SINOPSIS

Usted está aquí es una deslumbrante exploración del universo y de nuestra relación con él, vista a través de las lentes del pensamiento científico actual más vanguardista. Christopher Potter analiza brillantemente el significado de lo que denominamos «el universo». Cuenta el relato de cómo algo evolucionó de la nada y cómo algo se convirtió en todo. ¿Cómo es una descripción del todo y la nada? ¿Qué hace la ciencia cuando describe una realidad que está compuesta de algo? En medio de la nada y el todo es donde vivimos.

Aquí, por primera vez en un único espacio, está la vida del universo, de los quarks a los supercúmulos de galaxias y del Limo al Homo sapiens. El universo fue una vez un momento de simetría perfecta y tiene ahora 13.700 millones de años de historia. Las nubes de gas se entretejieron para formar toda la complejidad que encontramos en el universo actual: las jerarquías de estrellas o el cerebro de los mamíferos. Potter escribe de forma amena sobre la historia y la filosofía de la ciencia, y muestra que la ciencia avanza retirando una y otra vez a la humanidad de una posición de primacía en el universo, pero el universo responde volviéndonos a colocar ahí.

Con sabiduría y admiración, Potter atraviesa el cosmos desde su concepción hasta su posible final, explorando todo lo que hay entremedias.

USTED ESTÁ AQUÍ

Una historia del universo

Christopher Potter

Traducción castellana de

Carmen Martínez Gimeno

Para mi madre

¿Me aventuro yo acaso a perturbar el universo?

T. S. ELIOT,

«Canción de amor de J. Alfred Prufrock»

1

Orientación

El silencio eterno de esos espacios infinitos me aterra.

BLAISE PASCAL

«Usted está aquí», indica en el mapa del parque, de la estación de tren y del centro comercial una flecha, por lo general roja, que señala una tranquilizadora ubicación determinada. Pero ¿dónde es aquí exactamente? Los niños lo saben o creen saberlo. En la guarda de uno de mis primeros libros escribí, como todos hemos hecho a nuestro modo, mi dirección cósmica completa: Christopher Potter, 225 Rushgreen Road, Lymn, Cheshire, Inglaterra, Reino Unido, Mundo, Sistema Solar, Galaxia, y mi caligrafía infantil se iba agrandando a la par, como si supiera que cada parte de esta «dirección postal» era mayor y más importante que la precedente, hasta que, con una floritura final, se alcanzaba esa cima de los destinos: el universo mismo, el lugar donde se ubica todo lo que existe.

De niños nos damos cuenta pronto de que el universo es un lugar extraño. Yo solía quedarme despierto por la noche tratando de imaginar qué había más allá del borde del universo. Si el universo contiene todo lo que existe, ¿dónde está contenido él? Según los científicos, ahora sabemos que el universo visible es una región de radiación que evolucionó y no está contenida en nada. Pero dicha descripción suscita demasiadas preguntas que resultan aún más inquietantes que la inicial, aquella a la que esperábamos haber respondido, por lo cual nos apresuramos a guardar de nuevo el universo en su caja y pasamos a ocuparnos de otros asuntos.

No nos gusta pensar en el universo porque nos da miedo la inmensidad del todo. El universo nos reduce a la mayor insignificancia, dificultando que apartemos la idea de que el tamaño importa. Después de todo, ¿quién puede negar el universo cuando hay tanto? «Las aspiraciones espirituales amenazan con ser engullidas por esta mole absurda en una suerte de pesadilla del sinsentido —escribió el erudito angloalemán Edward Conze (1904-1979)—. La enorme cantidad de materia que percibimos a nuestro alrededor, comparada con el titileo diminuto y tembloroso del discernimiento espiritual que apreciamos en nuestro interior, parece favorecer sin ambages una visión materialista de la vida». Sabemos que vamos a perder si entramos en liza con el universo.

Igual de aterradora es la idea de la nada absoluta. Hace algún tiempo ninguno de nosotros éramos nada y luego fuimos algo. No es de extrañar que los niños tengan pesadillas. El algo de nuestra existencia debe convertir en imposibilidad la nada que precedió a la vida, puesto que también sabemos, como observa el rey Lear, que «nada puede provenir de la nada». Y, sin embargo, todos los días, en la aniquilación y resurrección milagrosa del ego que constituye irse a dormir y despertarse, se nos recuerda esa misma nada de la que cada uno de nosotros emerge.

Si hay algo —como así parece—, ¿de dónde proviene? Tales pensamientos coinciden con los indicios que tenemos de nuestra propia mortalidad. La muerte y la nada van de la mano: terrores gemelos que se añaden a nuestro terror al infinito; terrores a cuya supresión dedicamos el resto de nuestra vida en la forma de nuestros yoes adultos.

Los seres humanos nos encontramos ante una disyuntiva. Por una parte, sabemos que hay algo porque cada cual está seguro de su propia existencia; pero también sabemos que no hay nada porque tememos que ese es precisamente el lugar del que procedemos y al cual nos encaminamos. Sabemos intelectualmente que la nada de la muerte es ineludible, pero no lo creemos de verdad. «Todos somos inmortales —nos recuerda el novelista estadounidense John Updike— durante el tiempo en que vivimos».

Los niños pronto plantean «¿Qué pasa cuando me muero?», pero es una pregunta que de adultos también esquivamos. Ni siquiera «una chica materialista en un mundo materialista»* se mostraría satisfecha con una respuesta que se restringiera a descripciones de deterioro físico y, sin embargo, hasta una respuesta materialista a dicha pregunta —y en realidad a todas las preguntas— acabará en el mismo lugar. ¿Cuál es el material del que está hecho el mundo y de dónde proviene? Pensar sobre el universo es plantearse de nuevo las preguntas infantiles que ya no nos hacemos. ¿Qué es el todo? ¿Y qué es la nada?

Al parecer, todos los niños empiezan como científicos en ciernes, sin miedo a seguir una vía de indagación hasta el agotamiento, aun cuando ese agotamiento sea el de sus padres. La curiosidad impulsa a los niños a preguntar ¿por qué? ¿Y por qué? ¿Y por qué?, esperando llegar a algún destino final, como el universo al término de nuestra «dirección postal» cósmica, una respuesta final más allá de la cual no hay más porqués.

«¿Por qué hay algo en lugar de nada?», planteó el filósofo alemán Gottfried Leibniz (1646-1716), una cuestión que en definitiva debe ser capaz de abordar toda descripción del universo. La ciencia intenta responder a preguntas de «por qué» con respuestas de «cómo», invocando la dinámica de los componentes del mundo. Pero las respuestas de «cómo» también convergen en la misma pregunta suprema: en lugar de preguntar «por qué hay algo en lugar de nada», los científicos preguntan «cómo algo provino de la nada». Para explicar el todo del universo, también debemos explicar la nada de la que parece haber surgido. ¿Pero qué apariencia tendría el material del que está hecho el mundo cuando es nada y qué posibles acciones podrían haber transformado la nada en algo y ese algo en el todo que llamamos universo?

Durante cientos de años y durante el tiempo en que la palabra ha tenido algún significado, la ciencia se ha mostrado como un proceso evolutivo de investigación en lo que sea que esté Ahí Fuera, un lugar de cosas que están en movimiento y que entendemos como universo. Así pues, cabría pensar que quién mejor que los científicos para responder a la pregunta: ¿dónde, entre el vacío y el todo, nos encontramos?

Sus respuestas no siempre son alentadoras:

• «El hombre sabe al fin que está solo en la inmensidad insensible del universo, del que ha surgido únicamente por casualidad», llegó a escribir el biólogo francés Jacques Monod (1910-1976), con aparente regocijo por tal descubrimiento final.

• «La ciencia ha revelado mucho acerca del mundo y de nuestra posición en él. Y, en general, los hallazgos han sido humillantes —escribe Nick Bostrom, director del Future of Humanity Institute de la Universidad de Oxford—. Nuestra especie descendió de los animales. Estamos hechos del mismo barro. Nos movemos por señales neurofisiológicas y estamos sometidos a una variedad de influencias biológicas, psicológicas y sociológicas sobre las que tenemos un control limitado y escasa comprensión.»

• «Nuestra posición verdadera —afirma el físico estadounidense Armand Delsemme— es de aislamiento en un universo inmenso y misterioso.»

Aislados en el absurdo: no es de extrañar que los que no somos científicos prefiramos quedarnos en casa y ver la televisión, leer Middlemarch o dedicarnos a cualquier cosa que hagamos en el hogar. Si el universo es tal como la ciencia lo describe, no nos gusta en absoluto. Esa descripción no sirve más que para reavivar los nauseabundos temores existenciales que hemos suprimido desde la infancia.

¿O acaso estos son mis temores pero no los suyos? Tengo amigos que declaran no haber pensado nunca en el universo. No obstante, no puedo evitar sentir que tal rechazo —¡del universo, ni más ni menos!— es prueba de una represión profunda más que de una falta de interés. Después de todo, ¿quién desea que le digan que es una mota insignificante en un universo vasto, carente de sentido y aterrador? Y si prestamos atención, es difícil no culpar a la ciencia por descubrirlo. Resulta imposible negar estas rigurosas declaraciones científicas. Es más fácil, entonces, no pensar tampoco en la ciencia por miedo a que se nos diga algo irrefutable que habríamos preferido no saber: que no tenemos libre albedrío; que la mente no es más que una cualidad del cerebro; que los dioses no existen; que la única realidad es la material; que todo conocimiento que no sea científico no solo carece de valor, sino que ni siquiera es conocimiento.

A veces parece que lo que la ciencia nos está diciendo es que el universo tiene poco en común con las experiencias subjetivas que nos definen como seres humanos. Parece que nos hallamos frente a un universo que, en el mejor de los casos, no muestra interés por las cualidades que nos hacen humanos, que hacen que algunos de nosotros pensemos —aunque probablemente sería mejor no tener dicho pensamiento— que ser humano es estar intrínsecamente separado de la fuente de nuestra propia creación.

No es fácil estar en paz con el universo. El matemático inglés Frank Ramsey (1903-1930) encontró un modo de acomodar el universo adecuando la misma idea del tamaño: «Donde parece que difiero de algunos de mis amigos es en que otorgo escasa importancia al tamaño físico. No me siento en absoluto humilde ante la vastedad de los cielos. Las estrellas serán grandes, pero no pueden pensar ni amar, y estas son cualidades que me impresionan mucho más que el tamaño [...]. Mi cuadro del mundo está dibujado con perspectiva [...]. El primer plano lo ocupan los seres humanos, y las estrellas son todas tan pequeñas como monedas de tres peniques». El astrónomo contemporáneo Alan Dressler presenta una estrategia similar: «Si pudiéramos aprender a mirar el universo con ojos que estuvieran ciegos para la fuerza y el tamaño, pero que fueran agudos para la sutileza y la complejidad, nuestro mundo eclipsaría a una galaxia de estrellas».

El universo dibujado a escala humana se asemejaría a la visión que se presentaba del mundo en las pinturas antes del descubrimiento de la perspectiva formal, donde se impone una jerarquía diferente de tamaño. En las pinturas prerrenacentistas, la jerarquía se basa en la importancia espiritual relativa, de modo que la Virgen María, por ejemplo, descuella sobre los santos, quienes a su vez dominan sobre el donante arrodillado que ha encargado el cuadro. Para Ramsey la humanidad es la medida del mundo, y no una vara de medir espiritual ni literal. Pero no nos sirve de mucho si, dejando a un lado todos los temores y el vértigo existencial, es imposible zafarnos de la idea de que la ciencia podría ser todo lo que existe, que todo el universo puede medirse y explicarse. Podríamos convencernos con demasiada facilidad de que la ciencia reduce nuestras vidas a archivos y ficheros, como en un régimen totalitario que cree que sus ciudadanos están mejor sometidos cuando quedan reducidos a estadísticas. Rígidos, autoritarios, patriarcales, analíticos, sin contenido emocional: estas son algunas de las cualidades que podríamos sentir la tentación de atribuir a la ciencia y los científicos.

Pero hay otro aspecto. Hace medio siglo, el astrónomo y físico inglés Fred Hoyle (1915-2001) señaló, con cierta exasperación admitida, el curioso hecho de que «mientras que la mayoría de los científicos declaran evitar la religión, en realidad domina sus pensamientos más que los del clero». Es cierto que la mayoría de los científicos destacados del pasado eran creyentes. Una encuesta reciente muestra que en torno al 50 % de los científicos actuales creen en alguna forma de Dios personal, mientras que otra encuesta afirma que solo el 30 % de los cientos de físicos a los que se preguntó creían en la existencia real de universos paralelos. «Me gustaría saber cómo creó Dios el mundo —dijo una vez Einstein—.¹ No estoy interesado en este o ese fenómeno, en el espectro de este o ese elemento. Me gustaría conocer los pensamientos divinos. El resto son detalles.»

Hasta materialistas acérrimos como el físico teórico inglés Stephen Hawking (1942-2018) y el físico estadounidense Steven Weinberg (n. 1933- ) salpican sus escritos con comentarios sobre la naturaleza posible de un Dios en el que no creen. Hawking nos dice que puede que estemos cerca de conocer la mente de Dios, mientras que Weinberg afirma con ecuanimidad que «la ciencia no imposibilita creer en Dios. Solo hace posible no creer en él».

La ciencia únicamente es atea en la medida en que es un medio para explicar la naturaleza sin recurrir a lo sobrenatural. En la ciencia, la naturaleza puede ser misteriosa, pero no le está permitido ser mística. Sin embargo, los científicos no tienen que ser ateos, ni el agnosticismo debe descartar necesariamente la espiritualidad. Los dioses solo morirían si la ciencia llegara a explicarlo todo. Pero ¿puede la ciencia llegar a hacerlo? Hawking ha proclamado que «tal vez nos estemos acercando al fin de la búsqueda de las leyes supremas de la naturaleza», pero no está en absoluto claro que así sea. Al término del siglo XIX el físico estadounidense Albert Michelson (1852-1931) hizo una afirmación similar: «Es muy probable que la mayoría de los grandes principios fundamentales ya se encuentren bien establecidos y que los avances ulteriores deban buscarse primordialmente en la aplicación rigurosa de dichos principios a todos los fenómenos de los que tengamos conocimiento». No podría haber estado más equivocado, pues estaba a punto de comenzar uno de los periodos más fértiles en la historia de la ciencia. Acaso la mejor broma del universo consista en revelarse, a medida que la ciencia descubre alguno de sus secretos, cada vez más misterioso.

En todo caso, puesto que la ciencia nos ha convencido para ser agnósticos acerca de casi todo, tal vez ahora, en el acto supremo del hastío y la ironía modernos, tendríamos que inclinarnos a ser agnósticos también con la ciencia. «A vuestro grito de triunfo por algún nuevo descubrimiento le seguirá el eco de un grito de terror universal», hace decir el dramaturgo alemán Bertolt Brecht (1898-1956) a Galileo en su obra de teatro La vida de Galileo. ¿Cuál es el precio del conocimiento?, preguntamos cada vez con mayor insistencia cuando la ciencia crea y lleva al borde de la destrucción el mundo en que vivimos. A veces la misma certeza de la incertidumbre que la ciencia ha descubierto parece dogmatismo. ¿Por qué estoy seguro de que la incertidumbre que algunos científicos nos apremian a abrazar no es lo que el poeta Keats tenía en mente cuando escribió sobre el «Hombre de Éxito [...] capaz de vivir en incertidumbres, Misterios y dudas, sin la molestia de tener que echar mano de hechos o razones», cualidad que el poeta denominaba capacidad negativa? Por la misma razón, sospecho, me inquieta el optimismo desorbitado de esos científicos que nos urgen a avanzar en el progreso científico para recomponer el mundo deteriorado.² ¿Cuánto optimismo científico ilimitado en el progreso científico sin trabas podemos soportar?

El método científico, como el capitalismo, está en búsqueda constante de nuevo territorio que explorar. Marx predijo que el capitalismo llegaría a su término cuando no quedaran más mercados. En nuestra época, el surgimiento de algunos de los mercados más grandes de la historia de la civilización hace que ese fin parezca muy lejano. Y la ciencia llega incluso a dejar atrás al capitalismo. Hemos empezado a darnos cuenta de que tal vez a la Tierra no le quede mucho tiempo, al menos no como un lugar dispuesto a albergarnos. No hay que preocuparse, afirman los adalides del materialismo científico, confiad en nosotros, estamos seguros (bueno, bastante seguros) de que cuando hayamos conquistado el espacio, descubriremos que hay muchos otros lugares fuera de aquí donde podríamos establecer nuestro hogar. Y si no los hay, no tendremos más que construir uno nuevo desde el principio.

