De repente se oscurece la gran sala de prensa de la Comisión Europea en Bruselas. Ya está aquí el momento largamente esperado por el que todos hemos trabajado muchos años hasta la extenuación. Es el martes 10 de abril de 2019 y son las 15 horas 6 minutos y 20 segundos. Cuarenta segundos más y la opinión pública mundial admirará por primera vez la imagen de un gigantesco agujero negro. Se encuentra a cincuenta y cinco millones de años luz de la Tierra, en el centro de la galaxia elíptica Messier 87, o M87 para abreviar. Durante mucho tiempo, las profundidades más oscuras de los agujeros negros parecían estar irremediablemente ocultas a nuestros ojos, pero hoy saldrán por primera vez a la luz.
La rueda de prensa ha comenzado, pero aún no captamos en absoluto todo lo que va a desencadenar. Un viaje de exploración hasta los límites de nuestro conocimiento emprendido por la humanidad hace milenios, unas teorías revolucionarias sobre el espacio y el tiempo, unas tecnologías modernísimas, el trabajo de las nuevas generaciones de radioastrónomos y toda mi vida como investigador se concentrarán hoy en la imagen de ese agujero negro. Astrónomos, científicos, periodistas y políticos observan fascinados lo que vamos a mostrar aquí y en otras capitales del mundo. Solo una vez finalizado el acto descubro que millones de seres humanos en todo el planeta han estado a la espera frente a sus pantallas y que en tan solo unas pocas horas han visto nuestra imagen aproximadamente cuatro mil millones de personas.
En la primera fila de la sala están sentados colegas de gran mérito y jóvenes científicos, entre ellos muchos de mis estudiantes. Durante años he trabajado con ellos intensamente, viendo cómo cada uno superaba sus propios límites y a mí con creces; algunos viajaron a los lugares más remotos del mundo solo para alcanzar este objetivo, a veces incluso poniendo en peligro su vida. Y en el día de hoy tenemos el resultado, el éxito de su trabajo ocupa el centro de la atención pública mundial mientras permanecen sentados en la oscuridad. Quiero darles las gracias a todos ellos, sin excepción, porque todos y cada uno de ellos han hecho posible este logro.
Sin embargo, el reloj prosigue con su tictac. Me encuentro en un túnel, todo lo que me rodea me sobrepasa como el viento en contra a un piloto de carreras. No me apercibo del teléfono móvil de la tercera fila con la lente enfocada hacia mí. El clip aparece más tarde como trending topic en una de las páginas web más populares para niños y niñas, entre chistes vulgares sobre el trasero del presidente estadounidense y el porro de un conocido rapero. La tensión vigilante de los periodistas se extiende hacia mí: cada mirada es expectación. Se me aceleran las pulsaciones. Todos me observan.
Carlos Moedas, el comisario de la Unión Europea para Ciencia e Innovación, ha hablado antes que yo. «No se alargue demasiado», le habíamos sugerido. Las palabras de Moedas avivan la curiosidad del público, pero resulta que ha terminado demasiado pronto. Tengo que improvisar y rellenar ese hueco de tiempo tratando de disimular mi nerviosismo.
Anuncian que esta primerísima imagen se emitirá de forma simultánea en todo el mundo. Exactamente a las 15 horas 7 minutos, hora centroeuropea, la imagen aparecerá en la gigantesca pantalla de esta sala. Al mismo tiempo, mis colegas de Washington, Tokio, Santiago de Chile, Shanghái y Taipéi están preparados para presentar la misma captura de un agujero negro, comentarla y responder a las preguntas de los periodistas. Servidores informáticos de todos los continentes están programados para enviar comunicados de prensa a publicaciones especializadas de todo el mundo. El tiempo corre imparable. Lo habíamos coordinado y planeado todo con precisión, la más mínima anomalía pondría todo patas arriba, como ya nos había ocurrido en nuestras simulaciones. Y ahora, justo en el momento de comenzar, tropiezo.
Empiezo con unas palabras preliminares mientras detrás de mí una película se va acercando cada vez a una mayor velocidad al corazón de una gigantesca galaxia. Debido a la agitación cometo un tonto lapsus linguae. He confundido «años luz» con «kilómetros». No es ninguna nimiedad para un astrónomo, pero tampoco hay tiempo para un «tierra trágame», hay que seguir adelante.
La pantalla de información cambia de pronto: son exactamente las 15.07. De las profundidades y de la infinita oscuridad del cosmos, desde el centro de la galaxia Messier 87, emerge un anillo de color rojo candente. Sus contornos se perfilan borrosamente, permanecen algo difusos en la pantalla, el anillo destella, cautiva a todos los espectadores y permite entrever que esta imagen, que se tenía por imposible de captar, halló por fin su camino hasta la Tierra por medio de las ondas de radio desde una distancia de quinientos trillones de kilómetros.
Los agujeros negros supermasivos son los cementerios del espacio sideral. Se originan a partir de estrellas que se extinguen lentamente, se consumen y se apagan. Sin embargo, el espacio los alimenta también con gigantescas nebulosas, con planetas y con estrellas. Su masa es tal que curvan el espacio vacío de una manera extrema e incluso parece que puedan detener el transcurso del tiempo. Los agujeros negros atrapan todo objeto que se les acerca demasiado, ni siquiera la luz puede escapar de ellos.
