutiblemente se adelantaron a su tiempo.

Para establecer la naturaleza cosmológica de la CBR y su espectro de cuerpo negro, del que hablaremos largo y tendido más adelante, fue necesario hacer muchas más medidas que, durante los 1970’s y los 1980’s terminaron por convertir el estudio de la CBR en una de las ramas más importantes de la cosmología moderna, y nuestra principal fuente de información sobre el universo temprano. Pero fue sólo hasta 1989, cuando se se lanzó el satelite COBE (Cosmic Background Explorer), que se empezaron a obtener datos más precisos y se abrió el camino para las misiones WMAP y Planck que, hoy por hoy, nos están permitiendo tener una idea más clara de cómo ha evolucionado en universo.

¿Porqué habiendo resultados,  teóricos y observacionales, la comunidad científica tardó tanto tiempo en darse cuenta de que se había descubierto la CBR? ¿Porqué le dieron el Premio Nobel a Penzias & Wilson y no, por ejemplo, a Alpher & Herman? ¿Porqué Julio Gallegos ha dedicado diez años de su vida a trabajar en la misión PLANCK?

No lo sabemos. La ciencia moderna funciona así. No es creación de una sola persona sino fruto del trabajo colectivo, y no siempre todos los que han colaborado para lograr un descubrimiento reciben reconocimiento por el mismo. Lo que sí está claro es que los resultados importantes, sean reconocidos o no, los obtienen personas que han dedicado su vida al estudio y trabajan con muchas ganas. No le llegan por arte de magia a los que pasan la vida tirados en una hamaca o enredados eternamente en antinomias de cafetería.

Anuncios
Esta entrada fue publicada en Astronomía, Divulgación de las Ciencias, Física. Guarda el enlace permanente.

5 respuestas a ¿Qué es ese Ruido?

  1. Enrique dijo:

    Me parece que la situación de las cuerdas es todavía más desilucionante. No parece que vaya a haber evidencia en su favor por un largo rato. El nivel tecnológico necesario para un experimento que pruebe la teoría de cuerdas está muy arriba de lo que se puede hacer en el presente.

  2. litomd dijo:

    Me encantó este artículo. De verdad que sí. Especialmente el último párrafo “No lo sabemos. La ciencia moderna funciona así. No es creación de una sola persona sino fruto del trabajo colectivo…” Y la última frase (“No le llegan por arte de magia…”) me recordó una cita que no recuerdo de quien es:

    “El azar favorece a una mente preparada.”

    Sobre las polémicas en los premios Nobel (y en particular la que se menciona en este post) leí el año pasado en Scientific American un reportaje titulado “No hay Nobel para ti: Los 10 peores desaires” (“No Nobel for You: Top 10 Nobel Snubs” en http://www.scientificamerican.com/article.cfm?id=10-nobel-snubs) y precisamente el número 9 de los desairados es Ralph Alpher, claro no se trata de un ranking “oficial” ni nada por el estilo, es solo que es la moda publicar ese tipo de listados.
    Pero es bueno saber que no siempre se ha honrado a quien lo merece de la forma que lo merece, también en ciencias.
    Pude leer este post hasta ayer y hoy que lo volví a leer de nuevo me surgió una duda, ¿la situación de la teoría de cuerdas en este momento es similar a la de la relatividad general en los 60s? (paraíso de los teóricos, infierno de los experimentalistas).

  3. gordoponce dijo:

    C. Will ha mencionado que “en los 60’s, la relatividad general era el paraíso de los teóricos y el infierno de los experimentalistas”.

    Tengo la impresión de que en los 60’s la relatividad general era una especie de curiosidad para un grupito de “iniciados”, y campo de especulación para teóricos con fuerte inclinación hacia las matemáticas, a pesar de las confirmaciones relacionadas con la observación de la estrella Arturo durante el eclipse de 1919 y el cálculo exacto de la velocidad de precesión del perihelio de Mercurio. Libros como el de Moller, o el de Schaefer et al. no parecen haber sido muy populares en la comunidad científica.

    Los libros que, en mi opinión, facilitaron que el aprendizaje de la relatividad general se extendiera a un gran número de físicos (“Gravitation and Cosmology” de Weinberg, y “Gravitation”, de Misner, Thorne & Wheeler) fueron escritos a principios de los 70’s.

    Por otro lado, no fue hasta que se inició la navegación espacial que se detectaron anomalías gravitacionales que obligaron a revisar la gravitación de Newton, y no sólo los físicos, sino también los ingenieros aero-espaciales se dieron cuenta de que la relatividad general no es una mera curiosidad, sino una herramienta esencial para echar a andar cosas que ahora son cotidianas, como los sistemas de posicionamiento global (GPS)

    Y, por supuesto, el estudio serio de la cosmología, la astrofísica relativista, los agujeros negros, las teorías de gran unificación, etc. hicieron necesario aprender relatividad general. Pero eso fue, me parece, a partir de principios de los 70’s.

    A lo mejor a Einstein le hubiera gustado ver todo esto, a lo mejor no.

  4. gordoponce dijo:

    Lo extraño es que los artículos originales de Alpher y Herman son mucho más rigurosos: utilizan soluciones exactas para las ecuaciones de Einstein y se ven muy “modernos”, como los cálculos que uno encuentra en los libros de texto de cosmología.

    El porqué la comunidad científica ignoró, deliberadamente o no, estos trabajos, a pesar de haber sido publicados en revistas reconocidas como Nature y Physical Review, es un misterio para mí. El mismo Gamow siguió utilizando extrapolaciones de dudosa validez en sus cálculos hasta mediados de los 50’s (quizá porque, como dijo R. Herman “su intuición superaba a su capacidad de cálculo”); en su reciente libro sobre cosmología, Steven Weinberg señala, citando a A. Guth, que un trabajo sobre nucleosíntesis en el que J. Peebles estimó que la temperatura de la CBR debería ser 10 K fue rechazado por Physical Review “aparentemente por el asunto del crédito que debería dársele a un trabajo previo de R. Alpher, G. Gamow, y R. Herman”.

    ¿fue, simplemente, que los “Princeton boys” estaban tratando de tapar el Sol con un dedo, negando el crédito a un trabajo previo para llevarse toda la gloria del descubrimiento?

    Quien sabe… pero en todos lados se cuecen habas…

  5. Enrique dijo:

    Gustavo, gracias por los links a los artículos orginales. De hecho son bastante fáciles de leer, siempre que se tenga una base de física general.

    Es interesante leer el artículo de Dicke et al. y notar que la Relatividad General aún no tenía en 1965 el status tiene ahora. En ese entonces John Wheeler todavía no había inventado el término “agujero negro”, mismo que acuñaría dos años después. Hasta el momento, la evidencia experimental ha favorecido la toería de la Relatividad General de Einstein como la mejor explicación de la interacción gravitacional.

    En el artículo también se menciona que también podrían haber una radiación de fondo gravitacional, es decir ondas gravitacionales remanentes del Big Bang. Es sólo hasta ahora que se cuenta con los observatorios apropiados para la medición de ondas gravitacionales. El campo de la astronomía de ondas gravitaciones es una rama que está naciendo y aún no se tienen observaciones cofirmadas, pero promete toda una nueva forma de observar el universo.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión / Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión / Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión / Cambiar )

Google+ photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google+. Cerrar sesión / Cambiar )

Conectando a %s