Pero a pesar de todo ese confiado discurso de dejar nuestra casa y encontrar otro lugar para vivir, un viaje tan extenso es altamente especulativo y apenas resulta científico teniendo en cuenta las limitaciones que establece nuestra comprensión actual de las leyes de la naturaleza. Es posible que cuanto más sepamos acerca de cómo está construido el universo, más razones descubramos que nos liguen a este lugar como nuestro hogar. Dejando a un lado todas las esperanzas de la ciencia ficción y una teoría científica tan especulativa que también sería ficción, se antoja más realista suponer que no es probable que viajemos más allá del sistema solar, quizá ni siquiera lleguemos a alcanzar sus límites. La humanidad no ha caminado por la Luna durante más de una generación, y estamos empezando a darnos cuenta de que incluso esos cortos saltos astronómicos pueden causar un trauma psicológico considerable. No está claro en absoluto cómo tendríamos que llegar a ser —una especie de forma poshumana creada por el hombre, quizá— para vivir en otro lugar. Tal vez resulte que estamos especialmente adaptados para la Tierra, y ese conocimiento debería obligarnos a cuidarla mejor. En 2006 Stephen Hawking escribió que la mejor esperanza para la supervivencia futura de la humanidad sería abandonar la Tierra y buscar un nuevo hogar. Entretanto, sería una buena idea contar con un plan B.

Quiero saber qué es este universo que me atrae y me repele, y que se describe con una metodología que también atrae y repele. Me atrae la ciencia por su poder, belleza y misterio, así como por su invocación a vivir en la incertidumbre; me repele su poder, nihilismo y certeza material pagada de sí misma. Tal vez estos extremos polares acabarían reconciliándose si fuera capaz de empezar a comprender qué es lo que hacen los científicos.

En el colegio, la relación entre ciencia y naturaleza (el universo tal como aparece ante nuestra puerta) nunca llega a establecerse. Ni siquiera estoy seguro de haber efectuado una conexión entre lo que pasaba en el laboratorio y lo que ocurre en el mundo natural tal como se manifiesta a nuestro alrededor. En física, el mundo se simulaba con rodamientos y equipo eléctrico (¿y dónde están en los bosques y las montañas?); en química, observábamos reacciones entre sustancias químicas que rara vez se encuentran al aire libre; y la biología, que supuestamente se ocupa del mundo vivo, parecía más dedicada a trocear cosas que habían muerto para cumplir ese objetivo específico. Parecía que la ciencia consistía en vencer a un mundo que se resistía a ser sometido. Y luego estaba la matemática, ¿cómo encajaba? Una vez escuché a alguien llamarla «reina de las ciencias», pero ¿qué significaba eso? Llegué a la conclusión de que, en cierto modo, quería decir que la matemática sostenía a las demás ciencias, pero nadie de ese departamento —donde se pensaba que las matemáticas eran demasiado grandiosas para tener algo que ver con el laboratorio— lo ponía de manifiesto.

Mi experiencia de la ciencia en el colegio fue tan traumática como para hacerme sentir como un extraño, pero no lo suficiente como para disipar por completo mi interés en lo que hace. No es difícil sentirse fuera de la ciencia; incluso se puede excusar a los científicos por sentirse excluidos. Lejos quedan los días en que «las leyes del universo eran algo de lo que un hombre se podía ocupar placenteramente en un taller instalado detrás de los establos».³ Los observatorios de lanzamiento de cohetes situados en órbita y los aceleradores de partículas que cuestan miles de millones de dólares y se tardan años en construir han dado al traste con la democracia más amplia en la ciencia.⁴ Los matemáticos han constituido siempre un club exclusivo, pero incluso dicho club está ahora fracturado en grupos escindidos, a veces diminutos. Existen demostraciones matemáticas que se tardan años en comprobar y solo son comprendidas por el puñado de matemáticos que participan en el proceso de verificación o por quienes han elaborado dicha demostración. Si los mismos científicos tienen derecho a sentirse excluidos, ¿cómo no nos vamos a sentir nosotros de ese modo, pobres mirones desconcertados, que observamos a hurtadillas a través de un cristal?

En el colegio descubrí que tenía un talento modesto para la matemática. Fue la señorita Church, la profesora de esa asignatura, quien me educó;⁵ literalmente, sacó algo de mí, el proceso opuesto a obligar a meter información y que a veces se confunde con la educación. Así que en la universidad estudié matemáticas, materia a la que pronto me di cuenta de que no iba a hacer una contribución original. Ser un matemático aceptable es como ser un cocinero aceptable o un pianista aceptable: un abismo enorme separa al aficionado del profesional. Los verdaderamente dotados empiezan más allá del punto donde los aficionados lo dejan. El celo servil en una receta puede dar como resultado buenas comidas, pero ¿de dónde provendrán las nuevas recetas? Aunque hubo un tiempo en el que yo era capaz de obtener las ecuaciones relativistas de Einstein o de demostrar el teorema de Gödel desde cero, apenas tenía idea de lo que estaba haciendo cuando reintroducía estas profundas percepciones en la naturaleza de la realidad. Tras años de educación, no me hallaba más cerca de entender qué era lo que hacían los científicos. Parte del problema es que la mayoría está contenta de hacer lo que hace sin cuestionarse de qué se trata exactamente. No les interesan los acertijos filosóficos, a los cuales su respuesta probable es, como lo expresó con ingenio el físico estadounidense Richard Feynman (1918-1988): «¡Cállate y calcula!». Los científicos son pragmáticos;⁶ si algo funciona, las consideraciones filosóficas resultan superfluas. El físico teórico estadounidense Lee Smolin (n. 1955- ) va más lejos. Ha declarado que «en la ciencia aspiramos a un cuadro de la naturaleza tal como es realmente, desembarazado de todo prejuicio filosófico o teológico».⁷ Pero ¿cómo puede divorciarse la ciencia de la filosofía y la teología, como si un río contaminado corriera entre ella y las otras formas de indagación? Históricamente, la ciencia se desarrolló a partir de la filosofía y los relatos de creación, y lo que ahora conoce es nuestro relato de creación moderno. En ese río es justo donde quiero estar.

Volví a la universidad en busca del que resultó ser un último hálito de educación formal: un curso de historia y filosofía de la ciencia, comenzado como doctorado pero abreviado pronto a un único año. Mi recuerdo más persistente de ese año es un comentario efectuado por el director del departamento, del que me acuerdo en parte porque lo repudió de inmediato y en parte porque lo asocio con mi sentimiento constante de que me hallaba fuera del mundo que intentaba habitar. El director se preguntó cómo sería enseñar a tocar el piano sabiendo que las dos únicas variables físicas son la velocidad y la fuerza con la que se pulsan las teclas. Deteniéndose un momento, planteó si tal vez en realidad solo habría una variable —la fuerza, nada más— puesto que la acción del piano es fija. El corazón me dio un vuelco debido al interés que sentí. Aquí estaba un puente posible para cruzar el río. «Pero nos descarriamos en la estética», concluyó el profesor, y cambió de tema. Y de este modo, al final del año recogí mi titulación de máster y me aventuré, no mucho más sabio, al mundo más amplio.

Acabé trabajando como editor con varios escritores, algunos de los cuales escribían sobre la ciencia, y otros, sobre las vicisitudes del corazón humano. Y durante mucho tiempo estuve bastante contento de haber encontrado acomodo entre los dos mundos.

Como a muchos que se han puesto a escribir algo tarde en la vida, me costó una crisis⁸ llegar ahí. Me di cuenta de que podía seguir intentando encontrar a alguien que escribiera el libro que yo quería leer o que podía escribirlo yo mismo. A lo mejor ser un extraño era una circunstancia de la que podía sacar provecho.

¿Es posible para un lego encontrar un camino a través del universo que la ciencia describe? Así lo espero. No nos sentimos tan excluidos de ninguna otra de las empresas de búsqueda de la verdad que emprende la humanidad. Podemos comprender o no algunos de los productos del arte contemporáneo, pero al menos nos sentimos con derecho a dar una opinión. «Yo sería capaz de hacerlo mejor en casa» nunca es una respuesta a la última teoría científica, pero quizá nos sentiríamos más inclinados a aventurar una opinión sobre, pongamos por caso, el Gran Colisionador de Hadrones si supiéramos un poco acerca de lo que es un acelerador de partículas y lo que podría conseguir. Incluso tendríamos derecho a dar una opinión debido a su coste, no solo en dólares, sino en lo que respecta a nuestras actuales descripciones físicas de la realidad. Existen, claro está, lugares a los que acudir para encontrar tal información —revistas especializadas y páginas determinadas en ciertos periódicos—, pero mi lectora imaginaria también se siente excluida de esos ámbitos. Ella anhela dar un paseo por el universo, pero no sabe de dónde parte el viaje, y ya no digamos dónde podría terminar dicho recorrido. Ni siquiera cuenta con el beneficio de mi limitado bagaje científico, pero sí comparte mi deseo de descubrir qué es lo que hace la ciencia y se siente atraída, como yo, por lo que la ciencia tiene que decirnos del mundo, por muy doloroso que resulte dicho conocimiento. Los científicos se han atrevido a aventurarse en el universo durante siglos, armados nada más con un reloj y una regla. Tal vez ese es el motivo por el que la locura es una cualidad asociada en particular con esos osados aventureros. Con estas varitas mágicas en la mano, podemos proseguir sin una excesiva cautela, pero sí con la necesaria para evitar la locura, y con la confianza suficiente para cumplir la máxima de T. S. Eliot: «Solo aquellos que se arriesgan a ir demasiado lejos pueden descubrir cuán lejos se puede llegar».

2

26 grados de separación

El hombre es la medida de todas las cosas; de las que son, en tanto que son, y de las que no son, en tanto que no son.

PROTÁGORAS

Si queremos descubrir dónde estamos en el universo, necesitaremos saber qué cosas hay en él y dónde. Los científicos miden las cosas en metros y, por tanto, emprenderemos el viaje con una regla métrica. Veremos qué podemos encontrar, y si acabamos mareados por el tamaño del universo, al menos descubriremos en qué punto surge la náusea.

El avance sería lento si fuéramos midiendo el universo metro a metro; tal meticulosidad se convertiría pronto en aburrimiento. Podemos explorar más y con mayor rapidez si aceptamos que cada paso se multiplique por diez, lo que los científicos denominan «orden de magnitud». Todos los objetos que miden entre 1 y 10 metros de longitud pertenecen a un orden de magnitud, lo que constituye nuestro primer paso. El siguiente paso de nuestro recorrido por el universo medirá aquellas cosas que se encuentran entre los 10 y los 100 metros de longitud, y así sucesivamente. Partiendo del lugar donde vivimos, podemos descubrir las partes de esa dirección postal que buscábamos de niños, cuando apenas superábamos la altura de nuestra regla.

1-10 METROS (10⁰-10¹ METROS)

Entre la mayoría de los humanos existe muy escasa variación en lo referente a la altura. John Keats medía 1,54 metros, el almirante lord Nelson y Marilyn Monroe, en torno a 1,65 metros, mientras que Stephen King mide 1,90 metros, lo mismo que medía Oscar Wilde. Durante los siglos XVIII y XIX los americanos procedentes de Europa eran, de media, las personas más altas del mundo. Ahora, la gente más alta se encuentra en Herzegovina y Montenegro, donde la altura media de un hombre es de 1,86 metros. Los segundos más altos son los holandeses con 1,85 metros. A finales del siglo XIX la población holandesa se caracterizaba por su corta estatura. Durante los últimos dos mil años los londinenses de menos estatura vivieron en la era victoriana y, hasta el siglo XX, el promedio de londinenses más altos se registró en la época sajona.

Gigantismo y enanismo pueden causar variaciones de estatura poco frecuentes y extremas que suponen un alejamiento de hasta un 20 % de la media. El ser humano más alto del que se tiene noticia fue el estadounidense Robert Wadlow (1918-1940) con sus 2,75 metros.

Buena parte de nuestra vida cotidiana nos pone en contacto con objetos cuyo tamaño oscila entre 1 y 10 metros. Casi todos los animales más grandes que viven en la Tierra corresponden a esta categoría. Las jirafas adultas son los animales terrestres más altos y suelen alcanzar alturas de entre 4,8 y 5,5 metros. La más alta conocida medía 5,87 metros.

10-100 METROS (10¹-10² METROS)

Pero el animal terrestre más largo que existe es la serpiente pitón. El espécimen más largo se capturó en Indonesia en 1912 y medía 10,91 metros. Las ballenas azules pueden llegar a alcanzar los 30 metros de longitud si se les permite vivir lo suficiente. Debido a la pesca, la mayoría no lo hace, y en la actualidad la población mundial se ha reducido de 200.000 a 10.000 ejemplares. El animal existente más largo es el gusano cordón de bota, Lineus longissimus. Un ejemplar que se descubrió en la costa de Escocia, en St. Andrews, rondaba los 55 metros de longitud.

Los animales terrestres eran más grandes en el pasado. Hasta hace poco se pensaba que el Tyrannosaurus rex era el mayor de los dinosaurios carnívoros. Un espécimen llamado Sue (o, más formalmente, FMNH PR2081) es el ejemplar de T. Rex más grande encontrado hasta la fecha. Tenía una longitud de 12,8 metros y pesaba unas 6 o 7 toneladas. Se cree que vivió hace 67 millones de años. En 1993 se encontraron en Argentina fósiles de Gigantosaurus, otro tipo de dinosaurio carnívoro. El espécimen más grande hallado hasta ahora tiene 13,2 metros de largo. Algunos afirman que el Spinosaurus era el mayor de todos, alcanzando una longitud que oscilaba entre los 16 y los 18 metros, pero el espécimen original, encontrado en Egipto en 1910, fue destruido en la Segunda Guerra Mundial y desde entonces solo se ha descubierto otro cráneo.

Cabe asumir que las pruebas fósiles con que contamos no son más que una pequeña muestra de las muchas especies de dinosaurios que vivieron en el pasado. Además, dichas pruebas, incluso las pocas que conocemos hasta ahora, se basan en su mayoría en un pequeño número de huesos. Hay un esqueleto de Brachiosaurus brancai (también conocido como Giraffatitan) que está inusualmente completo después de haberse reconstruido a partir de muchos hallazgos separados. Se yergue a 12 metros de altura, tiene una longitud de 22,5 metros, pesaba unas 60 toneladas y vivió al final del periodo Jurásico, hace unos 140 millones de años. Desde la década de 1970 se han encontrado otros dinosaurios herbívoros más grandes, aunque su tamaño se basa en esqueletos muy incompletos. Se piensa que el dinosaurio más grande fue el Amphicoelias fragillimus, con 58 metros de longitud y 122 toneladas de peso, pero puesto que este dinosaurio se ha reconstruido partiendo de un dibujo de una única vértebra (el hueso real se perdió), su tamaño es, como poco, especulativo.

La columna de Nelson (incluida la estatua del almirante de 5,5 metros) tiene unos 52 metros de altura. Hasta 2006 se decía que alcanzaba los 56,39 metros; nadie se había molestado en comprobarlo.

100-1.000 METROS (10²-10³ METROS)

En este tramo entra por poco el árbol más alto descubierto hasta el momento, una secoya que mide 112,51 metros y se encontró en 2006. Algunas palmas de ratán (género Daemonorops) crecen como trepadoras y pueden llegar a longitudes que superan los 200 metros.

A los niños les gusta subirse encima de las cosas e investigar. Los adultos han conservado esa pasión. A lo largo de la historia, la humanidad ha construido los edificios más altos de que ha sido capaz. Durante un breve periodo en torno al año 2600 a. C., la Pirámide Roja de Esnefru en Egipto fue la estructura construida por el ser humano más alta del mundo. Se cree que fue el primer ejemplo de forma geométrica piramidal. Otra pirámide egipcia, la Gran Pirámide de Giza, construida en torno a 2570 a. C., tiene 146 metros de altura y se mantuvo como la estructura más elevada hasta la terminación en 1311 de la catedral de Lincoln, que se alza hasta 160 metros. Durante varios siglos, las catedrales compitieron entre sí por este récord. La catedral de Colonia (construida entre 1248 y 1880) fue el edificio más alto del mundo entre 1880 y 1884. Durante los cinco años siguientes, el Monumento a Washington alcanzó tal honor con 169 metros, hasta 1889, año en que se terminó la Torre Eiffel, que medía 300,67 metros hasta el techo y 312,27 metros si se incluía el mástil de la bandera.

Si se establece una distinción entre edificios y torres, el n.º 40 de Wall Street fue, durante un breve periodo, el edificio más alto del mundo con 282,5 metros; fue construido en once meses, pero fue sobrepasado por el edificio Chrysler antes de que ninguno de los dos se hubiera inaugurado. Una aguja fabricada en secreto que se añadió al edificio Chrysler el 23 de octubre de 1929 aumentó su altura a 319 metros. El sueño del fabricante de coches estadounidense Walter Chrysler (1875-1940) de poseer la estructura más alta del mundo no duró mucho más de un año. El Empire State Building asumió decisivamente ese título cuando fue rematado en 1931 con 381 metros.

Hoy, la estructura más alta del mundo es el edificio Burj Dubai, en Dubai. El título fue reivindicado el 12 de septiembre de 2007 cuando alcanzó 555,3 metros, superando la altura de la Torre CN de Toronto por 2 metros. Cuando se termine en 2009 el Burj Dubai pretende superar los 818 metros.