Ahora bien, ¿cómo es posible que podamos ver agujeros negros, cuando ningún rayo de luz puede llegar hasta nosotros desde allí? ¿Cómo sabemos que ese agujero negro ha condensado seis mil quinientos millones de masas solares y que por ello se ha vuelto supermasivo? Al fin y al cabo, el anillo candente envuelve la máxima negrura de su interior, de la que ningún rayo de luz ni ninguna palabra pueden escapar.
«Es la primera imagen de un agujero negro», digo cuando finalmente aparece en la pantalla en toda su plenitud.[1] La sala estalla en aplausos espontáneos. De mí se desprende todo el esfuerzo de los últimos años. Me siento libre, por fin se ha desvelado el secreto. Una fabulosa figura cósmica ha adoptado ahora una forma y un color visibles para cualquiera.[2]
Al día siguiente, los periódicos difunden la noticia de que hemos escrito una página en la historia de la ciencia y que obsequiamos a la humanidad con un instante común de alegría y de asombro:¡y sí, esos agujeros negros supermasivos existen de verdad! No son fantasmagorías creadas por autores de ciencia ficción chiflados.
Esa imagen pudo conseguirse únicamente porque unos pocos seres humanos en todo el mundo persiguieron un objetivo común durante muchos años, más allá de todas las dificultades y de las diferencias. Todos querían desvelar el misterio de los agujeros negros, uno de los mayores secretos de la física. Esta imagen nos ha conducido al límite de nuestro conocimiento. Por muy loco que suene, en el borde de los agujeros negros termina nuestra posibilidad de medir y de investigar actual, y se abre la gran cuestión de si algún día podremos sobrepasar ese límite.
Antes que nosotros, generaciones de científicos habían iniciado este nuevo capítulo de la física y de la astronomía. Hace veinte años, el deseo de captar la imagen de un agujero negro seguía siendo considerado un sueño extravagante. En su día, por aquel entonces un joven investigador, me embarqué en esta aventura a la caza de agujeros negros, que aún hoy me tiene cautivado.
No presentí ni de lejos lo excitante que sería, ni cómo determinaría y cambiaría mi vida. Se convirtió en una expedición a los confines del espacio y del tiempo, un viaje al corazón de millones de seres humanos, si bien yo fui el último en comprenderlo. Habíamos logrado esa imagen con ayuda del mundo, ahora la compartíamos con él, y el mundo la abrazaba con una fuerza mayor de la que yo había creído posible en su momento.
Todo comenzó para mí hace casi cincuenta años. Cuando de pequeño alcé la vista por primera vez al cielo nocturno, soñé con él como solo un niño puede soñar con el cielo. La astronomía es una de las ciencias más antiguas y fascinantes, y en la actualidad sigue proporcionándonos nuevos conocimientos espectaculares. Desde el comienzo de los tiempos hasta nuestros días, los investigadores han transformado los fundamentos de nuestra visión del mundo una y otra vez, impulsados por la curiosidad y por la necesidad. Exploramos el universo con nuestra mente, con las matemáticas y la física, y con telescopios cada vez más potentes. Provistos de la tecnología más moderna emprendemos expediciones a todos los extremos del mundo e incluso al espacio, para explorar lo desconocido. En el inescrutable espacio sideral, en el infinito universo y en el divino cosmos, el conocimiento, los mitos y las leyendas, las creencias y las supersticiones han estado siempre tan entrelazadas que hoy en día ningún ser humano mira el cielo nocturno sin preguntarse qué más nos aguarda en esa vastedad oscura.
Este libro es una invitación a acompañarme en un viaje personal a través de este nuestro universo. En la primera parte partimos de la Tierra, volamos hacia la Luna y el Sol, pasamos los planetas a un ritmo rápido y aprendemos de la historia de la astronomía. A su vez, analizamos por qué la comprensión del sistema solar ha marcado hasta la actualidad nuestra visión del mundo. La segunda parte del libro es un viaje a través del conocimiento de la astronomía moderna. El espacio y el tiempo se vuelven relativos. Descubrimos cómo nacen las estrellas, cómo mueren y cómo a veces se convierten en agujeros negros. Finalmente abandonamos nuestra Vía Láctea, hasta que vemos un universo de un tamaño inconcebible repleto de galaxias que narran los comienzos del espacio y del tiempo, del Big Bang, la Gran Explosión. Los agujeros negros representan el final del tiempo.
La primera imagen de un agujero negro fue una hazaña de la ciencia para la que trabajaron juntos centenares de investigadores durante años. La idea para llegar a esa imagen —una idea que empezó siendo del tamaño de un grano de mostaza y creció hasta convertirse en un gran experimento—, los esfuerzos que asumimos, las emocionantes expediciones a los radiotelescopios de todo el mundo y la excitante espera hasta que finalmente la imagen llegó a la opinión pública, todas las vivencias de esa aventura las describo en la tercera parte.
