Telescopio Euclid: Universo distorsionado: de Euclides a Einstein pasando por Platón | Vano Cósmico

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¿Cómo detectar lo que no se ve, lo que no emite luz de ningún tipo, ni lo que ven nuestros ojos, ni infrarrojos, ni rayos X, …? ¿Cómo detectar la materia oscura pata negra, la exótica, la que nos gusta a los astrofísicos pero que nadie puede encontrar en un laboratorio?

Una respuesta nos la dio un tal Albert Einstein hace más de un siglo, con la llamada Teoría de la Relatividad General. Más de 100 años después, esta teoría será la base de una misión espacial de la Agencia Espacial Europea conocida como Euclid. Con este telescopio, y aplicando lo que nos enseñó Einstein, queremos hacer un mapa extremadamente preciso de toda la materia y energía del universo durante los próximos años.

La misión Euclides debe su nombre a uno de los griegos que todavía tiene la mayor influencia en nuestra educación y en nuestras mentes en la actualidad. Si queremos ir de casa al bar de enfrente, ¡oh esos bares! ¿Cómo lo vamos a hacer ?: En línea recta, que es la distancia más corta y la forma más rápida de encontrar amigos y tomar una copa lo antes posible. Dos líneas paralelas nunca se cruzan, nos enseñan esto incluso de niños. Bueno, esas dos y otras tres afirmaciones subyacen a lo que se conoce como geometría simple durante casi dos milenios, pero hoy la llamamos geometría euclidiana. El matemático griego Euclides escribió en su obra “Los elementos” la mayoría de las nociones de geometría que todos tenemos en mente hoy, partiendo sólo de esos 5 axiomas o enunciados asumidos (por lo tanto no probados) y probando, en base a ellos, para ejemplo, que la suma de los ángulos de un triángulo da 180 grados o el famoso teorema de Pitágoras. ¿Suena una campana? Verdades irrefutables, ¿verdad?

Ahora sabemos que la geometría del espacio-tiempo a pequeña escala no está formada por curvas planas del espacio-tiempo.

En el siglo XIX la geometría sufrió tal revolución que fue necesario dar un apellido a lo que hasta entonces se había considerado verdad irrefutable, que pasó a denominarse geometría euclidiana o plana, porque mucho de lo que describe Euclides se refiere a formas geométricas. En un plano, como triángulos o líneas paralelas. Lo aprendemos en la escuela.

Ahora sabemos que la geometría del espacio-tiempo a pequeña escala no está formada por curvas planas del espacio-tiempo. En consecuencia, los rayos de luz no siguen líneas rectas sino lo que se conoce como geodésicas. E incluso en consecuencia, los ángulos de un triángulo no tienen que sumar 180 grados. Es fácil de controlar. Podemos formar un triángulo imaginario “caminando” sobre la superficie de la tierra. Empezamos a caminar por el ecuador, digamos, desde las afueras de Macapá, Brasil, hasta que encontramos la costa africana más o menos en Libreville, Gabón. Entonces giramos 90 grados a la izquierda y caminamos recto, lo que significa que nos movemos a lo largo de un meridiano hacia el norte. Llegamos a Europa, pasaremos cerca de Milán, en Italia, y continuando con nuestro paseo imaginario llegaremos al Polo Norte. Allí giramos 96 grados a la izquierda (alrededor de las 8, diríamos en las películas) y volvemos a caminar en línea recta, siguiendo otro meridiano que nos llevará de regreso a Sudamérica, pasando cerca de Medellín, Colombia. Cuando nos encontramos con el ecuador, volvemos a girar a la izquierda 90 grados y llegamos al mismo punto donde comenzamos nuestro viaje. Hemos formado un triángulo en la superficie de la tierra. Y los ángulos suman 273 grados, no 180 grados. La superficie de la Tierra no es plana, es un ejemplo de que existen más geometrías posibles que la euclidiana y lo mismo podría pasar con el universo, pero en 3 dimensiones espaciales y una temporal.