1-10 KILÓMETROS (10³-10⁴ METROS)

En un territorio con un relieve normal, el horizonte alcanza una lejanía de unos cuantos kilómetros.¹ El horizonte establece un límite a la capacidad de visión de nuestros ojos sin ayuda sobre la superficie de la Tierra, del mismo modo que el alcance de un brazo o una zancada establece un límite a la capacidad de extensión del cuerpo físico en el espacio.

Mirando hacia una llanura o hacia el mar y dando por sentado que no somos desmesuradamente altos, la mayor lejanía absoluta a la que el horizonte puede estar (una consecuencia de vivir en un globo de este tamaño) es en torno a 5 kilómetros. Podemos ver una distancia mucho mayor, claro está, si se trata de un paisaje con montañas distantes. La montaña más alta es el Everest, con 8.848 kilómetros.

La mina más profunda, una mina de oro en Sudáfrica llamada TauTona (que significa «gran león»), tiene 3,6 kilómetros de profundidad.

Bajo el océano, la corteza terrestre tiene un grosor que varía entre 5 y 7 kilómetros.

10-100 KILÓMETROS (10⁴-105 METROS)

Aunque el edificio más alto del mundo no llega a 1 kilómetro, el límite teórico para uno fabricado con los materiales actuales es de 18 kilómetros.

El punto más profundo del océano Pacífico está a 11.034 kilómetros bajo el nivel del mar, lo que hace que la profundidad de los océanos más profundos sea mayor que la altura de las montañas más altas.

Muchos niños se ponen a cavar en el suelo con la esperanza de llegar al otro lado de la Tierra. Un proyecto adulto para perforar la tierra tan hondo como fuera posible comenzó el 24 de mayo de 1970 en la península de Kola, en Rusia, cerca de la frontera noruega. La más profunda de varias perforaciones se realizó en 1989. El trabajo se detuvo en 1992 cuando se puso de manifiesto que las temperaturas subterráneas de 300 °C impedían evitar que los componentes de la perforadora se fundieran. El más profundo de estos agujeros, que es también el agujero más profundo que ha hecho la humanidad, fue de 12.262 kilómetros.

Bajo los continentes la corteza terrestre presenta un espesor medio de 34 kilómetros, aunque en algunas partes llega a ser hasta de 80 o 90 kilómetros.

Las nubes más altas (conocidas como nubes noctilucentes) son de color azul plateado y se suelen formar en los meses estivales a unos 80 kilómetros sobre los polos, aunque en años recientes su número ha aumentado y se han llegado a ver tan al sur como Utah.

En Estados Unidos, un astronauta es cualquier persona que haya viajado a más de 80,5 kilómetros sobre la superficie de la Tierra.

La atmósfera de la Tierra carece de límites: se va haciendo cada vez menos densa de manera interminable. Sin embargo, tres cuartas partes de la masa atmosférica se concentran dentro de los 11 primeros kilómetros de altura desde la superficie terrestre. A efectos prácticos, el borde de la atmósfera lo define la línea de Kármán, que recibe el nombre del ingeniero estadounidense de origen húngaro Theodore von Kármán (1881-1963), quien descubrió que en torno a los 100 kilómetros se hace difícil lograr la sustentación aerodinámica.

Cuando la Tierra pasa por una zona de polvo y rocas pequeñas —por lo general, los escombros que quedan cuando un cometa ha pasado cerca del Sol—, parte de este material puede entrar en la atmósfera superior. La fricción causada por el impacto la vemos en forma de estrellas fugaces. La lluvia de meteoros de las Perseidas, también conocida como las Lágrimas de San Lorenzo, se ha observado en el hemisferio norte cada mes de agosto durante más de dos mil años. Cada año, cientos de toneladas de finas partículas de polvo caen desde el espacio exterior hacia la superficie terrestre. Los trozos de materia más grandes que llegan a la superficie terrestre se llaman meteoritos.

100-1.000 KILÓMETROS (10⁵-10⁶ METROS)

Los satélites militares que giran alrededor de la Tierra a 500 kilómetros pueden discernir objetos sobre el suelo de 20 centímetros de longitud.

En 1990 se lanzó el telescopio Hubble. Orbita a una altura de 600 kilómetros. Su efectividad quedó puesta al principio en entredicho cuando se descubrió que el espejo primario presentaba un defecto de curvatura. Una corrección notable realizada en el espacio en 1993 le devolvió la capacidad que se le suponía. De la noche a la mañana, la información reunida por este telescopio duplicó el número estimado de estrellas de nuestra galaxia, la Vía Láctea.

Varios satélites cuyos días de servicio han llegado a su fin han sido destruidos. El 11 de junio de 2007 China voló su satélite meteorológico Fengyun 1C en al menos 2.400 pedazos más grandes que una naranja. Pasarán siglos antes de que todos caigan en la Tierra. Como consecuencia, algunos satélites han tenido que trasladarse a nuevas órbitas. Se calcula que hay al menos 18.500 restos de fabricación humana más grandes de 10 centímetros y 600.000 más grandes de 1 centímetro girando alrededor de la Tierra por debajo de los 1.000 kilómetros de altura.

En la actualidad hay 417 satélites orbitando la Tierra a alturas de entre 160 y 2.000 kilómetros sobre el suelo, es decir, a medio camino entre este orden de magnitud y el siguiente. Los satélites de estas órbitas se denominan satélites de órbita terrestre baja (OTB o LEO, según sus siglas en inglés). La Estación Espacial Internacional (ISS) que se está armando en el espacio se halla en órbita terrestre baja; se mueve entre los 319,6 y los 346,9 kilómetros por encima de la Tierra y la orbita 15,77 veces al día. Puede distinguirse desde la Tierra a simple vista.

En 1948 Fred Hoyle predijo que la primera fotografía de la Tierra contemplada desde el exterior sería «una idea nueva más influyente que ninguna otra en la historia». La primera de esas imágenes se tomó desde el Apollo 8 en diciembre de 1968 en una órbita entre los 181,5 y los 191,3 kilómetros. Se dice que, en efecto, esta fotografía, llamada «Earthrise» («amanecer terrestre»), tuvo una repercusión considerable en la filosofía ambientalista, movimiento que comenzó a despegar en la década de 1970. Una retransmisión para la televisión realizada desde el Apollo 8 el día de Nochebuena en la que la tripulación leía el libro del Génesis fue por aquel entonces el programa más visto de la historia.

1.000-10.000 KILÓMETROS (10⁶-10⁷ METROS)

En la actualidad hay 47 satélites de fabricación humana que orbitan la Tierra entre 2.000 y 35.800 kilómetros por encima del suelo, situándose, por consiguiente, entre este orden de magnitud y el siguiente. Se denominan satélites de órbita terrestre media (OTM o MEO, por sus siglas en inglés). El satélite en órbita terrestre media más famoso es probablemente el satélite Telstar lanzado en 1962, que fue el primer satélite de comunicaciones. Se pretendía que su retransmisión inaugural fuera un mensaje televisado del presidente Kennedy, pero como no estaba preparado, acabó retransmitiendo un importante partido de béisbol entre los Philadelphia Phillies y los Chicago Cubs. El Telstar 1 dejó de retransmitir en 1963, pero todavía está en órbita.

La Gran Muralla china tiene una longitud de 4.000 kilómetros. La distancia entre la superficie de la Tierra y su centro es de 6.370 kilómetros. El río más largo de la Tierra es el Nilo, que fluye a lo largo de 6.695 kilómetros.

10.000-100.000 KILÓMETROS (10⁷-108 METROS)

Otra consecuencia de vivir en un globo de este tamaño es que nunca estamos a más de 19.000 kilómetros de casa. No podemos alejarnos más sin avanzar en círculos o regresar por otra ruta.

La fotografía de la Tierra denominada «Blue Marble» (en castellano «La canica azul») fue tomada desde una altura de 28.000 kilómetros por el Apollo 17 en 1972, y también espoleó el movimiento ambientalista.

En la actualidad hay 351 satélites de fabricación humana en órbita a una altura de 35.786 kilómetros o superior. Se denominan satélites de órbita terrestre alta (OTA o HEO, por sus siglas en inglés).

100.000-1.000.000 DE KILÓMETROS (10⁸-10⁹ METROS)

Vela 1A es un ejemplo de un satélite en órbita terrestre alta. Fue lanzado en 1963, tres días después de que se hubiera firmado el Tratado de Prohibición de Pruebas Nucleares, y fue diseñado para detectar explosiones nucleares desde el espacio. Orbita algo por encima de los 100.000 kilómetros sobre la Tierra.

Y ahora no hay más remedio que dejar atrás la Tierra, abandonar esa trivial obsesión por las distinciones sutiles entre el tamaño de las cosas terrenales. Ha llegado el momento de ir más allá de la atmósfera, más allá de los satélites de fabricación humana, y de buscar en el espacio el siguiente objeto considerable más cercano.

La Luna, el satélite natural de la Tierra, se encuentra a una distancia media de 384.399 kilómetros. Su distancia mayor de la Tierra es de 405.696 kilómetros, y su mayor cercanía, 363.104 kilómetros. La Luna está iluminada por el Sol, como todas las cosas en el sistema solar. El Sol es una estrella, y solo las estrellas brillan. La Luna parece ser el objeto más brillante después del Sol, pero lo que vemos (y llamamos luz de luna) no es más que la luz del Sol reflejada. La Luna nos parece el objeto más brillante en el cielo nocturno. Incluso durante la luna llena, la luz lunar es 500.000 veces menos intensa que la luz solar: demasiado débil para mostrar el mundo en color. Durante las noches claras de luna nueva, cuando la Luna es una esquirla en el cielo, es posible ver la luz solar que ilumina la Tierra reflejada nuevamente sobre la Luna; en esas noches, junto a la esquirla brillante, puede distinguirse el resto de la Luna, tenuemente iluminada. La esquirla brillante es la parte de la Luna iluminada por el Sol, y el resto tenue es la Luna iluminada por la luz cenicienta. Leonardo da Vinci (1452-1519) fue el primero que supo explicar bien este fenómeno.

1-10 MILLONES DE KILÓMETROS (10⁹-10¹⁰ METROS)

El espacio se llama «espacio» por una buena razón. Costaría mucho encontrar un objeto sólido considerable en esta región, salvo algún meteorito suelto o un ocasional asteroide de paso. Sin embargo, el espacio dista mucho de estar vacío. Hay por todas partes radiación y átomos.

10-100 MILLONES DE KILÓMETROS (10¹⁰-10¹¹ METROS)

Después de la Luna, Venus es el siguiente objeto considerable más cercano con el que podríamos topar en nuestro paseo fuera de la Tierra. En su punto más cercano se encuentra a una distancia de 40 millones de kilómetros. Desde nuestro punto de vista nos parece el segundo objeto más brillante en el cielo nocturno.

100-1.000 MILLONES DE KILÓMETROS (10¹¹-10¹² METROS)

El Sol está a una distancia media de 150 millones de kilómetros. Esta distancia media de la Tierra se denomina «unidad astronómica» (UA) y constituye una unidad de medida útil que emplean los astrónomos para navegar por el sistema solar y sus entornos.

El Sol contiene más del 99,9 % de la materia del sistema solar y, por consiguiente, la influencia gravitatoria que tienen los planetas sobre él es insignificante comparada con el efecto gravitatorio del Sol sobre los planetas. Tendemos a decir que los planetas giran alrededor del Sol, pero sería más preciso afirmar que giran alrededor de un centro gravitatorio común. Sin embargo, debido a la abrumadora masa solar, ese centro gravitatorio se acerca mucho a ser el centro del mismo Sol.

Aunque podríamos haber tropezado con Venus cuando dimos nuestros pasos previos por el espacio, su órbita también lo arrastra a esta región más distante. Venus está a una distancia media algo superior a los 100 millones de kilómetros. Marte y Mercurio efectúan recorridos similares entre la zona anterior y esta, dependiendo de en qué lado del Sol se encuentren con respecto a la Tierra.

Aquí podríamos detenernos y preguntarnos si medir la distancia de objetos remotos desde la Tierra es una actividad sensata. El Sol se declara el centro físico del sistema solar simplemente en virtud del hecho de que contiene casi toda la masa de dicho sistema. En general, el Sol no es muy denso —su densidad media es una vez y media la del agua—, lo que significa que, dada su gran masa, también es grande (su extensión es de unos 1,4 millones de kilómetros de diámetro).

Podríamos continuar midiendo el universo desde la Tierra, pero también empezamos a considerar que ese ordenamiento parece artificioso. El universo resulta ser un lugar donde la materia está en movimiento, y cuando tenemos en cuenta la materia y el movimiento, se pone de manifiesto que los planetas conceden autoridad al Sol. Juzgados por la masa y el movimiento, vemos que Mercurio efectúa la órbita más próxima al Sol, seguido por Venus, la tercera roca que es la Tierra y, más allá, Marte. De forma colectiva, estos son los planetas terrestres. Con el Sol en el centro físico del sistema solar, resulta evidente la relación física que existe entre los diversos cuerpos que forman este sistema.

El cinturón de asteroides es una banda de restos rocosos que quedaron cuando se formaron los planetas terrestres. Separa los planetas que tienen una superficie visible de los planetas gaseosos y comprende una región que se extiende desde unos 270 millones de kilómetros hasta 675 millones de kilómetros de distancia del Sol (o de 1,8 a 4,5 UA). El tamaño de los asteroides varía del de un grano de polvo al del planeta menor Ceres, que tiene 950 kilómetros de diámetro. Existen otros tres trozos grandes de roca, cada uno con cerca de 400 kilómetros de extensión, y juntos estos cuatro cuerpos comprenden la mayor parte de la masa del cinturón. El Sloan Digital Sky Survey, que empezó a escrutar los cielos en el año 2000, ha detectado hasta el momento 600.000 asteroides. Se piensa que habrá fotografiado un millón de ellos para el año 2017.

La órbita de algunos asteroides cruza a veces el camino orbital de la Tierra, en ocasiones en el mismo momento. Como media, las colisiones con asteroides de unos 5 kilómetros de extensión suceden cada diez millones de años, con asteroides de 1 kilómetro de extensión, cada millón de años, y con los que tienen 50 metros de extensión, cada mil años más o menos. Cada año, un asteroide de entre 5 y 10 metros de diámetro hace explosión en la atmósfera superior con una fuerza equivalente a la de la bomba atómica que fue arrojada sobre Hiroshima. Un asteroide de 50 metros de diámetro (o quizá mayor) hizo explosión sobre el valle del río Tunguska, en Siberia, en 1908 y devastó 2.000 kilómetros cuadrados de bosque. El asteroide de 300 metros de longitud 4581 Asclepius esquivó la Tierra por un margen de 700.000 kilómetros el 23 de marzo de 1989, lo que quiere decir que pasó por el lugar exacto donde había estado la Tierra 6 horas antes. Si hubiera colisionado, se calcula que la explosión habría tenido la fuerza de una bomba del tamaño de la de Hiroshima detonada cada segundo durante cincuenta días. Con frecuencia esas colisiones que se evitan por los pelos solo se perciben después de que haya pasado el peligro. Hasta ahora se han detectado 8.000 asteroides potencialmente peligrosos y se cree que hay otros 200. Por mandato del Congreso, la NASA está catalogando todos los objetos cercanos a la Tierra (todo objeto que cruza la órbita terrestre, no solo los asteroides) con dimensiones mayores de 1 kilómetro. El asteroide 1940DA, que tiene 1 kilómetro de longitud, podría colisionar con la Tierra el 16 de marzo de 2880.

El primer planeta gaseoso al que llegamos es también el más grande. Júpiter duplica con creces la masa de todos los restantes planetas juntos. Su distancia media al Sol es algo superior a los 778 millones de kilómetros (o en torno a 5 UA) y es el tercer cuerpo más brillante que podemos ver en el cielo nocturno después de la Luna y Venus.

1.000-10.000 MILLONES DE KILÓMETROS (10¹²-10¹³ METROS)

Saturno es el sexto planeta más alejado del Sol y el segundo más grande después de Júpiter. Su distancia media al Sol es de algo más de 1.400 millones de kilómetros. Ahora nos hallamos tan lejos en el espacio que nuestras medidas entran en la misma franja si las hacemos desde la Tierra que si las hacemos desde el Sol. Medido desde la Tierra, Júpiter se encuentra a una distancia media algo inferior a 1.300 millones de kilómetros.

Urano es el séptimo planeta más alejado, a 2.800 millones de kilómetros de distancia. Es el tercer planeta más grande por tamaño y el cuarto por masa. También es el primer planeta que se descubrió en tiempos modernos. El 13 de marzo de 1781, el astrónomo inglés de origen alemán William Herschel (1738-1822) se percató de que lo que hasta entonces se había identificado como una estrella tenía que ser otra clase de cuerpo celeste. Al principio pensó que era un cometa, pero en 1783 ya estaba claro que había descubierto un nuevo planeta. El sistema solar se expandió por primera vez en la era moderna. Por su descubrimiento, el rey Jorge III concedió a Herschel una pensión anual de 200 libras esterlinas.

Neptuno es el octavo planeta más alejado del Sol, el cuarto mayor en tamaño y el tercero en masa. Su distancia ronda los 4.500 millones de kilómetros.