En la cuarta parte osaremos plantearnos algunas de las últimas grandes preguntas de la ciencia. ¿Los agujeros negros son el final? ¿Qué sucedía antes del comienzo del espacio y del tiempo y qué sucederá tras ellos? ¿En qué nos afecta este conocimiento a nosotros, pequeños seres humanos, aquí, en esta insignificante pero maravillosa Tierra? ¿Este triunfo de las ciencias naturales significa que pronto podremos saber, medir y predecirlo todo? ¿Sigue quedando espacio para las incertidumbres, para las esperanzas, para las dudas y para un dios?
Una sinopsis sobre nuestro sistema solar
y los comienzos de la astronomía
Emprendamos juntos un emocionante viaje a través del espacio y del tiempo. Comenzamos en la Tierra. Un cohete espacial que inspira temor sobresale entre el paisaje verde. Sin sospechar nada, las aves revolotean alrededor de esa joya de la técnica. La tímida calma antes de la tempestad; sobre el terreno de los lanzamientos espaciales reina todavía la penumbra del incipiente amanecer. La naturaleza no presiente en absoluto el tremendo infierno que va a acontecer aquí dentro de unos pocos segundos.
Excitados pero todavía con caras de sueño se reúnen el personal y los espectadores sobre una plataforma de observación. Desde ahí arriba, todo objeto, todo ser humano y el evento en sí tienen el aspecto gracioso de una casa de muñecas. Un espectador saca su teléfono móvil y retransmite el acto a través de una página web que está repleta de caracteres chinos y de logotipos parpadeantes. Es justo esa transmisión la que yo estoy siguiendo esperanzado y agradecido por internet mientras estoy en otro lugar de la Tierra, acomodado en un acogedor bed & breakfast en medio de la naturaleza verde de Irlanda. Hechizado, observo el desarrollo de los acontecimientos.
De repente se oye una voz en off entrecortada, una voz chillona, incomprensible, con un tono metálico que llega hasta la médula. Recita una cuenta atrás con monotonía y casi como de memoria, y a pesar de que no entiendo el idioma, también me pongo a contar. Con un estruendo atronador, un resplandor amarillo y rojizo a los pies del cohete espacial ilumina la oscuridad; el encendido de los motores a reacción provoca un ruido ensordecedor incluso en la apacible Irlanda, aunque el sonido procede solo de mi ordenador portátil. El suelo tiembla, caen las sujeciones del cohete, que queda libre y se eleva majestuosamente, luego va dejando tras de sí una estela de calor y, como un cometa invertido, desaparece de la vista y sale disparado en dirección al cosmos.
Me sentí transportado de nuevo al lanzamiento del transbordador espacial Discovery, que pude observar desde Cabo Cañaveral, en compañía de mi soñolienta pero excitada familia en la madrugada del 11 de febrero de 1997. Todavía recuerdo la mirada de orgullo de mi hija de cuatro años al observar de lejos el día anterior aquel cohete espacial tan alto como una torre. En el brillo de sus ojos descubrí el mío propio.
Veintiún años más tarde, el 20 de mayo de 2018, solo veo una transmisión en directo desde China, pixelada y entrecortada. No obstante, sé exactamente cómo se siente uno en ese momento. Y se trata de un lanzamiento muy especial, pues a bordo de la nave hay un pedazo de mí: un experimento de mi equipo de Nimega. De nuevo me siento como un niño. Ese cohete espacial tiene un objetivo especial: la cara oculta de la Luna.
En mis pensamientos vuelo también en ese cohete, hacia la Luna y mucho más allá, igual que lo había hecho tantísimas veces. Vuelo allí donde mis anhelos me han llevado siempre, hacia el cosmos.
Una paz celestial. A todo aquel que accede al cosmos lo primero que le llama la atención es el silencio infinito. Los motores a reacción se apagan, fuera muere todo sonido. El telescopio espacial Hubble flota a quinientos cincuenta kilómetros por encima de la superficie terrestre —a una altura casi setenta veces mayor que la del monte Everest—, y se desliza a través de una capa de la atmósfera que es unos cinco millones de veces más fina que en la superficie de la Tierra.[1] El oído humano ya no puede percibir las ondas sonoras, pues son oscilaciones de un aire que aquí no existe: ningún rumor, ninguna palabra, ni siquiera la explosión más potente en la Tierra podría oírse en el cosmos.
Como astrónomo, empleo telescopios espaciales que orbitan alrededor de la Tierra, escucho con atención las historias de los astronautas que han estado allí, y analizo las imágenes que se captaron. En mi mente floto también con ligereza e ingravidez en el espacio, y eso que en realidad me desplazo a toda velocidad alrededor de la Tierra: a unos vertiginosos veintisiete mil kilómetros por hora. Las intensas fuerzas centrífugas podrían arrojarme fuera de la órbita, pero la poderosa fuerza de atracción terrestre las equilibra por completo, y me mantiene en el rumbo adecuado. Este es el secreto de cada movimiento orbital alrededor de un cuerpo celeste. La ingravidez no significa librarse de la gravedad. En órbita, esta sigue dominándonos, pero nosotros nos sentimos ingrávidos porque la fuerza centrífuga y la fuerza de atracción están equilibradas con precisión. En realidad nos hallamos en caída libre, pero esquivamos la Tierra una y otra vez porque damos vueltas en torno a ella, en grandes órbitas que parecen trazadas por un gigantesco compás. Si fuésemos frenando, las órbitas se volverían cada vez más pequeñas y más vertiginosas hasta que esa caída libre terminase en algún momento en un cráter de impacto sobre la Tierra. ¡Pero eso es algo que no quiere nadie!