Volvamos a la misión Euclid. Y apelamos a otro filósofo: Platón. Famosa es la alegoría en la que algunos presos encerrados en una cueva desde que nacieron solo tienen información del exterior a través de las sombras que se proyectan en la pared, deformadas y con una apariencia en gran parte debida a una hoguera que proyecta su luz sobre las paredes. objetos. Nosotros también somos prisioneros de nacimiento, no sabemos cómo es el universo en detalle, y tratamos de conocerlo a través de la luz que nos llega de las galaxias. Los rayos de luz de galaxias distantes deben atravesar el espacio-tiempo doblados por la materia en su camino. El resultado cuando recolectamos fotones de esas galaxias distantes con nuestros telescopios es que vemos las galaxias deformadas, no lo que realmente son. Podríamos comparar este fenómeno con una fuente llena de agua, con monedas esparcidas en el fondo, como si fuera la Fontana de Trevi (¡otros recuerdos de esos viajes!; ¡Y cuando se podían tirar monedas a la Fuente!). Si el agua se mueve, por muy transparente que sea, veremos monedas deformadas.

El Euclides propone hacer un mapa de toda la materia y energía que componen el universo, tanto el visible como el que no emite ni interactúa con fotones

Aquí es donde entra en juego el poder de la física y las matemáticas de la teoría de Einstein. Al estudiar las deformaciones de las galaxias podemos conocer el contenido de materia (y energía) del universo, responsable de la curvatura del espacio-tiempo y la consiguiente deformación de la imagen de las galaxias. Conceptualmente sería más fácil si supiéramos qué son realmente las galaxias, si alguien pudiera salir de la cueva del prisionero y ver la realidad tal como es. Esto no es posible, estrictamente hablando. Además, las distorsiones que se forman en la imagen de las galaxias son extremadamente pequeñas, las monedas se ven prácticamente iguales en la analogía con la fuente. Y, como si eso no fuera suficiente, las galaxias han evolucionado en forma (¡como monedas!). Al estudiar tantas galaxias como sea posible, en todas las direcciones posibles, a diferentes distancias, lo que Euclides quiere decir es hacer un mapa de toda la materia y energía que componen el universo, tanto la pierna negra visible como la pierna negra, la que no emite ni interactúa con fotones, no podemos ver, ni hemos detectado nunca directamente, ¡pero es el más abundante del universo! Pero curva el espacio-tiempo.

Euclid se lanzará el próximo año, con suerte, y recopilará datos durante más de cinco años. Cuando termine su misión tendremos una mejor comprensión de los componentes del cosmos y cómo es euclidiano o curvo el universo a pequeña y gran escala. Euclides será como el prisionero que sale de la cueva y luego les dice a los demás cuál es realmente la realidad. Espero que no neguemos sus hallazgos y lo matemos, aunque la negación (y el efecto Dunning-Kruger) está de moda.

Pablo G. Pérez González Es investigador del Centro de Astrobiología, dependiente del Consejo Superior de Investigaciones Científicas y del Instituto Nacional de Tecnología Aeroespacial (CAB / CSIC-INTA)

Vacío cósmico Es una sección donde nuestro conocimiento del universo se presenta cualitativa y cuantitativamente. Tiene como objetivo explicar la importancia de comprender el cosmos no solo desde un punto de vista científico sino también desde un punto de vista filosófico, social y económico. El nombre “vacío cósmico” se refiere al hecho de que el universo está y está, en su mayor parte, vacío, con menos de 1 átomo por metro cúbico, aunque paradójicamente existen trillones de átomos por metro cúbico en nuestro entorno, lo que nos invita para reflexionar sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La sección consta de Pablo G. Pérez González, investigadora del Centro de Astrobiología; Patricia Sánchez Blázquez, Catedrático de la Universidad Complutense de Madrid (UCM); es Eva Villaver, investigadora del Centro de Astrobiología

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