Nosotros vemos porque la luz del Sol brilla sobre las cosas, pero también podemos «ver» mediante la influencia gravitatoria de un cuerpo sobre otro. En las primeras décadas del siglo XIX, se percibió que la órbita de Urano sufría una perturbación que solo cabía explicar por la presencia de un cuerpo masivo que hasta entonces había pasado inadvertido. Fue esta predicción la que llevó al descubrimiento de Neptuno. La ciencia actúa con frecuencia de este modo: una predicción de que debe existir una entidad con tales y tales características dirige a los científicos hacia dónde tienen que mirar. Si la predicción es acertada, los científicos disponen de más oportunidades para sacar a dicha entidad a la luz del día.

El hecho de que la luz y la gravedad sean los dos medios de descubrir qué hay allá fuera en el espacio sugeriría que existe cierta conexión entre ellas. Descubrir la naturaleza de esa conexión es la historia de la física moderna y un tema de este libro.

Urano y Neptuno se distinguen de los restantes planetas gaseosos por tener proporciones mayores de hielo (hace frío en ellos) y por esta razón se los conoce como los gigantes de hielo.

A todos los objetos del sistema solar que se encuentran más allá de la órbita de Neptuno se los denomina «objetos transneptunianos».

Plutón, del que otrora se consideró que era el planeta más pequeño del sistema solar, ahora se describe como un planeta enano. Posee una órbita excéntrica que lo coloca más cerca del Sol que Neptuno, pero también más allá del recorrido más lejano de la órbita de Neptuno. Descubierto en 1930, Plutón dejó de ser un planeta en agosto de 2006, cuando fue degradado a planeta enano² y se le dio el número 134340, el equivalente astronómico —no se puede evitar pensar— de ser enviado al fondo de la clase. Mientras escribía este texto, la entrada de Plutón en la enciclopedia online Wikipedia quedó bloqueada debido al vandalismo; es probable que los usuarios hayan intentado reclamar su condición planetaria. Su posición se vio socavada por el descubrimiento de Eris, otro planeta enano y objeto transneptuniano. Fue descubierto en 2005 y es más grande que Plutón tanto en diámetro como en masa. Desde el 11 de junio de 2008, Plutón, Eris y otros planetas enanos transneptunianos son llamados «plutoides». Hasta la fecha, Makemake es el único otro planeta enano que también es un plutoide; pero hay al menos otros 41 objetos transneptunianos que pueden acabar alcanzando tal categoría. Makemake fue descubierto en 2005 y su diámetro se aproxima a los tres cuartos del de Plutón.

Muchos objetos transneptunianos se encuentran en una región llamada el cinturón de Kuiper, que se extiende más allá de Neptuno hasta unos 7.500 millones de kilómetros (o 50 UA). El cinturón de Kuiper alberga unos 35.000 cuerpos pequeños del sistema solar con una extensión superior a los 100 kilómetros. Todos los cometas con órbitas de periodo corto viven allí, lo que significa que dichos cometas vuelven a ser vistos tras espacios de tiempo relativamente breves. El cometa Halley es un cometa de periodo corto que regresa cada 75 o 76 años. Los cometas están compuestos de hielo y polvo. Algunos de ellos, como el Halley, presentan órbitas excéntricas que los acercan al Sol. En esos momentos, separados de las profundidades frías del sistema solar, parte del hielo se derretirá por el calor del Sol y se verá desde la Tierra como una cola. Aunque hablamos de la cola de un cometa, no es más que vapor apartado del cometa por una corriente de partículas que emana del Sol, llamada «viento solar». Por consiguiente, la cola siempre apunta en el sentido contrario al Sol, prescindiendo de que el cometa se esté acercando o alejando de él. El cometa Halley se halla a una distancia de 35 UA del Sol cuando está en el punto más lejano de su órbita excéntrica y solo a 0,6 UA cuando está en el punto más cercano.

Se piensa que los objetos del cinturón de Kuiper han permanecido invariables desde los primeros días de vida del sistema solar, por lo que esos cometas se convierten en preciados objetos de investigación. Wild 2, un cometa visitado recientemente por una sonda espacial de la NASA, tiene su origen en el cinturón de Kuiper, pero se ha trasladado a una órbita más próxima a causa de la gravedad de un cuerpo grande en un momento en que el sistema solar era más joven y volátil, lo que le confiere un interés particular, puesto que ahora se encuentra lo bastante cerca como para ser visitado y analizado. Su composición tiene mucho que decirnos sobre las condiciones iniciales del sistema solar.

10.000-100.000 MILLONES DE KILÓMETROS (10¹³-10¹⁴ METROS)

El viaje más allá del cinturón de Kuiper nos lleva a otra región desprovista de objetos físicos grandes. El diminuto Sedna (unos dos tercios del tamaño de Plutón), descubierto en noviembre de 2003 y tres veces más lejano que Plutón, tal vez provenga del cinturón de Kuiper o, puesto que su órbita es tan elíptica, de la nube de Oort (lugar al que todavía no hemos llegado). Sedna se encuentra a una distancia de 13.500 millones de kilómetros y es el objeto más lejano del sistema solar que se ha observado. No resulta sorprendente, dada su distancia al Sol, que también sea, con –240 °C, el objeto más frío del sistema solar. Sedna, cuyo nombre se debe a la diosa inuit del mar, quien vive en las partes más profundas del océano Ártico, se encuentra en la actualidad a solo setenta años de su punto más cercano a la Tierra en su órbita de 11.487 años.

El viento solar arrastra hacia afuera el gas interestelar (restos de hidrógeno y helio que quedan desde los primeros días de vida del universo) para formar una enorme burbuja con un radio mayor que la distancia hasta Sedna. A veces se considera que esta burbuja define los límites del sistema solar. El borde exterior, donde el viento no es tan fuerte como para llevarse el gas, es turbulento y se denomina «heliopausa» (por Helios, el dios griego del Sol).

El objeto de fabricación humana más lejano y que avanza con mayor velocidad en el universo se está aproximando ahora a esta región turbulenta. La sonda espacial de 722 kilogramos llamada Voyager 1 empezó a salir del sistema solar en 2004. Está algo más lejos que Sedna, a una distancia de 14.400 millones de kilómetros, aunque el «algo» es relativo; el Voyager 1 ya ha sobrepasado a Sedna en seis veces la distancia entre la Tierra y el Sol. Abandonó la tierra en 1977 para visitar Júpiter y Saturno.

100.000 MILLONES –1 BILLÓN³ DE KILÓMETROS (10¹⁴-10¹⁵ METROS)

Atravesamos una región más que parece carecer de objetos grandes; o, si no está vacía, los objetos grandes que pueda haber en ella todavía no se han observado. El Sol es la única lámpara del sistema solar. Solo es iluminado lo que cae dentro de su charco de luz. Para encontrar otras fuentes luminosas debemos buscar más lejos, en otras estrellas. El Sol es un nombre especial que damos a nuestra estrella local, pero solo es una de las muchas estrellas, esos cuerpos del universo que brillan.

Vemos otros soles (y conjuntos de soles llamados «galaxias») con más claridad que los bordes de nuestro sistema solar. En algunos aspectos conocemos menos acerca del sistema solar, sobre todo en sus extremos más lejanos, de lo que sabemos sobre el universo en general. Parte del problema actual es cómo arrojar luz sobre esta región del sistema solar cuando la única disponible proviene del Sol. A esta distancia la luz es insuficiente. Tal vez haya objetos ahí, incluso de tamaño considerable, que no somos capaces de ver porque no reflejan la luz solar necesaria para resultar visibles y, además, están demasiado distantes para ser detectados por la gravedad.

Se ha sugerido que la órbita tan excéntrica de Sedna constituye una prueba de que el Sol tiene un compañero tenue. Cuando se forman las estrellas, tienden en su mayoría a hacerlo en parejas, como sistemas binarios, o en grupos de tres. El Sol resultaría inusual (aunque no único) por ser solitario. Pero si, en efecto, forma parte de una pareja binaria, ¿cómo explicamos el hecho de que su estrella compañera todavía no se haya visto? Se ha conjeturado que sí la vemos: que de cuando en cuando empuja a algunos de los cometas distantes a órbitas más próximas. Esta leve influencia gravitatoria no es todavía prueba suficiente para elevar esta conjetura a teoría.

1-10 BILLONES DE KILÓMETROS (10¹⁵-10¹⁶ METROS)

En los confines más lejanos del sistema solar, 50.000 veces la distancia de la Tierra al Sol, mil veces más lejos que los planetas más alejados y en el límite real de la influencia gravitatoria del Sol, se encuentra la nube de Oort, o eso se conjetura. No se cuenta con pruebas directas de su existencia, pero en 1950 el astrónomo holandés Jan Oort se dio cuenta de que no hay cometas que parezcan venir del espacio interestelar, es decir, que orbiten más allá de la influencia gravitatoria del Sol.

Se piensa que la nube de Oort alberga todos los cometas de periodo largo, cuyas órbitas, en algunos casos, pueden tardar millones de años en completarse. Puede que haya más de 1.000 millones o acaso un billón de cometas en la nube. Se denomina nube no solo porque contenga tantos objetos, sino porque orbitan en todos los ángulos concebibles. En el cinturón de Kuiper todos los cometas orbitan en el mismo plano. Resulta curioso que la nube de Oort pueda albergar objetos que otrora estuvieron más cerca del Sol que los cometas que se encuentran en el cinturón de Kuiper, mucho más próximo. La nube de Oort acoge los cuerpos ligeros (y ahora invisibles) que los grandes planetas de gas arrojaron a órbitas más distantes. Los debilísimos efectos del campo gravitatorio combinado del Sol y los planetas apenas los retienen a estas grandes distancias. En los últimos trescientos años se han identificado quinientos cometas de periodo largo.

Al igual que los objetos del cinturón de Kuiper, los cuerpos que constituyen la nube de Oort han permanecido invariables desde que se formó el sistema solar.

Los objetos más alejados del sistema solar se encuentran, convenientemente, a una distancia aproximada de un año luz (10¹⁶ metros es más o menos la distancia que viaja la luz en un año). Si continúa a su ritmo actual de avance de 0,006 % de la velocidad de la luz, el Voyager 1 se hallará a esa distancia dentro de unos mil años.

Si el Sol fuera el único objeto masivo del universo, observaríamos su influencia gravitatoria extendiéndose infinitamente y cada vez más débil; pero a efectos prácticos, a esas distancias y cuando empezamos a avanzar en el ámbito gravitatorio de otros cuerpos masivos, la fuerza del Sol llega a su fin. El año luz es una unidad conocida que mide la distancia, por más que suene como si se tratara de una medida de tiempo. El encanto de la palabra «año luz» reside en que insinúa una conexión entre tiempo y espacio, conexión que resultará más patente a medida que avancemos. Cuando nos asomamos a esta región del sistema solar, que da la casualidad de que no podemos ver, también nos estamos remontando un año en el tiempo.

1-10 AÑOS LUZ O 10-100 BILLONES DE KILÓMETROS (10¹⁶-10¹⁷ METROS)

El siguiente objeto grande con el que nos toparemos es nuestra estrella vecina más cercana, Próxima Centauri, que está a un poco más de cuatro años luz y no puede verse desde la Tierra a simple vista. Al igual que la mayoría de las estrellas tenues con menos de la mitad de masa que el Sol, Próxima Centauri pertenece a un grupo llamado «enanas rojas». Se observó por primera vez desde la Tierra en 1915. Un poco más allá de su posición, a 4,37 años luz, se encuentran las estrellas Alfa Centauri A y B: A es un poco más grande y brillante que el Sol, mientras que B es un poco más pequeña y tenue. Juntas pueden verse desde la Tierra a simple vista, y con el telescopio más pequeño se distinguen con facilidad las dos estrellas. La naturaleza binaria de Alfa Centauri se ha conocido desde hace unos doscientos años; ahora se piensa que Próxima Centauri forma parte del mismo sistema estelar. Las siguientes estrellas más cercanas son la estrella de Barnard (a 5,96 años luz), Wolf 359 (a 7,78 años luz), Lalande 211 85 (a 8,29 años luz), Sirio A y B (a 8,58 años luz), Luyten 726-8 A y B (a 8,78 años luz) y Ross 154 (a 9,64 años luz). La distancia media entre las estrellas de nuestra galaxia ronda los 3,3 años luz, algo menos pero no tan diferente, si nos permitimos cierta indulgencia con el insólito año luz, de la distancia entre nuestro Sol y su vecino más próximo.

10-100 AÑOS LUZ (10¹⁷-10¹⁸ METROS)

Los siguientes sistemas estelares más próximos medidos en años luz son una lista de números: 10,32, 10,52, 10,74, 10,92, 11,27, 11,40, y así sucesivamente. En la esfera de espacio que circunda al Sol hasta 16,31 años luz en cada dirección, se han descubierto hasta ahora cincuenta sistemas estelares. La lista no es definitiva y, sin duda, existen otras estrellas cercanas que no se han descubierto aún. Un programa de investigación que pretende catalogar todos los sistemas estelares más próximos incluye 2.029 sistemas en el contorno que alcanza los 32,6 años luz.

Estas estrellas se encuentran en diversos estadios de sus ciclos vitales. Una estrella con más de la mitad de la masa de nuestro Sol entrará, hacia el final de su vida activa, en una fase en la que aumenta varias veces el tamaño de su núcleo. Sus capas exteriores se dispersan aparatosamente, haciendo que la estrella parezca enorme. Durante esta fase se la denomina gigante roja. Nuestro propio Sol no estará en esta fase hasta dentro de otros 5.000 millones de años más. Arturo es una gigante roja que se encuentra a 36,7 años luz; aunque su masa no llega a ser una vez y media la del Sol, su producción de energía multiplica por 180 la solar, lo que hace que nos parezca la tercera estrella más brillante del cielo.

La estrella 51 Pegasi está a unos 50,1 años luz. En la historia de la humanidad resulta destacable por ser el primer sistema solar, aparte del nuestro, que hemos estudiado. Es una estrella semejante al Sol (aunque algo más antigua) con al menos un planeta girando a su alrededor. Desde el descubrimiento de este planeta en 1995, se han encontrado unos 3700 «exoplanetas» confirmados. Se piensa que en torno a una de cada catorce estrellas es el centro de un sistema planetario. Úpsilon Andromedae es un sistema estelar triple a 44 años luz que tiene múltiples planetas en órbita alrededor de la estrella principal.

Aldebarán (o Alfa Tauri) es otra gigante roja situada a 65 años luz. Tiene 38 veces el diámetro del Sol y es 150 veces más brillante; se ve desde la Tierra como la decimocuarta estrella más brillante del cielo. Gacrux (o Gamma Crucis) es una gigante roja a 88 años luz.

Para llegar a todos estos objetos grandes, tendríamos que poner rumbo hacia muchas direcciones diferentes. Distinguimos estos posibles viajes distintos haciendo referencia a las constelaciones que vemos en el cielo nocturno desde la Tierra. Las constelaciones son grupos arbitrarios de estrellas a las que se han dado nombres variados y se han concebido de manera diferente en las diversas culturas y épocas de la historia. Hoy, por ejemplo, decimos que la estrella 51 Pegasi está en Pegaso, con lo que entendemos que podríamos llegar a 51 Pegasi si nos encamináramos en la dirección de esa parcela del cielo donde otrora dibujábamos entre las estrellas la forma de un caballo alado. Aldebarán está en Tauro, lo que quiere decir que se encuentra en esa dirección general donde los antiguos veían un toro. Las constelaciones son brújulas y, como todas las brújulas, no nos dicen nada acerca de la distancia a los objetos a los que apuntan. Las constelaciones están compuestas por un número de objetos brillantes, cada uno de los cuales puede estar a una distancia bastante diferente del otro. Son brújulas extrañas, formadas por las mismas cosas a las que señalan. Extrañas también porque son proteicas: a lo largo de periodos más extensos de los que la historia humana ha presenciado, los patrones creados por estas estrellas cambian. Desde nuestra perspectiva humana, las estrellas parecen no moverse. Pero sí se mueven, y solo se antojan inmóviles porque están muy lejos. Nosotros nos movemos a un ritmo diferente.

100-1.000 AÑOS LUZ (10¹⁸-10¹⁹ METROS)

Betelgeuse es una supergigante roja con un nombre peculiar. Una supergigante roja es como una gigante roja pero mayor. Betelgeuse tiene quince veces la masa de nuestro Sol, pero su volumen es 40 millones de veces mayor. Se encuentra a unos 427 años luz, su diámetro es cuatro veces la distancia entre la Tierra y el Sol (4 UA) y se trata de una de las estrellas más grandes del cielo. También es la novena más brillante. El nombre de Betelgeuse proviene de un vocablo árabe cuyo significado es discutido. Podría ser la palabra que describe a una oveja negra con una mancha blanca en medio del lomo. Podría ser yad al-jauza, que significa «la mano de Jauza», que fue traducido al latín como Bedalgeuze. En el Renacimiento se pensó que la palabra era bait al-jauza, o «axila de Jauza», por lo que se cambió la traducción al latín como Betelgeuse.