La fricción del aire restante sobre la nave espacial es tan escasa que podríamos orbitar en torno a la Tierra durante décadas casi sin freno, sin tan siquiera encender el motor de nuestro cohete espacial.[2] Y sin embargo, en algún momento esa resistencia extremadamente baja de la atmósfera residual acabaría frenando nuestra cápsula espacial.
Mientras damos vueltas en el espacio sideral, podemos disfrutar desde allá arriba de la visión única de la Tierra. Similares a dioses, contemplamos esa canica azul en la negrura aterciopelada del universo. Los continentes, las nubes y los mares crean un rico e intenso juego cromático. Por la noche, los rayos y las ciudades resplandecientes, así como los destellos de las auroras polares, iluminan el escenario del mundo y ofrecen un panorama espectacular. Las fronteras desaparecen y con una mirada universal reconocemos la Tierra como el hogar común de todos los seres humanos. El borde que nos separa del frío del espacio sideral es claro y nítido. Solo ahora y solo desde aquí arriba comprendemos bien lo fina que es la capa de aire que nos protege de un cosmos hostil y que hace posible la vida. Incluso los fenómenos meteorológicos tienen lugar en la estrecha franja que hay sobre la Tierra. Qué frágil y quebradizo nos parece de pronto este soberbio planeta. Estas fascinantes vistas y visiones se las debemos a la tecnología moderna. Sin embargo, con su empleo desconsiderado en la Tierra estamos destruyendo también nuestros medios de subsistencia y este planeta azul y único.
Siempre que veo esas maravillosas imágenes de la Tierra, percibo también la soledad y el vacío, el sufrimiento y la miseria que imperan en ella. «Dios extiende el norte sobre el vacío, y cuelga la Tierra sobre la nada», exclamó hace milenios Job, sometido a duras pruebas.[3] En mitad de la nada, en el cielo extendido como una lona negra, ¡está nuestro globo terráqueo! Al autor de la Biblia no se le concedió la posibilidad de esa mirada desde arriba, y no obstante, en sus visiones percibió la Tierra ya como un todo. Las antiguas visiones de la humanidad se completan hoy con imágenes nuevas que nos suministra la técnica actual. Un enjambre de satélites, cuyas cámaras apuntan de manera permanente a nuestro planeta, graba las nubes, los continentes y los mares ofreciéndonos unas vistas detalladas que cortan la respiración.
Job, que ve la Tierra suspendida en la nada, se lamenta ante Dios por algo profundamente humano, el sufrimiento absurdo. También en nuestros días coexisten en este planeta el sufrimiento y la belleza. Desde el espacio no es posible divisar a un ser humano en concreto. El sufrimiento solo se capta desde cerca; desde el espacio, todo en la Tierra parece sublime y único. Incluso los huracanes, las inundaciones y los incendios de los bosques provocan desde arriba una fascinación mórbida. En el espacio se está muy lejos del sufrimiento individual, que allá abajo se multiplica miles de veces, e incomprensibles son nuestros problemas terrestres. ¿No suele pasar desapercibida a los mismos seres humanos esa «mirada técnica»?
Es más que sorprendente cómo esta investigación, sobria y técnica, transforma de manera duradera incluso a los astronautas más avezados. Después de Yuri Gagarin en 1957, han estado en el cosmos unos quinientos cincuenta seres humanos y casi todos informan de cómo les impresionó en lo más profundo la sublime fragilidad de la Tierra y les cambió intensamente en lo personal. Poder abarcar todo el globo terráqueo con la mirada parece ser similar al estado de embriaguez. Overview Effect, denominó a este fenómeno el periodista estadounidense Frank White, que lo investigó y describió psicológicamente y en detalle. ¿Qué desencadena en nosotros la visión del globo terráqueo? ¿Cómo nos transforma? ¿Cómo podemos obtener provecho de ese efecto? Los médicos están investigando el Overview Effect desde que fue descrito por primera vez. La Tierra es única; hasta donde sabemos, en el espacio sideral no hay nada comparable. Esto es lo que sienten también los astronautas. Flotar por encima del planeta como ángeles y verlo todo desde arriba no nos deja fríos. Así pues, dejémonos inspirar por estas nuevas imágenes procedentes del espacio y que este no nos haga pasar por alto a los seres humanos.
Sin embargo, una vez que hemos alcanzado la órbita, también cambia nuestra perspectiva sobre el espacio y el tiempo. No solo obtenemos otra visión de nuestro hogar, la Tierra, sino también de cómo percibimos los días, los meses y los años. «Porque mil años ante tus ojos son como el día de ayer, que ya pasó», como se dice en un famoso y antiguo versículo de los Salmos.[4] El tiempo es relativo. Los seres humanos ya lo sospechaban desde tiempos inmemoriales, pero en ningún otro lugar lo experimentamos de una manera más drástica que en el cosmos.
Cuando escribí mis primeros programas de monitoreo para el telescopio espacial Hubble, tuve que dividir las secuencias de comandos en bloques de noventa y cinco minutos porque eso es lo que tarda el telescopio en dar una vuelta alrededor de la Tierra. Cada noventa y cinco minutos salía y se ponía el sol. Un día dura noventa y cinco minutos en el espacio. También los astronautas de la Estación Espacial Internacional experimentan amaneceres cada hora y media, y yo los vivía desde mi escritorio, mientras preparaba mis observaciones y en mi mente flotaba por el universo.
Ahora bien, la relatividad del tiempo significa mucho más que disponer de una nueva medida para la duración de un día. En el cosmos, aunque casi nadie lo considere posible, los relojes funcionan de una manera diferente que en la Tierra. En una órbita a veinte mil kilómetros por encima del planeta, el día avanza treinta y nueve microsegundos más rápido. Por tanto, en setenta años nuestros relojes terrestres van un segundo más lentos que nuestros relojes del espacio. Eso suena a poco, pero hoy en día podemos medir sin problemas esa diferencia mínima. Es precisamente esta diferencia inapreciable la que revela ya el pensamiento central de la teoría general de la relatividad de Albert Einstein: el tiempo es realmente relativo. Esta teoría describe no solo nuestro sistema solar, sino también los agujeros negros y el entramado del espacio-tiempo en el cosmos entero.
El camino hasta alcanzar esta comprensión ha sido excepcionalmente largo. Comienza, a grandes rasgos, con descubrimientos tan fundamentales como la estructura y las regularidades de nuestro propio sistema solar y se extiende hasta el entendimiento de todo nuestro cosmos. A pequeña escala, este camino de conocimiento empieza con la comprensión de la paradójica conducta cambiante de la luz como onda y también como partícula, y está vinculado, como es natural, a la famosa teoría de la relatividad de Einstein.
La clave de todo está en la comprensión precisa de las extrañas propiedades de la luz. Lo más asombroso es que gracias a ella no solo podemos ver la Tierra, la Luna y las estrellas, sino que está íntimamente ligada al tiempo, la gravedad y el espacio.
Hagamos una breve retrospectiva sobre la historia de la física moderna. Para Isaac Newton, el padre primigenio de la teoría de la gravedad, la luz estaba compuesta por pequeños corpúsculos. En el siglo XIX, el físico escocés James Clerk Maxwell, basándose en los geniales trabajos pioneros de Michael Faraday, desarrolló la teoría de que la luz y todas las formas de radiación son ondas electromagnéticas. Por tanto, la onda de radio de la red de área local inalámbrica (WLAN), los teléfonos móviles o las radios de los automóviles, la radiación térmica de los dispositivos de visión nocturna, los rayos X con los que hacemos visibles los huesos, o la misma luz visible que perciben nuestros ojos, son oscilaciones de campos eléctricos y magnéticos. Solo se diferencian unos de otros por la frecuencia en la que oscilan y por la forma en que se generan y se miden, pero en el fondo representan todas —luz de radiofrecuencia, luz infrarroja, rayos X y luz visible— el mismo fenómeno: la luz.
En el rango de las frecuencias de los teléfonos móviles, las ondas oscilan mil millones de veces por segundo y su longitud de onda se extiende más de veinte centímetros. En la luz visible, las ondas oscilan miles de trillones de veces por segundo y son cien veces más pequeñas que el diámetro de un cabello. Dado que las ondas luminosas de una frecuencia y un color determinados siempre oscilan al mismo ritmo, la luz es también el secuenciador perfecto para un reloj y la medida exacta para todo cuando se trata de medir el tiempo. Los relojes ópticos más precisos están ajustados en la actualidad a una fracción de 10–19.[5] ¡Dos de estos relojes discreparían solo medio segundo en toda la vida del universo hasta el momento, que es de unos catorce mil millones de años! Una precisión que las generaciones pasadas ni siquiera se atrevieron a soñar.
Pero ¿qué es lo que oscila en realidad? Durante mucho tiempo se pensó que todo el espacio sideral estaba lleno de lo que se denominaba «éter». No, no se trata de ningún disolvente, sino de un medio hipotético en el que las ondas electromagnéticas, es decir, las ondas de luz y de radio, se mueven y se propagan como las ondas sonoras en el aire.
Una de las propiedades de las ecuaciones de Maxwell que más sorprende, y aún hoy deja perplejos a todos los físicos, es la circunstancia de que la luz de cada color se mueva siempre a una velocidad constante en el espacio vacío, con independencia de la velocidad de uno mismo. Los rayos X son igual de rápidos que la luz de radiofrecuencia o que un rayo láser, y la velocidad de la luz no depende, en las ecuaciones de Maxwell, de la velocidad del receptor o del emisor. El hecho de que la luz no sea infinitamente rápida no se supo hasta las mediciones de los movimientos de las lunas de Júpiter realizadas por Ole Rømer y Christiaan Huygens a finales del siglo XVII.[6] Sin embargo, ¿no tiene que cambiar la velocidad de la luz cuando te desplazas más rápido por el misterioso éter o cuando te quedas quieto en relación con él?