El material que rodea el núcleo de la estrella acabará dispersándose. Es posible que el núcleo haga explosión, esto es, que se convierta en una supernova, aunque hay división de opiniones acerca de si llegará a suceder. Si es así, Betelgeuse pasará a ser tan luminiscente como la Luna durante varios meses. Algunas fuentes afirman que puede que ya haya explotado, pero todavía no lo sabemos; la luz de esa explosión tardará 427 años en llegar hasta aquí.

1.000-10.000 AÑOS LUZ (10¹⁹-10²⁰ METROS)

La Nebulosa de Orión, o M42, es una delgada nube de polvo y gas que se encuentra a 1.500 años luz, donde se están formando miles de estrellas a partir de los restos dejados por la explosión —como supernovas— de generaciones de estrellas anteriores. Tiene una extensión de 30 años luz y es la región de formación de estrellas más próxima a nuestra galaxia. «Nebulosa» proviene de la palabra latina para niebla, mientras que M42 significa «objeto Messier 42». Charles Messier fue un astrónomo francés del siglo XVIII, conocido por catalogar el cielo nocturno. Su lista de cuerpos astronómicos que cataloga del M1 al M103, junto con siete adiciones posteriores, se sigue empleando en la actualidad.

Las supergigantes grandes se denominan hipergigantes. VY Canis Majoris es una hipergigante situada a 5.000 años luz. Su diámetro es más del doble que el de Betelgeuse (y entre 1.800 y 2.100 veces superior al del Sol), lo que la convierte en la mayor (pero no la más masiva) de todas las estrellas conocidas.

M1 es la Nebulosa del Cangrejo y se encuentra a 6.300 años luz. A diferencia de la nebulosa de Orión, se trata de una nube formada por la explosión de una sola estrella (lo que Betelgeuse podría llegar a ser). En 1054 a. C., año en que la observaron por primera vez astrónomos chinos y árabes, parecía una estrella más brillante que las demás en el cielo. En el momento de la explosión, una supernova puede opacar a la galaxia que la alberga durante varias semanas y emitir más energía que el Sol en sus 10.000 millones de años de vida. Hoy, esta supernova se ve como una nube con una extensión de 6 años luz. El tercer conde de Rosse, William Parsons, fue quien le dio el nombre de «Nebulosa del Cangrejo». En 1844 dibujó lo que le pareció un cangrejo cuando observó la nebulosa a través de su telescopio. Cuando volvió a mirar en 1848 a través de un telescopio mayor, se dio cuenta de que en realidad no tenía la forma de un cangrejo, pero para entonces el nombre ya se había fijado. En 1968 se descubrió la estrella de neutrones de su centro, resto de la estrella original que colapsó para formar un cuerpo muy denso con un diámetro de solo 30 kilómetros. La estrella neutrónica está compuesta en su mayoría por neutrones, una partícula subatómica que se encuentra en el núcleo de la mayoría de los átomos, densamente comprimidos. Un trozo de esta materia del tamaño de un terrón de azúcar pesa 100 millones de toneladas. Esta estrella de neutrones particular gira sobre su eje treinta veces por segundo y emite radiación en todas las partes del espectro, desde ondas de radio hasta radiación gamma. Una estrella de neutrones que gira se denomina «púlsar», y la estrella neutrónica del centro de la Nebulosa del Cangrejo fue el primer púlsar que se observó. Los púlsares poseen los campos magnéticos más fuertes del universo, unos 100.000 millones de veces más fuertes que el de la Tierra.

La Nebulosa del Bumerán es una de las más peculiares descubiertas hasta el momento. Se encuentra a una distancia de 5.000 años luz y con sus –272 °C es el lugar más frío del universo, justo un grado por encima de la temperatura más fría posible. Puesto que la temperatura es una medida del movimiento medio de un grupo de moléculas, la temperatura más fría se alcanza cuando las moléculas poseen el menor movimiento. En el cero absoluto (–273 °C), temperatura teórica que no puede alcanzarse, las moléculas ya no se moverían. Según la física cuántica, es imposible que las moléculas estén en reposo completo.

El motivo por el que la nube de gas que rodea la estrella del centro de la Nebulosa del Bumerán es tan fría no se comprende del todo. Parece que hay un modo muy singular por el que se expulsa de la estrella monóxido de carbono en forma de viento muy frío que reduce la temperatura circundante. La nebulosa fue descubierta en 1998 por el telescopio espacial Hubble.

10.000-100.000 AÑOS LUZ (10²⁰-1021 METROS)

SN1604 o la supernova de Kepler resultó de repente visible para varios observadores terrestres el 9 de octubre de 1604. Recibe su nombre del gran astrónomo alemán Johannes Kepler (1571-1630), quien fue uno de sus primeros observadores. La supernova de Kepler se encuentra a 13.000 años luz y es la supernova de nuestra galaxia que se ha observado en fecha más reciente. Entonces su brillo fue durante varias semanas semejante al de Venus. La luz brillante que registraron esos primeros observadores había viajado durante trece mil años hasta llegar a ellos;⁴ en cambio, la luz de Venus solo tarda unos minutos en llegar hasta nosotros. Cuando miramos el cielo nocturno, registramos la impresión de lo que hay y nos sentimos inclinados a pensar que eso es lo que hay ahora, en este momento. No obstante, ese ahora está compuesto de muchos ahoras, superpuestos para componer lo que tomamos por un registro de un hecho en la vida del universo y no como una experiencia subjetiva. Dónde está el ahora en el universo no resulta más patente que dónde se encuentra su centro.

La galaxia enana de Canis Major (que se encuentra en la dirección de la constelación llamada Canis Major) contiene 1.000 millones de estrellas (pocas para una galaxia) y es nuestra galaxia vecina más próxima. Es una galaxia satélite que se mantiene dentro de los confines de nuestra galaxia mucho mayor (como un planeta es mantenido por el Sol dentro del sistema solar). Fue descubierta en fecha reciente, noviembre de 2003. A veces cuesta ver lo que, en términos astronómicos, tenemos delante. Puede resultar difícil determinar la forma y el contenido de nuestra propia galaxia (que hemos denominado Vía Láctea) dado que estamos en ella y, por tanto, no contamos con una ventajosa posición exterior. Un problema similar pero más inextricable surge en referencia al universo en su conjunto, desde el que no existe posición ventajosa exterior, salvo quizá en la imaginación humana.

La enana de Canis Major se encuentra a unos 42.000 años luz del centro de gravedad de la Vía Láctea, pero está a 25.000 años luz del sistema solar. Que sea nuestra galaxia vecina más cercana solo nos interesa a nosotros.

En este punto, podemos empezar a ver que tiene más sentido realizar nuestras mediciones desde el centro de gravedad de nuestra galaxia que hacerlo desde el Sol (centro de gravedad del sistema solar). Una descripción material de la realidad contempla el universo como un ordenamiento de objetos masivos que se mueven unos respecto a los otros. La razón simple y llana de que cambiemos de perspectiva es la evidencia física de que las estrellas de nuestra galaxia se mueven alrededor de su centro de gravedad. Y desde esta nueva perspectiva resulta patente que el centro de la galaxia es más privilegiado que el centro del sistema solar. Podemos describir los contenidos de la Vía Láctea y la posición de las galaxias vecinas desde la posición ventajosa de nuestro sistema solar, pero la forma más elegante de describir la conformación del universo es como el movimiento alrededor de centros de gravedad comunes de estructuras cada vez mayores. Los planetas giran alrededor del Sol; el Sol se traslada alrededor del centro de gravedad de la galaxia. Comenzamos a ver que nuestro viaje por el espacio es la búsqueda de esas estructuras cada vez mayores. En una descripción material del mundo, domina la materia.

Las galaxias suelen abarcar una extensión de 10.000 años luz, aunque la Vía Láctea supera entre ocho y diez veces la media. Las galaxias enanas vinculadas gravitatoriamente a otras mayores, como ha hecho la enana de Canis Major con la nuestra, podrían alcanzar solo una extensión de decenas de años luz.

Se piensa que el sistema solar se encuentra a 26.000 años luz del centro de la Vía Láctea. El cálculo de esta distancia ha cambiado de forma considerable en los años recientes, revisado hacia abajo a partir de unos 35.000 años luz. No solo no nos hallamos en el centro del sistema solar, sino tampoco en el centro de la galaxia. En realidad, estamos ligeramente más cerca de la galaxia satélite enana de Canis Major que del centro de nuestra propia galaxia.

Puesto que en el centro de nuestra galaxia hay un agujero negro llamado Sagitario A, está muy bien que nos hallemos a cierta distancia. El misterio de la existencia de los agujeros negros los ha convertido en entidades curiosamente románticas. Se trata de concentraciones de materia tan densas que ni siquiera la luz puede escapar de ellas: son en lo que se convertiría una estrella de neutrones si fuera más densa. Es bien sabido que un cohete debe adquirir cierta velocidad para escapar de la atracción gravitatoria de la Tierra, esto es, alcanzar la velocidad de escape de la Tierra. La luz viaja tan deprisa —de hecho, a la velocidad más rápida posible según las leyes de la naturaleza tal como las entendemos en la actualidad— que un cuerpo debe ser increíblemente masivo (y, por tanto, su campo gravitatorio increíblemente fuerte) para que su velocidad de escape exceda la velocidad de la luz. Los agujeros negros lo son, y la luz no puede escapar de ellos.

Se piensa que Sagitario A, cuya existencia como agujero negro se aceptó de manera generalizada en 1996, es tres millones de veces más masivo que el Sol. En la actualidad se cree que puede haber un agujero negro en el centro de la mayoría, si no de todas, las galaxias.

Los cálculos del número de estrellas que hay en la Vía Láctea varían entre 200.000 y 400.000 millones. Si la mayoría de ellas son más pequeñas que el Sol, como es ampliamente aceptado, el cálculo más elevado parece probable. Nuestra galaxia es un disco aplanado en rotación, con un diámetro de 100.000 años luz (y con un grosor medio de 1.000 años luz), compuesto de espirales de estrellas, polvo y gas, rodeadas por una esfera de estrellas de mayor tamaño y menor densidad de población, llamado «halo». Los brazos espirales dibujan la misma forma espiral que vemos en las conchas de los nautilos y en los ciclones. Ahí es donde se encuentran las estrellas jóvenes, calientes y brillantes (y donde estamos nosotros). Hay cuatro brazos espirales importantes: Perseo, Sagitario (sin conexión con el agujero negro Sagitario A), Centauro y Cisne. El sistema solar se encuentra en un pequeño brazo llamado «brazo de Orión», que está entre el brazo exterior de Perseo y el interior de Sagitario. Puede que Orión sea incluso un segmento del brazo de Perseo. Dentro de estos brazos espirales de gas —escasamente poblados con estrellas jóvenes como nuestro Sol, llamadas estrellas de población I—, ocurre la mayoría de la actividad formativa actual de la Vía Láctea.

En el centro de este disco hay una zona densamente poblada con estrellas viejas, de una extensión de 10.000 años luz y un grosor de 3.000 años luz. Esta zona central fue descubierta en 2005 y también está compuesta en su mayoría por estrellas viejas, ya sean gigantes rojas o las pequeñas estrellas mortecinas llamadas enanas rojas.

100.000-1.000.000 DE AÑOS LUZ (10²¹-10²² METROS)

Envolviendo el disco espiral se encuentra una esfera enorme, o halo, con un diámetro de 200.000 años luz o más. El halo está escasamente poblado con más estrellas viejas, algunas de las cuales se han congregado en cúmulos globulares y es una región en la que no se forman nuevas estrellas. En la Vía Láctea existen unos 150 cúmulos globulares y se piensa que quedan más por descubrir, tal vez entre diez y veinte más. Cada cúmulo globular contiene cientos de miles de estrellas. Los cúmulos orbitan el centro de gravedad de la galaxia a distancias enormes, por encima de los 100.000 años luz.

Hay varias galaxias enanas, como la enana de Canis Major, que han quedado ligadas a nuestra galaxia. La mayor de todas es la Gran Nube de Magallanes, visible solo en el hemisferio sur y cuyo nombre proviene del explorador portugués Fernando de Magallanes (1480-1521). Él la observó en su famoso viaje de 1519, la primera vez que un europeo cruzó el Pacífico dirigiéndose hacia el oeste. La Gran Nube de Magallanes también había sido observada por el explorador italiano Américo Vespucio (1454-1512) durante un viaje realizado unos años antes; y cientos de años antes, el astrónomo persa Abderramán al Sufí escribe de ella en su Libro de las estrellas fijas (c. 964 d. C.), donde la denomina Buey Blanco. La Gran Nube de Magallanes se encuentra a 179.000 años luz y está compuesta por unos 10.000 millones de estrellas. Presenta en torno a la mitad del diámetro de una galaxia media (o la vigésima parte del diámetro de nuestra galaxia atípicamente grande).

Aunque se encuentra unida a nuestra galaxia, la Gran Nube de Magallanes está destinada a ser engullida por Andrómeda, la galaxia vecina más cercana que es independiente de nosotros en cuanto a gravitación. La galaxia enana de Canis Major, por su parte, se halla en proceso de ser engullida por la Vía Láctea.

El 24 de febrero de 1987 una supernova hizo explosión en la Gran Nube de Magallanes. Fue la supernova más próxima observada desde la de Kepler de 1604.

También existe una Pequeña Nube de Magallanes, otra galaxia enana. Contiene menos de 1.000 millones de estrellas y se encuentra a una distancia de 210.000 años luz.

Tal vez haya llegado el momento de advertir que el universo descrito hasta ahora es de interés cultural local. Los alienígenas contarían con sus propios recorridos turísticos intergalácticos en los que, por ejemplo, la Gran Nube de Magallanes casi con certeza no figuraría.

1-10 MILLONES DE AÑOS LUZ (10²²-10²³ METROS)

La galaxia de Barnard, otra galaxia enana unida gravitatoriamente a la nuestra, se encuentra a una distancia de 1,6 millones de años luz y tiene un diámetro de 200 años luz. Es una de las galaxias más fáciles de ver a través del telescopio y fue descubierta en 1881, aunque por aquel entonces no se la reconoció como galaxia. En ese momento, y hasta la década de 1920, se pensaba que había una única galaxia, que el conjunto del universo era la Vía Láctea.

A una distancia de 2,5 millones de años luz nos encontramos con Andrómeda (M31), nuestra galaxia grande vecina más cercana. Duplica el tamaño incluso de nuestra galaxia inusualmente grande. Tanto Andrómeda como la Vía Láctea poseen catorce galaxias satélites conocidas. Andrómeda es una galaxia espiral como la nuestra. No todas las galaxias están compuestas por brazos espirales; algunas son elípticas, medidas en una escala de E0 a E8, siendo las galaxias E0 las más circulares y las E8, las más elípticas. Toda galaxia que no pueda caracterizarse como espiral o elíptica se denomina «galaxia peculiar». Todavía no se sabe cómo se han formado las galaxias elípticas y peculiares más antiguas, tal vez como resultado de la colisión de galaxias espirales.

Andrómeda es el objeto más lejano que podemos ver a simple vista. Parece una estrella mortecina.

10-100 MILLONES DE AÑOS LUZ (10²³-10²⁴ METROS)

La gravedad atrae a las galaxias entre sí, del mismo modo que, en tamaños menores, atrae a los planetas alrededor del Sol o a las manzanas a la Tierra. La Vía Láctea pertenece a un pequeño conjunto de galaxias unidas gravitatoriamente y llamado «Grupo Local». Tiene una extensión de 10 millones de años luz y está compuesto por unas cuarenta galaxias, algunas de ellas muy pequeñas, como las galaxias satélites de Canis Major, la de Barnard y la enana elíptica de Sagitario. Las galaxias mayores del grupo son con creces la nuestra y Andrómeda; después, a cierta distancia por detrás, se encuentra otra galaxia llamada del Triángulo.

Aunque se dice que la Vía Láctea y Andrómeda son gravitatoriamente independientes, es una cuestión de grado. El destino de las galaxias enanas parece estar sellado: se predice que serán engullidas y desgarradas por sus anfitrionas o por sus galaxias vecinas más grandes. El destino de Andrómeda y de la Vía Láctea está predicho de forma similar, pero tenemos que contemplar una extensión de tiempo mayor. Estas dos galaxias masivas, que giran alrededor de su centro gravitatorio común, son como dos luchadores frente a frente. En tres millones de años chocarán una con otra, lo que será el comienzo de un proceso que puede tardar varios millones de años hasta que los agujeros negros de sus centros se reúnan para crear un agujero negro de tamaño extragrande en el centro de una galaxia extragrande. La galaxia combinada puede acabar cambiando de forma y convertirse en una galaxia elíptica.

El cúmulo de galaxias vecino más cercano al nuestro es el de Virgo, a unos 60 millones de años luz desde el centro del Grupo Local. Es tan grande —comprende tal vez hasta 2.500 galaxias— que atrae al Grupo Local gravitatoriamente.

Para nosotros, que hacemos este viaje particular, el centro de la Vía Láctea ha cedido el paso al centro del Grupo Local que, a su vez, cede el paso al centro de gravedad entre el Grupo Local y el cúmulo de Virgo. La búsqueda del centro del universo sigue avanzando.