Si estoy en el mar con una tabla de surf, un viento tormentoso sopla de mar a tierra y me impulso con la tabla contra el oleaje, entonces las olas me alcanzan a una velocidad mayor, pero esta es exactamente la misma velocidad a la que chocan contra la costa. Ahora bien, si cambio mi dirección y surfeo con rapidez a favor del viento y las olas, seré igual de rápido que la ola bajo mi tabla de surf. En relación con mi tabla, la velocidad de las olas es baja; sin embargo, en relación con la orilla, la velocidad a la que surfeo es muy alta.
Exactamente esto mismo es válido para las ondas sonoras. Si voy en mi bicicleta con el viento soplando a mi favor, el sonido de la bocina de un coche que circule detrás de mí me alcanzará un poco más rápido que sin viento, y el aviso me llegará un poco antes; si pedaleo con el viento en contra, la bocina de atrás me llegará algo más tarde. El sonido tiene que avanzar contra el viento. Si pudiera pedalear a una velocidad supersónica en relación con el viento, el sonido de la bocina no me alcanzaría en absoluto. Si cada vez circulo más rápido y adelanto a mi propio ruido, rompo entonces la barrera del sonido y genero un estallido, porque muchos de mis tonos alcanzan al oyente al mismo tiempo. Contrariamente a los pilotos de los aviones a reacción, ningún ciclista ha logrado hasta la fecha provocar una explosión sónica.
Las ondas de radio tendrían que comportarse exactamente de la misma manera, esto es lo que se pensaba hace más de cien años. Se creía que el éter llenaba el vacío del espacio sideral —como el aire en nuestra atmósfera— y que la Tierra, en consonancia con mi bicicleta o mi tabla de surf, va arando el éter en su órbita alrededor del Sol a cien mil kilómetros por hora. Si medimos la velocidad de la luz en la dirección del movimiento de la Tierra en torno al Sol, esta «velocidad de la luz» tendría que adoptar en realidad una magnitud completamente diferente que si la medimos en ángulo recto o en el sentido contrario de la primera dirección, dependiendo de si la Tierra surfea a través del éter con el viento a favor o en contra.
Fue justo este efecto el que los físicos estadounidenses Albert A. Michelson[7] y Edward W. Morley quisieron demostrar a finales del siglo XIX. Para ello midieron la velocidad relativa de la luz en dos tubos que formaban un ángulo recto entre sí. El experimento fracasó estrepitosamente. No pudo demostrarse ninguna diferencia significativa en la velocidad de la luz. Por consiguiente, no había ningún indicio claro de que el éter existiera, se trataba de pura ilusión.
Los fracasos pueden ser revolucionarios. Y este en concreto se convirtió en uno de los experimentos clave, modélico, para la historia de la física y de la astronomía. Como el naufragio totalmente inesperado de la teoría del éter desestabilizó la flota entera de otras teorías, posibilitó arrojar por la borda antiguos esquemas de pensamiento e ir a la búsqueda de ideas del todo nuevas.[8] Las que mejor encajaban en este sentido eran las modernas ideas del joven Albert Einstein, quien estaba más radicalmente dispuesto a reorientar, repensar y colocar la física sobre unos nuevos cimientos teóricos. Mientras otros físicos seguían dándose de cabeza contra la pared, Einstein se apresuró a entrar en una nueva era en la que ya no existía ningún espacio ni ningún tiempo absolutos. Nacía una teoría audaz, la teoría de la relatividad, y con ella, por decirlo de alguna manera, Einstein desechó una visión del mundo secular en el ámbito de la física.
Después de un número suficiente de órbitas alrededor de la Tierra podemos activar por fin el siguiente nivel de nuestra cápsula espacial y poner rumbo a la Luna. Viaje a la Luna fue un viejo sueño de la humanidad. El 21 de julio de 1969, Neil Armstrong pisó la superficie lunar con el paso tal vez más famoso de un ser humano, y el sueño se hizo realidad. Pude percibir la importancia de ese instante algunos años después.
Un día tórrido de verano de 1971, en la idílica localidad de Strombach, en el Condado del Monte, al este de Colonia. Plácidos y verdes montes y bosques adornan el horizonte, un grupo de niños y niñas juega alegremente en la calle en una pequeña urbanización de casas unifamiliares. Palas y cubitos, un triciclo con una barra para que lo lleven y algunas pelotas es todo lo que necesitan para ser felices. Los adultos están sentados en el jardín delantero de la casa y contemplan la escena relajados.
Tan solo hay un chiquillo, algo regordete, que no juega en el grupo. A solas en una habitación a oscuras, está hechizado y con la vista clavada en las imágenes parpadeantes y borrosas en blanco y negro de un televisor grande de tubo. Falcon, el módulo lunar del Apolo 15, acaba de posarse en la Luna y transmite sus imágenes a la Tierra. La gran emoción por los alunizajes se había disipado rápidamente en la familia Falcke después de los primeros vuelos espaciales, espectaculares y muy exitosos.
Solo, ese chiquillo no puede apartar la vista de la pantalla. Con apenas cinco años de edad no posee todavía ninguna idea acerca del tamaño del cosmos o de la distancia que habían recorrido los astronautas de la NASA hasta llegar a la Luna. Ni siquiera puede entrever la enorme energía que se requirió para esa obra maestra de la técnica, ni la importancia de ese logro científico. Y, sin embargo, percibe en lo más hondo de su ser lo fascinante y al mismo tiempo atroz que debió de ser esa osada empresa. El chiquillo absorbe cada segundo de esa aventura, cada uno de esos segundos da alas a su imaginación. ¿Qué no será posible en adelante si ahora un ser humano puede deambular, saltar e incluso recorrer en un vehículo espacial la superficie de la Luna como han hecho los astronautas del Apolo 15? ¿Qué más no sería capaz de descubrir el ser humano en ese cielo infinitamente grande?
Ese chiquillo era yo, por supuesto. Estábamos pasando unos días en casa de mi tía abuela Gerda. Los astronautas junto al comandante David Scott me parecían por aquel entonces los superhéroes de un cómic. Él y los miembros de la tripulación, James Irwin y Alfred Worden, alunizaron con el Falcon muy cerca de los montes Apeninos, una de las más imponentes cordilleras lunares. Cuando David Scott puso un pie sobre la superficie lunar, dijo algo profundamente humano: «Esta es una verdad fundamental de la naturaleza humana: ¡el ser humano tiene que explorar!». «¡Sí! —pensé—, yo soy ese.»
Quise ser astronauta igual que muchos niños y niñas. Más tarde la intuición me dijo que en realidad no estaba hecho para ese oficio. Ciertamente soy bastante versátil, deportista, sé trabajar en equipo, soy bueno en los trabajos teóricos y experimentales, me manejo bien con la tecnología y tolero bien el estrés, sí; pero me tiemblan las manos con mucha facilidad y cuando estoy sometido a mucha presión cometo demasiados errores. Varios años después intercambié algunas frases con los astronautas alemanes Ulrich Walter y Ernst Messerschmid durante una conferencia sobre navegación espacial. Sabían lo que eran capaces de hacer, sin ser arrogantes. «Nosotros, los astronautas, tenemos que enfrentarnos a un estricto procedimiento de selección, todos los parámetros tienen que ser correctos», me dijo uno de ellos. En mí no eran todos correctos. No obstante, mi sueño de acercarme a nuestro satélite no se extinguió nunca.
Dependiendo de donde se halle la Luna en su órbita elíptica, una nave espacial tiene que recorrer entre 356.000 y 407.000 kilómetros para alcanzarla. Solo unos pocos coches consiguen esa marca en el kilometraje, pero para recorrer esa distancia la luz necesita exactamente 1,3 segundos. Desde un punto de vista astronómico, es algo decepcionante reconocer que incluso los mejores coches en su vida útil apenas viajan más de un segundo luz.
La velocidad de la luz es la única medida verdaderamente constante en el universo. Así pues, es del todo razonable expresar las magnitudes en el espacio sideral en unidades de luz. El año luz es en realidad una medida de longitud y no de tiempo, tal como podría suponerse por la denominación de «año». Pueden intuirse las gigantescas distancias que imperan en el espacio cuando a veces hablamos de miles de millones de años luz en el cosmos. Para los astrónomos, la Luna no es nuestro cósmico jardín delantero, ni nuestro cósmico patio trasero. A lo sumo, es el umbral que traspasamos en nuestro viaje al universo.
La distancia de un segundo luz significa también que todo lo que vemos de la Luna desde la Tierra siempre ha transcurrido hace más de un segundo. Cuando contemplamos el cosmos, estamos viendo siempre su pasado. En el caso de la Luna se trata tan solo poco más de un segundo; en el caso de las galaxias que exploramos nosotros se trata de millones y de miles de millones de años atrás.
Así pues, la luz nos alcanza siempre «tarde», con un retardo pequeño para los focos luminosos aquí en la Tierra y uno enorme para la luz procedente de las profundidades del espacio. De ahí que nunca podamos saber qué está sucediendo en este preciso instante en otro lugar cualquiera, ni en el universo y ni siquiera aquí, en la Tierra.
Por cierto, la demora de la luz hasta la Luna puede medirse y percibirse de una manera muy práctica. Un colega mío, neerlandés, celebró su boda en un radiotelescopio y envió su «sí, quiero» por onda de radio a la Luna. Esta se reflejó en la superficie lunar, y regresó al cabo de 2,6 segundos a la sala de control. Fue tan breve que la novia no consiguió escapar en ese escaso tiempo, y su matrimonio se celebró con éxito. Probablemente fue la primera boda del mundo con rebote lunar.[9]
Por razones algo menos festivas y sí puramente científico-técnicas, en la actualidad se disparan rayos láser a la Luna con regularidad. Estos se reflejan en los espejos colocados allí por las misiones Apolo (para disgusto de todos esos teóricos de la conspiración que afirman que la NASA no llegó nunca a la Luna). Los espejos funcionan todavía. A partir del retardo del eco de la luz podemos medir con extraordinaria precisión el movimiento de la Luna y nuestra distancia hasta ella, y de esta manera pueden ponerse a prueba las predicciones de la teoría general de la relatividad.