100-1.000 MILLONES DE AÑOS LUZ (10²⁴-10²⁵ METROS)

Los cúmulos de galaxias, como el Grupo Local y el cúmulo de Virgo, se agrupan para crear supercúmulos: cúmulos de cúmulos de galaxias. El Grupo Local pertenece al supercúmulo de galaxias de Virgo (que no debe confundirse con el cúmulo de Virgo) y está compuesto por 2.500 galaxias brillantes; esto es, podemos verlas, y tal vez haya más. Hay en torno a cien cúmulos de galaxias en el supercúmulo de Virgo, salpicados en una región que comprende una extensión de 200 millones de años luz. El Grupo Local se ubica en uno de los bordes exteriores. Debido a su tamaño, y de ahí a su influencia gravitatoria, el cúmulo de Virgo está cerca de su centro. Cada vez resulta más claro que nosotros no nos hallamos en el centro de nada, a menos que el «nosotros» aumente más su cariz global.

Nuestro supercúmulo vecino más cercano es el Hidra-Centauro, a una distancia entre 100 y 200 millones de años luz. El supercúmulo de Coma, que es otro de los cercanos, se encuentra a unos 300 millones de años luz. Se piensa que existen diez millones de supercúmulos en el universo y apenas galaxias entre ellos.

El supercúmulo de Coma se halla en el centro de la segunda estructura más grande descubierta hasta el momento en el universo, la Gran Muralla, observada en 1989. Se trata de una cadena de galaxias reunidas en supercúmulos que se encuentra a una distancia de unos 200 millones de años luz y se piensa que tiene una longitud de unos 600 millones de años luz, aunque podría ser más larga. Su anchura es de 300 millones de años luz, pero su grosor es de solo 15 millones de años luz.

1.000-10.000 MILLONES DE AÑOS LUZ (10²⁵-10²⁶ METROS)

El objeto más grande hallado hasta ahora en el universo se denomina Gran Muralla de Sloan y fue descubierto el 20 de octubre de 2003 a partir de los datos reunidos por el Sloan Digital Sky Survey. Es un filamento de supercúmulos y cúmulos de galaxias que se encuentra a una distancia aproximada de 1.000 millones de años luz y presenta una longitud de casi 1.500 millones de años luz. Se necesitarían 250.000.000.000.000.000 de reproducciones de la Gran Muralla china colocadas de principio a fin para abarcar tal distancia. No existe acuerdo general acerca de que la Gran Muralla de Sloan sea una estructura verdadera puesto que sus partes no están unidas entre sí por la gravedad.

El Sloan Digital Sky Survey⁵ fotografió 200 millones de objetos celestiales en sus primeros cinco años de funcionamiento. Se espera que en 2020 ya se habrán fotografiado 200.000 millones de objetos.

MÁS DE 10.000 MILLONES DE AÑOS LUZ (MÁS DE 10²⁶ METROS)

El objeto más lejano que podemos ver es un cuásar (castellanización del acrónimo inglés quasar, de quasi-stellar radio source, «fuente de radio cuasiestelar») que se encuentra a unos 13.000 millones de años luz. Los cuásares son los cuerpos más antiguos conocidos del universo y algunos de ellos son los más brillantes y masivos, opacando a billones de estrellas. Un cuásar es un halo de materia que rodea a un agujero negro y es atraída por él. Mientras haya materia en sus proximidades, un agujero negro aumentará de tamaño hasta que haya limpiado toda su zona de influencia gravitatoria. Como consume materia en este estadio de cuásar activo, brillará intensamente. De hecho, los cuásares son agujeros negros rotantes que se están alimentando de materia, motivo por el que no solo no son negros, sino muy brillantes.

Así pues, aquí está nuestro universo: entre 30.000 y 50.000 millones de billones (entre 3 × 10²² y 5 × 10²²) de estrellas dispuestas en unas 80.000 a 140.000 millones de galaxias. A su vez, estos millones de galaxias están ordenadas en cúmulos, en cúmulos de cúmulos llamados «supercúmulos» y en filamentos de supercúmulos como la Gran Muralla. Un niño precoz escribiría su dirección como sigue: Tierra, sistema solar, brazo de Orión, Vía Láctea, Grupo Local, supercúmulo de Virgo. Si el universo no es más que todo esto —una colección opresiva de estrellas dispuestas en unas pocas estructuras—, tal vez cabría aceptar su exorbitante tamaño como compensación por nuestra complejidad. Sin embargo, ¿se puede afirmar que hemos llegado lo más lejos posible? ¿Cómo vamos a explicar nuestra presencia entre estas estructuras de estrellas? Y si estas son las estructuras más grandes del universo, ¿qué hay más allá de ellas? Hemos llegado a lo que parece ser el borde del universo sin obtener una comprensión más clara de cómo el universo puede tener bordes. No podemos quedarnos ahí.

3

Medida por medida

Espacio y tiempo parecen tener una existencia precaria en las mentes de los denominados pueblos primitivos, solo fortalecida con la idea de la medida.

CARL JUNG,

Sincronicidad

Es evidente que el universo no ha sido medido por exploradores provistos de reglas. La humanidad apenas ha pisado el espacio exterior, en términos astronómicos. Lo que sabemos del universo nos ha llegado en su mayoría desde allá fuera. No somos nosotros los que hemos ido al universo, sino el universo el que ha venido a nosotros en forma de luz.

Creemos que el universo es como lo describimos porque creemos en los medios con los que medimos y describimos, y porque creemos que la realidad que hay allá fuera está en consonancia con la realidad tal como la hemos encontrado aquí en la Tierra. Creemos en el método científico. Pero ¿qué es el método científico y qué es lo que hacemos en realidad al efectuar una medida?

Desde los primeros tiempos, la humanidad ha intentado medir el tiempo y el espacio. Vemos el mundo compuesto de cosas separadas que están conectadas temporal y espacialmente. El mundo son cosas que se mueven. Este es nuestro punto de partida, no algo que tenemos que descubrir acerca del mundo, sino cómo creemos de manera irrefutable que es realmente el mundo. Algunas formas orientales de pensamiento nos dicen que lo cierto es lo contrario: que no hay cosas en absoluto, solo una unidad indivisible de fenómenos integrados, pero cuesta llegar a tal impresión de la realidad y es casi tan rara como los budas. No parece que sea nuestra respuesta natural al mundo. De lo que estamos seguros —tan seguros como estamos de la existencia de nuestro propio ser (otra ilusión, afirman los filósofos y los místicos)— es de que el espacio se extiende (y hay cosas diversas en él) y de que el tiempo transcurre (permitiendo a las cosas reaparecer en partes diferentes del espacio). Para la mayoría de nosotros, que trabajamos para vivir y carecemos del ocio necesario para reflexionar acerca de que tal vez no existamos, el mundo externo se nos viene encima abrumadoramente formulado en espacio y tiempo. Puede que el ser sea una invención de la imaginación, como afirmó el filósofo escocés del siglo XVIII David Hume (1711-1776), y el tiempo y el espacio, una ilusión, como sostuvo el filósofo alemán casi contemporáneo suyo Immanuel Kant (1721-1804), pero vivir en el mundo material es vivir como lo hizo el doctor Johnson:¹ cuando vemos una roca, sabemos que podemos darle una patada.

Aunque el tiempo y el espacio nos abrumen, definir qué entendemos por uno u otro resulta aún más problemático.

Cabe imaginar, puesto que es una noción de la que todavía no acabamos de librarnos por completo, que cuando la humanidad se puso por primera vez a medir el mundo, dio por sentado que se hallaba en el centro de todas las cosas. Podríamos culpar al ego, o podríamos achacarlo al hecho de que miramos al mundo desde aquí, desde donde «yo estoy», lo que quizá explique por qué el egocentrismo parece ser nuestra condición natural. Apenas sorprende entonces que kilómetros, metros y centímetros, o millas, yardas y pulgadas, o cualquiera de las unidades de medida previas, se adapten de manera particular a la vida en la Tierra, puesto que se eligieron para referirse al cuerpo humano y a las actividades de los cuerpos humanos en el mundo, cuando por mundo se entendía la Tierra. La palabra «pie» habla por sí misma. El origen de «yarda» es desconocido, aunque una explicación popular asevera que se trata de la distancia entre la nariz y el dedo gordo de la mano (con el brazo extendido) del rey inglés Enrique I (1068-1135). Pero asimismo podría haber sido, como también se propone, la medida de una cintura o una zancada, o dos veces una antigua medida llamada «codo». El jeroglífico egipcio para codo se representa como un antebrazo humano, que es como se definía esta medida de longitud. Se dice que el «ana», medida usada antiguamente por los sastres, comenzó como la longitud del brazo medido desde el hombro hasta la muñeca. La medida ana tiene longitudes diferentes dependiendo de si es inglesa, escocesa, flamenca o polaca.

La mayoría de las unidades de medida se crearon en principio en función de los seres humanos, motivo por el cual podemos advertir cuándo la temperatura cambia un par de grados, sentir la diferencia de unos cuantos gramos por centímetro cuadrado de presión atmosférica en el tímpano, sostener con comodidad 1 o 2 kilos de peso con una sola mano, y así sucesivamente. Pero desde el momento en que la humanidad empezó a medir, la medida se convirtió en un problema que necesitaba solución. ¿Cómo íbamos a ponernos de acuerdo en que cuando tomamos una medida efectuamos la misma medición? Hoy el problema es mucho menos evidente. Cuando medimos la longitud, sabemos lo que es 1 metro, aunque nos cueste definirlo. En realidad, definirlo se convierte en un problema inextricable, estrechamente relacionado con nuestra incapacidad para definir lo que son el tiempo y el espacio.

Las civilizaciones antiguas, por supuesto, no usaron el metro ni la yarda, pero el problema continúa siendo el mismo. Un bloque de mármol negro descubierto en Egipto que tiene un codo de largo y se remonta al año 2500 a. C. parece ser prueba de una medida estándar primitiva, la primera unidad conocida que se empleó para medir la longitud. Ese bloque de piedra existía para probar que había acuerdo local sobre cómo debía realizarse la medición de la longitud, y probablemente se utilizaba como referencia a una autoridad final para certificar que todos los codos significaban lo mismo. Con un fin semejante, el rey Eduardo I (1239-1307) se aseguró de que todas las ciudades inglesas poseyeran una medida oficial llamada ellwand (alna, vara de medir común), también conocida como Cinturón de Orión. Aceptar una medida nos permite pasar de «Yo estoy aquí. Estoy en el centro. Yo soy la autoridad en todas las cosas» a «Nosotros estamos aquí. Estamos en el centro de todas las cosas. Somos la autoridad en todas las cosas», lo que al menos supone dar un paso que nos aleja del egocentrismo.

La humanidad no llegó a ningún acuerdo global sobre los sistemas de medida durante miles de años. Ha habido incontables medidas diferentes en las muchas culturas y nacionalidades distintas para infinidad de tipos diversos de sustancias, del oro a las manzanas. Inglaterra no hizo intento alguno de unificar sus medidas diferentes hasta el siglo XIII. Hasta 1824 todavía había tres galones distintos para medir la cerveza, el vino y el grano. La pulgada tuvo una medida diferente en Estados Unidos y en Inglaterra hasta fecha tan reciente como julio de 1959, cuando se aceptó que era igual a 2,54 centímetros, si bien ninguno de los dos países llegó tan lejos como para adoptar el sistema métrico.

Al menos los científicos han convenido que cuando miden la distancia, lo hacen en metros. De cuando en cuando alguno se olvida, como sucedió en 1998 cuando el Mars Climate Explorer chocó con la superficie del planeta porque una fuente externa proporcionó a la NASA una medida de la posición del aparato en millas en lugar de kilómetros, error que costó 125 millones de dólares.

El primer intento de definir el metro se realizó en Francia en 1793, cuando se concretó que era la diezmillonésima parte del segmento de la circunferencia terrestre que va del ecuador al polo norte, vía París.² Hasta el lector con menor inclinación científica encontraría esta definición sospechosamente tendenciosa.

En última instancia, la ciencia busca descripciones que se puedan aceptar en todo el universo, no solo en todo el mundo. La ciencia se basa en la creencia de que, prescindiendo del lugar del universo en que nos hallemos, la realidad que percibimos, pensemos lo que pensemos de ella, es la misma. Los antiguos no partían de este supuesto: para ellos la realidad estaba dividida en diferentes esferas de influencia. El mundo que incluía la Tierra y se extendía hasta la Luna (el mundo sublunar) tenía una realidad completamente diferente de la de los cielos de más allá: regían leyes de la naturaleza diferentes. La ciencia moderna opera en la creencia de que existe una realidad indivisible que es universalmente constante. Es imperativo que cuando nosotros, como científicos, intentemos describir esta realidad midiendo las cosas que hay en ella, estemos todos de acuerdo en con qué las estamos midiendo.

Este «nosotros» que describe el universo es un extraño grupo global. Nosotros los terrícolas todavía no hemos viajado lejos de casa, ni sabemos si somos o no los únicos seres del universo que se han embarcado en tal descripción de la naturaleza, pero la ciencia cree que existe una perspectiva universal. Imagina que los humanos llegarán algún día a los confines más lejanos del universo o que allí ya existen otras formas de vida —alienígenas capaces de describir el mundo como lo perciben fuera de sí mismos— que han acometido la misma empresa científica que los terrícolas. No es de extrañar que a los científicos les interesen particularmente los alienígenas y la ciencia ficción. La idea de los alienígenas es casi tan importante como su existencia real. Los científicos necesitan una perspectiva alienígena a fin de asegurarse de que se elimina el sesgo humano. No obstante, cuál podría ser esa perspectiva y qué otras formas podría asumir la vida están limitadas por nuestra capacidad humana de concebirlas.

Si hay alienígenas allá fuera midiendo la realidad con una vara, nos convenceremos de que el modo como definimos la longitud es universal. Si no contamos con ese acuerdo universal, siempre existirá la posibilidad de que cuando un alienígena describe la realidad, esté describiendo algo muy diferente de nuestra realidad. Y entonces, ¿quién va a decir cuál es la verdadera realidad?

La definición de 1793 del metro ni siquiera es global —ser parisino conlleva un privilegio—, y ya no digamos universal. Incluso si pudiéramos convencer a todas las formas de vida del universo para que aceptaran que esa fracción particular de la circunferencia terrestre que pasa por París es el modo como definimos nuestra unidad de medida, solo lo haríamos afirmando nuestra autoridad, para lo cual probablemente habría que acabar recurriendo a la guerra.

De todos modos, esta primera definición francesa resultó un fracaso, y por una razón más prosaica. No tomaba en cuenta el achatamiento de la Tierra debido a su rotación. El primer prototipo del metro, realizado en 1874, se quedó corto por 0,22 milímetros. Este descuido apunta a un problema más profundo: incluso si por aquel entonces hubiéramos tenido en cuenta el achatamiento de la Tierra, dicho achatamiento cambia lentamente con el paso del tiempo. Si de uno u otro modo hubiéramos logrado convencer a todos los seres del universo para que adoptaran la definición parisina de 1 metro, tampoco habría sido universal a lo largo del tiempo, por más que consiguiera serlo a lo largo del espacio.

Se creó un nuevo prototipo en 1889 y se otorgó una nueva definición al metro en 1927, y de nuevo en 1960, cuando se detalló como 1.650.763,74 veces la longitud de onda de la raya rojo-anaranjada del espectro del criptón 86 medido en el vacío. Por muy precisa que sea tal definición, resulta de lo más arbitraria y engorrosa. Si creemos realmente que el universo es un lugar regido por leyes elegantes, lo que, en efecto, constituye la curiosa fe que tenemos en la matemática que sostiene todas nuestras descripciones científicas del mundo, entonces no es probable que nos sintamos satisfechos con que una definición de algo tan importante como la unidad que mide todo el espacio y el tamaño de todo lo que hay en él sea tan fea. Desde 1983 se ha definido el metro como la distancia que viaja la luz en el vacío en 1/299.792.495 de segundo, lo que apenas parece más convincente. Y, sin embargo, esta definición al menos puede reivindicar al fin que es universal.

De momento, creemos que la velocidad de la luz es la misma se mida donde se mida en el universo. Depositando nuestra fe en esta constancia, nos sentimos seguros de que cuando usamos una vara de medir definida por la velocidad de la luz, todos podemos estar de acuerdo (a lo largo del universo, prescindiendo de quiénes seamos o dónde nos encontremos) en que cualquier medida que realicemos será la misma medida.

Cabe admitir que no es probable que las formas de vida alienígenas hayan escogido el metro como unidad de medida. Sin embargo, si asumimos que han evolucionado lo suficiente como para descubrir que la velocidad de la luz es una constante universal, en teoría podemos ponernos de acuerdo mediante una sencilla traducción de nuestra unidad a la suya: cómo es la realidad cuando le aplicamos nuestras varas de medir.

Existen problemas incluso con esta definición. En años recientes, han surgido algunas dudas acerca de la idea de que la luz sea constante, lo que significa que también esta definición puede resultar culturalmente transitoria. Ello deja abierta la posibilidad de que la realidad siga pareciendo muy diferente a las formas de vida alienígenas, ya sea porque estén más evolucionadas que nosotros o porque hayan llegado a la realidad de una manera diferente.