Además, comprobamos que la Luna se aleja cada año cuatro centímetros de nosotros y que la Tierra rota un poco más despacio. La fuerza de la gravedad vincula a ambas y provoca que se frenen mutuamente un poco en su respectiva rotación. Los meses y los días duran cada año una minúscula fracción de segundo más. En principio, envejecemos por ello un poco más lentamente, pero también morimos un poco antes si expresamos nuestra edad en meses y días. Hace cuatro mil quinientos millones de años un día duraba solo seis horas, un horror para un adicto al trabajo como yo.[10]
La Luna ha dejado de rotar casi por completo. Durante su viaje alrededor de la Tierra gira solo una vez en torno a su propio eje, razón por la cual siempre nos muestra la misma cara. De ahí que siempre nos sonría el mismo semblante del hombre amable de la Luna. No pudimos ver la cara oculta de nuestro satélite hasta las primeras misiones lunares. No es el lado oscuro de la Luna, como se le denomina de forma poética, pues el Sol brilla allí cada mes durante dos semanas. Sin embargo, la cara oculta de la Luna sigue siendo un mundo casi inexplorado y misterioso.
Mi sueño sobre la Luna no me ha abandonado nunca del todo y en cierto modo se ha acabado cumpliendo con el radiotelescopio LOFAR, que dirigí en los Países Bajos durante un tiempo.[11] LOFAR es el acrónimo de Low Frequency Array (o red interferométrica de baja frecuencia), y consiste en una red de antenas de radio que trabajan en el intervalo de las frecuencias bajas. Están interconectadas para formar una única estación de observación; un ordenador de alto rendimiento concentra los datos y genera un telescopio virtual. La idea es que nos permitan ver hasta casi el momento de la Gran Explosión y que nos ayuden a encontrar todos los agujeros negros activos en el cosmos.
LOFAR se compone en la actualidad de treinta mil antenas en diferentes lugares de Europa; se ha convertido en un telescopio continental. Sin embargo, el sitio ideal para recibir ondas de radio cósmicas sin interferencias es la cara oculta de la Luna. En la Tierra, el mayor problema para los astrónomos es la interferencia de las emisoras de radio y la distorsión de las ondas de radio causadas por la capa superior de la atmósfera, la ionosfera. Desde la Tierra no vemos nunca la cara oculta de la Luna, y por consiguiente tampoco puede llegar ninguna interferencia. «La Luna es tal vez el mejor lugar de la Tierra para practicar la radioastronomía», digo siempre medio en broma. Sin embargo, construir antenas allí me pareció durante mucho tiempo un sueño irrealizable.
En la navegación espacial y en la ciencia se precisa de mucha paciencia. Y a veces sucede algo imprevisible. Uno de estos imprevistos lo viví en el mes de octubre de 2015, cuando el rey Guillermo Alejandro de los Países Bajos cerró un acuerdo para la navegación espacial en una visita oficial del presidente chino Xi Jinping. Los chinos se ofrecieron a llevar al espacio una antena lunar desarrollada por nosotros para el programa LOFAR. Era el primer instrumento neerlandés en una misión lunar china. En el mes de mayo de 2018 despegó un cohete espacial de la CNSA, la agencia espacial china, desde el cosmódromo de Xichang con esa antena a bordo. Era exactamente aquel cohete espacial cuyo despegue seguí desde mis vacaciones en Irlanda en una transmisión en directo por internet, justo en la época en que logramos la primera imagen de un agujero negro. Por aquel entonces, toda mi energía estaba concentrada únicamente en obtener esa imagen, fue la fase más agotadora de mi vida. Por ese motivo, y sintiéndolo mucho en el alma, me vi obligado a ceder a mis colaboradores el sueño de mi infancia.
Nuestra estación de observación LOFAR está alojada en el satélite chino de comunicaciones Queqiao. El «puente de las urracas», su traducción al español, fue ubicado a una distancia de entre cuarenta mil y ochenta mil kilómetros más allá de la Luna. Este satélite transmite principalmente señales de radio desde la cara oculta de la Luna hasta la Tierra. Pero en el otoño de 2019 desplegamos nuestra antena y desde entonces permanecemos a la escucha de señales cósmicas. En definitiva, estamos buscando un ruido de radio extremadamente débil que, según las teorías actuales, debió de haberse originado en la etapa oscura del universo hace muchos miles de millones de años, antes incluso del nacimiento de las primeras estrellas. Contiene un eco de radio de la Gran Explosión, del comienzo del espacio y del tiempo. Es probable que necesitemos muchos años para la valoración extremadamente difícil de los datos y quizá solo futuras misiones puedan encontrar algo al respecto.
Sin embargo, ese satélite ya me obsequió una vista especial en el camino de ida a la Luna. La pequeña cámara a bordo consiguió tomar una instantánea singular cuando el Queqiao estaba de camino a su ubicación. En la fotografía se veía la Luna y detrás la Tierra con un tamaño similar; en una esquina de la imagen sobresalía una parte de nuestra antena todavía plegada.
Cuando la vi, me sentí de nuevo como aquel chiquillo frente al televisor en blanco y negro: ante mí aparecía la misteriosa cara oculta de la Luna, y vi, pequeño y borroso, nuestro planeta azul, en el que me encontraba yo entonces. Nunca he ido a la Luna, pero en ese instante me sentí allí. Desde entonces, miro una y otra vez en dirección a nuestro satélite y pienso: allá arriba hay una pequeña parte de mí.