La complicación no acaba ahí. Nuestra mejor definición del metro proviene de nuestros descubrimientos y descripciones científicos más elaborados, que a su vez se han obtenido utilizando una definición de metro que no era —y tal vez todavía no lo sea— universal. Dentro de la definición del metro encontramos condensada toda la ciencia y la historia de la ciencia. Nos vemos atrapados en lo que se antoja un razonamiento circular. Que esta circunstancia sea real o aparente es materia de discusión filosófica (y, por lo tanto, en lo que respecta a muchos científicos, una discusión vana). Los científicos prácticos sostendrían que el avance científico es el refinamiento progresivo de la medida; los filósofos sostendrían que la ciencia define el avance con sus propios términos, con lo que no hay salida.

Los científicos miden el universo utilizando reglas y relojes. Nuestra definición actual de la longitud depende de saber cómo medir el tiempo: 1 metro es la distancia que recorre la luz en una minúscula fracción de segundo. Así pues, si queremos saber qué es 1 metro, lo mejor sería tener una buena idea de qué es un segundo. Pero lo que pensamos que entendemos por tiempo es todavía más difícil de precisar que lo que pensamos que entendemos por espacio. El tiempo transcurre, pero ¿qué transcurre? Un momento se convierte en otro momento, pero ¿cómo? ¿Y qué es un momento? ¿Por qué parece que el tiempo solo corre en una dirección: hacia el futuro? ¿El tiempo es siempre lineal? Su naturaleza circular es en algunos aspectos más evidente.

El filósofo griego Heráclito (c. 535-475 a. C.) intentó definir el tiempo. Uno de los escasos fragmentos de sus escritos que se ha conservado dice lo siguiente: «Al mismo río entras y no entras, pues eres y no eres». Se piensa que esta afirmación hace referencia al flujo del tiempo o al flujo de la existencia, y se suele traducir de manera más libre como: «No es posible entrar dos veces en el mismo río, pues no es el mismo río ni es el mismo hombre». Sea como fuere, Heráclito nos dice que, aunque las aguas de un río cambian de manera constante, el río también continúa siendo el mismo, idea que guarda relación con el fragmento del mismo autor: «Solo el cambio permanece invariable». Parménides, filósofo presocrático³ que vivió a comienzos del siglo V a. C., pensaba que el tiempo es una ilusión y que la realidad más profunda es eterna e inmutable. La mayoría de los filósofos griegos fueron de la opinión de que el tiempo no había sido creado de algo: solo es. El filósofo y teólogo san Agustín (354-430 d. C.) creía que el tiempo era una experiencia subjetiva: «Si nadie me lo pregunta, lo sé; si quiero explicarlo a quien me lo pide, no lo sé». Leibniz sostuvo la opinión de que tiempo y espacio no tienen una existencia fundamental, sino que no son más que medios de describir la relación que existe entre las cosas. Immanuel Kant describió el tiempo como una cualidad de la mente que ordena nuestras percepciones del mundo. Se mostró escéptico hacia la idea de que hay un mundo que existe en el tiempo y el espacio, y de seres que experimentan ese mundo. En el siglo XX el físico estadounidense John Wheeler (1911-2008) definió el tiempo como «lo que impide que todo suceda a la vez». Ninguna de las consideraciones filosóficas sirve de ayuda a los científicos que necesitan una definición pragmática del tiempo en lugar de una descripción.

Al parecer, la necesidad de medir el tiempo, sea este lo que fuere, se sintió por vez primera hace unos doce mil años, cuando la humanidad empezó a cultivar la tierra. La siembra y la cosecha se hacen mejor en determinadas épocas del año. Para llevar a cabo estas actividades con la mayor eficacia convendría saber por anticipado cuándo van a ocurrir estos periodos, que es lo que permite el calendario.

Los primeros calendarios se basaron en la actividad astronómica. Un día mide el tiempo que tarda la Tierra en girar una vez sobre su eje; un año es el tiempo que tarda la Tierra en efectuar una órbita completa alrededor del Sol. No hay razón para suponer que días y años se ensamblan de manera sencilla y, de hecho, no lo hacen. La historia del calendario consiste en lograr su acople, además de ajustarlos al complicado movimiento lunar. Su influencia dos veces al día en el fenómeno de las mareas y sus efectos mensuales sobre los ritmos biológicos hacen que resulte difícil pasar por alto a la Luna. Aunque estos fenómenos son celestes —en contraste con nuestros primeros intentos terrenales de definir la longitud—, un alienígena nos diría que la Luna y el Sol son fenómenos locales. Como científicos, estamos resueltos a encontrar una perspectiva que incluya a terrícolas y alienígenas. Los científicos creen en un mundo que puede verse como es en realidad: independiente de nosotros, que está ahí fuera, el mismo mundo que puede experimentarse del mismo modo sin que importe qué somos o dónde nos encontramos en él.

La historia del calendario está tan determinada por la cultura como las primeras definiciones de la longitud. El calendario juliano careció de modificaciones desde el momento en que fue introducido por Julio César en el año 46 a. C. para reformar el calendario romano, hasta que el papa Gregorio XIII (de ahí su nombre, gregoriano) aprobó su normalización el jueves 4 de octubre de 1582. A ese jueves juliano le sucedió de inmediato el viernes gregoriano, el 15 de octubre de 1582. El ajuste fue necesario para eliminar el desfase producido a lo largo de los siglos en la fijación del momento en que debía celebrarse la Pascua. Inglaterra y Estados Unidos se resistieron al cambio gregoriano hasta el miércoles 2 de septiembre de 1752, y Rusia, hasta 1917. El calendario gregoriano tiene una precisión de hasta 26 segundos al año, o un día cada 3.323 años.

Los científicos tratan el tiempo como si fuera una dimensión semejante al espacio, que puede cortarse en trozos pequeños. La ciencia requiere que el tiempo fluya en medidas regulares. Sin ello, Isaac Newton (1643-1727) no habría sido capaz de formular sus leyes del movimiento. Un calendario preciso sugiere que el tiempo tiene esa naturaleza: que puede ser medido en tramos como meses, días, horas o minutos. Pero el tiempo no siempre fue tratado de este modo. En Europa, hasta el siglo XIV, era común medir el día desde el momento de la salida del Sol hasta su puesta, dividiendo la jornada resultante en horas. De este modo, las horas del tiempo diurno y del tiempo nocturno eran diferentes entre sí, y cada vez más diferentes a medida que el año iba avanzando. Las horas nocturnas resultarían muy largas en invierno porque así lo eran.

En China hubo relojes desde el siglo VIII y en Europa existieron relojes mecánicos desde comienzos del siglo XIV. Los primeros relojes mecánicos eran ingenios enormes alojados en las torres de las iglesias. Esos relojes utilizaban un escape, mecanismo que gradual y suavemente convierte la energía de rotación de un muelle en el movimiento oscilatorio de un volante o péndulo. El primer reloj de péndulo fue inventado y patentado en 1656 por el científico holandés Christiaan Huygens (1629-1695). Fue Galileo (1564-1642) quien, en 1602, estudió por vez primera el movimiento de un péndulo. Se dio cuenta de que el ritmo uniforme del movimiento de un péndulo podía usarse para medir el tiempo. A partir de 1637 empezó a explorar la idea de fabricar un reloj de péndulo, pero murió antes de haber convertido dicha idea en una realidad física. El movimiento físico de un péndulo nos permite creer (sea o no realmente cierto) que el tiempo existe ante todo como algo que fluye de manera constante y puede dividirse, del mismo modo que creemos que el espacio puede dividirse y medirse en cantidades regulares. El tiempo lineal tal vez sea la razón más significativa por la que la revolución científica sucedió en Occidente y no en Oriente (aunque durante el Renacimiento hubo un amplio debate acerca de si el tiempo era lineal o circular). En términos generales, en Oriente, y también en las denominadas culturas primitivas, se asumía la historia como un ciclo interminable de repeticiones. Incluso hoy en día el pueblo hopi y algunas otras tribus nativas americanas hablan una lengua que impide cualquier construcción lineal en el tiempo. Primero en el mundo occidental y ahora en todo el mundo, el tiempo se despliega en una línea que se extiende hasta el futuro y a lo largo de la cual marcamos lo que denominamos historia y progreso.

El tiempo pendular es diferente del tiempo celeste, como sugiere la naturaleza cíclica de las estaciones. De manera específica, resulta evidente en términos científicos que el tiempo celeste no es lineal. La Tierra se encuentra en el emplazamiento más alejado del Sol el 4 de julio y en el más cercano el 3 de enero. La velocidad de la Tierra aumenta cuando se acerca más al Sol y, por tanto, el tiempo de amanecer a amanecer cambia. No puede haber un ritmo regular en el tiempo celeste como lo hay en el tiempo pendular. El tiempo pendular nos permite idear una unidad artificial de tiempo como el segundo, que es completamente diferente de las medidas reales (si bien locales) del tiempo, como el día y el año.

No obstante, las primeras definiciones del segundo fueron intentos de relacionarlo con el tiempo real. Un segundo se definió como 1/86.400 de día solar, pero esta definición no es universal, y el día solar no ha permanecido constante. Antes, la Tierra giraba más deprisa sobre su eje, y lo que llamamos día habrá sido varias horas más corto hace 1.000 millones de años. Esta definición de segundo resulta ser una opción histórica y cultural.

El segundo ha tenido otras definiciones, pero en 1967 se determinó que debía definirse como 9.192.631.770 periodos de la radiación de una transición muy fina entre dos niveles de energía del átomo de cesio 133. Sin duda, esta definición es tan arbitraria como la de la longitud.

Cuando efectuamos mediciones, no parece que seamos capaces de separar la unidad de medida de nuestra naturaleza propia. Pero esos acertijos filosóficos no inquietan a la mayoría de los científicos («¡Cállate y calcula!»). Aunque no podemos estar seguros de qué es lo que hacemos cuando medimos tiempo y espacio, la ciencia sigue adelante y los mide de todos modos. La historia de la ciencia es la historia de una medición más precisa, que a su vez permite definir con mayor precisión las unidades de medida. El método científico es más que un dilema filosófico: funciona. Por «funciona» entendemos que hay una realidad tecnológica que es nuestra prueba —lo que llamamos progreso— y que en ella vivimos y la consideramos nuestra casa. Si la idea de progreso es una ilusión interpretada en una línea de tiempo imaginada, se trata sin duda de una ilusión convincente, cuyo nombre es materialismo.

A lo largo de la historia de la ciencia, el universo que describen los científicos ha aumentado de tamaño y edad. Aunque el universo parece reducir nuestras unidades de medida a la insignificancia, no podemos estar seguros de que no considere el segundo como un tiempo muy largo o el metro como una longitud muy larga. Si las mismas unidades de medida se consideran caseras, existe el peligro de que nuestra descripción del universo sea sesgada, porque la idea que tenemos acerca de nuestra casa también lo es. Los científicos intentan encontrar descripciones universales del mundo —en realidad, descripciones universales del universo—, no descripciones caseras que presenten sesgos culturales o históricos. Tratan de tomar medidas alejándose de los seres humanos hacia algo invariable. Si esto es realmente posible es una cuestión que, por sorprendente que resulte, permanece abierta. Lo que resulta convincente es que mediante la medida científica (reducible en última instancia a las medidas de relojes y reglas) podemos construir valiosas teorías para describir gran diversidad de fenómenos que caracterizan el mundo exterior. Y de este modo, acabamos perdiendo interés por los cimientos mudables sobre los que se construye el conocimiento. Creemos en la electricidad no porque sepamos lo que es (no con claridad, no a fondo), sino porque su descripción científica explica un buen número de fenómenos. La electricidad encaja en un relato general que es compatible con nuestra creencia en otros fenómenos, el magnetismo, por ejemplo. Podemos elaborar una red de descripción, cuyos ramales son más fuertes porque forman parte de la red entera, que capta y guarda más y más de lo que llamamos realidad material.

La ciencia se dedica a la medida sistemática. La ciencia mide el universo y sus contenidos, y por medida entendemos todo acto de observación de lo que asumimos que es el mundo exterior. La ciencia formaliza la observación como experimento que —lo que es crucial— puede repetirse. Un experimento científico aísla un aspecto de la realidad, lo observa y lo hace público. En principio todo experimento es repetible, pero en la práctica puede resultar muy difícil. De momento, la confianza y el sistema de revisión por parte de los expertos mantienen intacta la integridad del método científico.

Para que algo llegue a ser objeto de indagación científica debe ser posible reproducirlo y volverlo a medir. Un experimento se diseña para aislar un objeto, para separarlo del resto del universo de modo que pueda medirse. Es el acto de separación el que hace de algo «lo» que puede medirse.

El método científico trata de la división, de dividir el mundo en partes y de dar nombre a dichas partes, como un primer paso para describir cómo esas partes interactúan entre sí. La palabra «ciencia» proviene de la palabra latina scientia, que significa «conocimiento», y esta a su vez de sciens, que significa «saber»; curiosamente, en inglés science también se relaciona con el inglés antiguo sceans, que significa «separar». Pero creer que la ciencia en sí es divisible sería confundir la metodología con lo que la metodología descubre. La ciencia separa con miras a tratar de encontrar mejores descripciones de una realidad unificada. Las partes se acoplan.

Crees que hay algo porque sabes que tú existes. Crees en tu propio yo. La ciencia es un modo de traducir esta experiencia individual del mundo a una experiencia colectiva. Podemos validar personalmente una descripción científica de la realidad repitiendo un experimento, creyendo que los experimentos son repetibles o también percibiendo la naturaleza cambiante del mundo que crea la tecnología a nuestro alrededor. La tecnología es nuestra prueba de que la ciencia está llegando a algún sitio. Y por «algún sitio» entendemos nuestra capacidad de crear simulacros de la realidad que constituyen el mundo material. El motor de vapor, las medicinas, la calefacción central, las armas, los aceleradores de partículas y los iPhones nos convencen de que el mundo es real, y se vuelve de algún modo más real cuanto más elaborada se torna la realidad material. A veces olvidamos que, por muy elaborado que haya llegado a ser el mundo material, la naturaleza debe serlo mucho más, puesto que el mundo material es una parte tamizada de ella. Un materialista acérrimo declararía, como materia de fe, que la ciencia acabará pasando todos los fenómenos por el tamiz del método científico.

Algunos fenómenos son difíciles de reproducir; cabría argüir que la mayoría de los fenómenos son extremadamente difíciles de reproducir. Los científicos descartan ciertos fenómenos como indignos o poco idóneos para la investigación científica: fenómenos que no pueden ser aislados, que no son reproducibles en público. ¿Qué se puede hacer, por ejemplo, con las alteraciones del amor? ¿Ocupan tales fenómenos un ámbito separado del científico que solo captan poetas y místicos o están esperando una descripción material? La novelista Hilary Mantel señala:⁴

Todo nuestro mundo de experiencias llega a nosotros subjetivamente, pero eso no significa que no podamos efectuar afirmaciones válidas al respecto. Solo necesitamos diferenciar entre cualidades que pueden medirse y cualidades que no pueden medirse, sin estigmatizar a las últimas como menos útiles. Puede trazarse el patrón eléctrico de la cabeza, pero no los impulsos caprichosos de amor y odio. Sin embargo, ¿quién sería capaz de sostener que los últimos no tienen un efecto real en el mundo? Aquellos que no creen en lo que no puede medirse o cuantificarse se hallan sobre terreno movedizo: su realidad interior está condenada a verse alarmantemente divorciada de la realidad de la mayoría de quienes los rodean.

Resulta curioso que el único hecho que pensamos conocer del mundo —la certeza de nuestra existencia propia— no esté abierto a examen científico al ser, por definición, no público. Si la meta de la ciencia es encontrar una descripción de todo, en última instancia todas las formas de conocimiento deben confluir de algún modo. El misterio de una descripción material debe llegar a ser indistinguible del misticismo de, pongamos por caso, una descripción poética. O acaso haya dos mundos destinados a permanecer separados: «Nuestros sentimientos pertenecen a un mundo, nuestra habilidad para nombrar las cosas y nuestros pensamientos, a otro; podemos establecer una concordancia entre los dos, pero no salvar la brecha».⁵

La tecnología avanza porque las teorías que describen el mundo que medimos se vuelven más sofisticadas, esto es, abarcan cada vez más fenómenos en una única descripción, y la teoría avanza porque descubrimos una matemática cada vez más elaborada en la que escribir tales teorías. Por qué la naturaleza es descriptible en términos matemáticos es quizá el mayor de todos los misterios de la ciencia. Hasta aquí hemos llegado: nuestra fe científica suprema descansa en la matemática y en la red de fenómenos que la descripción matemática incluye. La tecnología es el signo externo y visible de esa fe. Ya no creemos en la perfectibilidad humana o en las lecciones de la historia, o en cualquier otra forma de progreso, pero el avance científico se mantiene porque cambian los aspectos tecnológicos de nuestras vidas. La comodidad del mundo material ha permitido al hombre retirarse al interior de su casa para apartarse física y filosóficamente de la naturaleza. El progreso es un bucle de retroalimentación entre tecnología, teoría y matemática. La teoría más nueva y profunda se escribe en la matemática más nueva y refinada. Provisto de la tecnología más vanguardista, un científico explora el mundo buscando pruebas para respaldar la teoría. De una mayor comprensión del mundo material proviene la capacidad para hacer instrumentos de medida cada vez más refinados. Mediante aparatos tecnológicos como el telescopio o el microscopio se extiende nuestra capacidad de sentir el mundo. O más bien se extiende nuestro sentido de la vista, puesto que en general no olemos, gustamos, palpamos o ni siquiera (a pesar del denominado Big Bang) escuchamos el universo.

La ciencia es medida constante. Esperamos que el mundo parezca igual cuando volvemos a medirlo o cuando otra persona efectúa la misma medida; la ciencia requiere repetibilidad. Los fenómenos que surgen de condiciones aisladas por mediación de individuos aislados no son objetos apropiados para la indagación científica. Pero todos somos individuos aislados; los humanos complejos e individualistas siempre van a ser los objetos de indagación científica más inextricables. Es nuestra propia naturaleza la que presenta los mayores problemas de medida.

El mismo universo parecería hallarse fuera de las atribuciones de la ciencia, pues ¿en relación con qué se puede medir el universo, salvo a sí mismo? No hay otros universos con los que comparar el nuestro. En la práctica, el universo siempre está en proceso de redefinición. Siempre hay una idea más novedosa y amplia del universo con la que el universo más antiguo y «menor» puede contrastarse. En la era informática podemos simular otros universos posibles como modelos de ordenador. Incluso se ha llegado a sugerir que tal vez algún día crearemos otros universos como el nuestro, en un proceso que necesariamente hace bajar de categoría a aquello que hemos llamado «el universo», convirtiéndolo en algo local. Irónicamente, si la ciencia alcanza alguna vez su objetivo de describir la unidad de la naturaleza, lo que sea esa unidad no podría ser un objeto científico. Una única descripción unificada del universo llevaría por necesidad el tipo de ciencia que compara una cosa con otra a su punto final.

Pero parece que tal descripción se encuentra siempre más allá de nuestro alcance. El universo es un objeto quimérico que cambia a algo completamente diferente cuanto más cerca pensamos que estamos de captar el todo. Parecería que el universo siempre es más creativo que nuestras capacidades más creativas de pensar en él, lo que apenas sorprende si nos vemos como parte de la producción del universo, «un esfuerzo lleno de esperanza y desesperado de la vida por comprenderse, como si la naturaleza estuviera escudriñando para encontrarse en sí misma, finalmente en vano, puesto que la naturaleza no puede reducirse a la comprensión, ni en definitiva la vida puede escucharse a sí misma».⁶

4

No somos el ombligo del mundo

Tampoco los dioses revelaron al principio todas las cosas a los mortales, pero con el tiempo, mediante la indagación, llevaron a cabo mejores descubrimientos.

JENÓFANES

Nuestra comprensión de cómo están dispuestos los contenidos del universo a gran escala —como una jerarquía de estrellas en movimiento— es el resultado de cientos de años de investigación científica. Pero el método científico no siempre fue como lo conocemos en la actualidad, pues ha evolucionado con el trascurso del tiempo, de la mano de nuestra comprensión del universo, y sin duda continuará evolucionando a medida que dicha comprensión se intensifique. La ciencia y el universo son inseparables.

Para llegar al borde del universo debemos emprender una larga travesía por la historia. Para responder a esas irritantes preguntas «¿de dónde provino el universo?» y «¿de qué está hecho?» tenemos que regresar al comienzo de la aventura científica a fin de descubrir cómo hemos llegado a nuestra comprensión actual. En sentido amplio, tanto la ciencia como el universo poseen un pasado antiguo y moderno.

La ciencia es un esfuerzo colectivo, sin una constitución escrita, cuyo significado ha ido surgiendo con el paso del tiempo. La ciencia, tal como es hoy, tiene una historia que se remonta a un tiempo en que esa palabra carecía de sentido. Hoy sabemos cómo están dispuestas las estrellas, lo que facilita bastante percibir que no estamos en el centro del universo. Pero no siempre fue así. La ciencia antigua partió de la idea contraria. En la época de Aristóteles (c. 384-322 a. C.), la Tierra se hallaba firmemente fijada en el centro físico del universo, como parte de una descripción cosmológica cuya historia se remontaba a los comienzos de lo que entendemos por civilización.

Y lo que entendemos por civilización parece haber surgido en las ciudades estado de Oriente Próximo. La civilización antigua más influyente (en la historia occidental) estaba en Mesopotamia, región fértil limitada por los ríos Tigris y Éufrates en el territorio que en la actualidad constituye Irak. La palabra «Mesopotamia» proviene del griego y significa «entre dos ríos». Hay pruebas de que allí se practicó la agricultura desde el año 10000 a. C., hacia la época en que la Tierra se volvió tan cálida como lo es en la actualidad y más de lo que lo había sido durante casi dos millones de años. Los humanos nómadas, que se habían trasladado de un lugar a otro en grupos de veinte a treinta individuos, se establecieron como comunidades y empezaron a aumentar de tamaño. Existen pruebas de que en el año 7000 a. C. ya había una comunidad agrícola fortificada en Jericó, de unas 30 hectáreas.

Una civilización, los sumerios, llegó a Mesopotamia en torno al año 5000 o 4000 a. C., pero se desconoce su lugar de procedencia. La sociedad sumeria fue la primera que aprendió a leer y escribir. El relato más antiguo conocido, que data del tercer milenio a. C., es el Poema de Gilgamesh, recopilación de leyendas de Babilonia, estado situado en el sur de Mesopotamia. Es la historia del rey de Uruk y menciona muchas de las primeras ciudades estado en cuyo entorno se desarrolló la civilización: Ur, Eridú, Lagash y Nippur. También contiene el primer relato de una gran inundación y de un sueño. En la Biblia se nos cuenta que Abraham, padre de las naciones hebrea y árabe (los israelitas eran descendientes de su hijo Isaac y los ismaelitas, de su hijo Ismael), viajó desde Ur de los caldeos. Caldea era una región de Babilonia.

Un relato de creación tal vez del siglo VIII a. C. llamado Enuma Elish cuenta la creación de Mesopotamia y del hombre. Fue recitado en los templos durante cientos de años. Estos primeros relatos de creación son a la vez los primeros relatos religiosos y las primeras cosmologías. Aspectos del Enuma Elish se absorbieron en la cosmología hebrea y el relato bíblico de la creación. La Tierra es un disco plano rodeado de agua por encima y por debajo. El firmamento impide que el agua de arriba anegue la Tierra, pero permite que la lluvia caiga. Desde abajo el agua asciende en forma de ríos y mares. Los sumerios estudiaron los cielos como astrólogos y astrónomos. Podían ver presagios de los dioses y predecir eclipses.

También se fueron desarrollando otras civilizaciones a lo largo del mundo: en Egipto desde en torno al año 3000 a. C., en el Valle del Indo desde 2700 a. C. y en China desde 2100 a. C. Pero por las razones que fueran (y se han planteado muchas) la historia de la ciencia acabó contándose en buena medida en el mundo occidental. Los modos de pensamiento orientales parecen opuestos a la idea de progreso que constituye el núcleo de la ciencia. Se ha sugerido que la escritura pictográfica china no alentaba el pensamiento abstracto, con el resultado de que, como nos dice el filósofo John Gray, «los pensadores chinos rara vez han confundido ideas con hechos».¹ Los egipcios y los babilonios no parecen haber dejado nada que pueda considerarse una descripción del mundo material, aunque los babilonios desarrollaron un sistema de contabilidad basado en el número 60, legado que vemos hoy en los 60 minutos que constituyen una hora y en los 360 grados que completan un círculo. Los egipcios tenían un calendario que se basaba en la observación de las estrellas. La primera fecha recogida en la historia de la que tenemos conocimiento es egipcia: 4236 o 4241 a. C., según cómo se interprete el calendario.

Hubo tribus griegas merodeando por el Egeo desde el año 2000 a. C. y acabaron asentándose como pobladores urbanos. La denominada civilización micénica floreció a partir de 1600 a. C., aproximadamente, y acabó derrumbándose en 1150 a. C. Desde ese momento, la historia griega entró en una edad oscura durante unos trescientos años. Los Juegos Olímpicos se fundaron en el año 776 a. C. y Homero (quien quizá haya sido una tradición más que un único escritor) no entró en escena hasta el siglo VIII a. C. Y así comenzó la civilización que el filósofo alemán Friedrich Nietzsche (1844-1900) denominó «la más consumada, hermosa y universalmente envidiada de la humanidad».² Algunos historiadores afirman que la filosofía griega se inició el 28 de mayo de 585 a. C. Fue en esa fecha cuando se dice que Tales de Mileto (c. 624-c. 546 a. C.), el primero de los filósofos presocráticos, predijo un eclipse. Ahora se piensa que Tales observó el eclipse en lugar de predecirlo, y que su conocimiento al respecto le llegó de los babilonios. Los sabios caldeos viajaron fuera de su territorio y llevaron su conocimiento de la astrología y las primeras observaciones astronómicas a los imperios griego y romano.

Sin duda, sean cuales sean los logros que se le asignen, Tales eclipsó a sus precursores y por esta razón se le suele llamar «el padre de la ciencia». Fue él quien introdujo la palabra «cosmos» para describir el universo, que además de ser la palabra griega que significa «orden», también tiene la acepción de algo que embellece, como en la palabra cosmética, y es la opuesta a la palabra griega «caos».

Tales creía que todo está compuesto de agua de una forma u otra. Fue él quien comenzó la indagación para dar con los componentes físicos que constituyen el mundo: así se inició el materialismo. No estableció una distinción entre lo vivo y lo inanimado. Para Tales hasta las rocas magnéticas poseían alma, idea mística que persistió hasta el siglo XVI en la obra del físico y científico inglés William Gilbert (1544-1603), quien fue un defensor ardiente y temprano del modelo copernicano del universo centrado en el Sol y uno de los primeros en utilizar la palabra «electricidad».

La filosofía griega inicial se transmitió de maestro a pupilo siguiendo una tradición de mentoría. La palabra «mentor» está tomada de la Odisea de Homero. Mentor hace las veces de padre para Telémaco cuando su padre real se marcha a la guerra. Tales fue mentor de Anaximandro (c. 610-c. 546 a. C.), y Anaximandro, de Anaxímenes (c. 585-c. 525 a. C.), los tres provenientes de Mileto, antigua ciudad que hoy se encuentra en Turquía y entonces formaba parte del mundo griego. Anaxímenes continuó la búsqueda de descripciones sencillas del mundo. En lugar de agua, dijo que el aire era el principio del que surgían todas las cosas.

El más famoso de los presocráticos es Pitágoras (siglo VI a. C.), el primero en llamarse a sí mismo filósofo, literalmente, «amante de la sabiduría». Había estudiado con sabios en Egipto y después en Fenicia (antigua civilización asentada en lo que ahora es la costa del Líbano y Siria). Tal vez fuera en Egipto donde surgió su interés por la geometría y la trigonometría.

Pitágoras fundó una escuela que duró un milenio, aunque quizá los pitagóricos fueran más una hermandad que una escuela. Llamados matematikoi (literalmente, «aquellos que lo estudian todo»), eran vegetarianos estrictos y llevaban una existencia de monjes. Se dedicaban al estudio particular de la aritmética, la geometría, la música y la astronomía: las bases de la educación hasta bien entrada la Edad Media, época en la que ya se denominaba cuadrivio (quadrivium)³ (palabra latina que significa «donde se encuentran cuatro caminos»). Creían que en el fondo la realidad es matemática, credo que ha persistido hasta la actualidad. Una distinción importante es que mientras los demás asumimos que forma y número son atributos de las cosas, para los matematikoi constituyen la esencia de las cosas. La numerología era parte de la tradición pitagórica. En el mundo antiguo la distinción moderna que el método científico establece entre misticismo y misterio carecía de sentido. La numerología constituye el núcleo del libro de adivinación chino I Ching (compilado probablemente en el siglo IX a. C., pero fechado mitológicamente en el año 2800 a. C.) y el compendio del esoterismo judío llamado «cábala», fechado hacia el año 1000 de nuestra era.

Para los pitagóricos, la forma más perfecta de la naturaleza era el círculo. Pitágoras puso la Tierra en el centro de un universo esférico, y se utilizaron números simples para describir el movimiento de algunos de los planetas conocidos. Como no dejó ningún escrito (ni tampoco la mayoría de sus discípulos), se ha debatido hasta la saciedad todo lo que se le ha adjudicado. Solo sabemos de él por relatos contradictorios escritos doscientos años después de su muerte. Ahora se acepta que no descubrió el teorema que lleva su nombre,⁴ ni la relación entre intervalos musicales y números simples que se le suele atribuir.⁵

Heráclito (c. 535-475 a. C.) describió cómo se crea el cosmos partiendo del caos preexistente. El cosmos es orden impuesto sobre el caos, que percibimos como el mundo material. El principio ordenador se llama logos y de él se deriva el sufijo -ología. A veces se traduce logos como «palabra», como ocurre en el comienzo de la traducción inglesa de la versión griega original del evangelio según san Juan: «In the beginning was the word» («Al principio fue el Verbo», según la traducción castellana). El caos es una condición en la que no hay cosas, un mundo en el que lo que haya carece de nombre. Ninguna cosa y nada son ideas completamente diferentes. El poner nombres es lo que establece la separación del caos en cosmos. Sin duda, este era el significado original del relato de la creación en el Génesis, cuando Dios separó del caos lo que entonces se convirtió en cosas con nombres (luz, tierra, cielo, noche, día, y así sucesivamente). Los teólogos medievales impusieron sobre este relato de la creación la idea de que el mundo fue creado ex nihilo («de la nada»).

Heráclito escribió que el cambio (también caracterizado como fuego) es la cualidad fundamental del mundo, una idea que resuena en la interpretación moderna de que todo es una forma de energía evolucionada.

Fragmentos de un único poema es todo lo que ha sobrevivido de Parménides (c. 510-c. 450 a. C.). Escribió que la existencia es eterna e inmutable: lo que percibimos como cambio, como en el caso del movimiento de las cosas, es una ilusión. Negó la existencia de la nada y escribió que la realidad es un todo inmutable. Sus ideas influyeron en la filosofía de Platón, quien lo reconoció como «nuestro padre Parménides». Su filosofía se compendió en la expresión latina ex nihilo nihil fit («nada proviene de la nada»).

Empédocles (c. 490-430 a. C.) sintetizó las filosofías anteriores. Para él, el cosmos está compuesto de tierra, aire, fuego y agua, y dos principios: atracción y repulsión, también contemplados como amor y lucha. Estos cuatro elementos fueron los componentes básicos del mundo material hasta la época del Renacimiento europeo.

Leucipo vivió en la primera mitad del siglo V a. C. No se ha conservado nada de sus escritos y solo lo conocemos porque fue el mentor de Demócrito (c. 460-c.370 a. C.), quien postuló la filosofía del atomismo, que tal vez adoptara de su maestro. Aristóteles fue un admirador de Demócrito y debido a sus críticas conocemos el atomismo. Una vez más, solo sobreviven meros fragmentos de la vasta producción de Demócrito, y su obra se ha divulgado en buena parte a través de los escritos de otros. El atomismo asevera que todo está formado por partículas pequeñas, indivisibles y eternamente existentes, llamadas átomos. Algunos átomos podrían, por ejemplo, tener ganchos, y otros, ser redondos. Las diferencias entre átomos, sus texturas y formas distintas, y cómo se unen entre sí explican por qué las diversas sustancias poseen cualidades diferentes. Los átomos de los que se componen los distintos alimentos afectan a la lengua en varios aspectos, lo que explica la experiencia subjetiva del gusto. El sabor no es la cualidad esencial del alimento. La cualidad esencial es su naturaleza atómica. Hasta el alma posee una estructura atómica, compuesta de los átomos más finos.

Demócrito fue el primero en afirmar que hay otros mundos en otras partes del universo, con otros soles y otras lunas.

La filosofía, tal como la practicaban los primeros griegos, era la convicción de que la sabiduría constituye la esencia del cosmos. Los presocráticos heredaron de los sumerios una tradición de dos mil años de poesía de la sabiduría. Aunque los presocráticos no presentaron más que ocasionalmente su obra en forma de poesía, a menudo posee su misma fuerza.

El Eclesiastés, los Proverbios, el libro de Job, el Cantar de los Cantares de Salomón y otros libros sapienciales de la Biblia se escribieron en torno a esa época. Confucio (551-479 a. C.) fue casi contemporáneo de Pitágoras. Se dice que Buda vivió desde en torno a 563 hasta 483 a. C., aunque la erudición moderna sugiere como más probable una fecha posterior en torno al año 400 a. C. Según la tradición china, el filósofo Lao Tzu vivió en el siglo VI a. C., aunque ahora los historiadores lo han datado en el siglo IV a. C. Cabe la posibilidad de que el poeta y profeta persa Zoroastro viviera en esta época, aunque sus fechas son muy polémicas; puede que viviera, aunque es altamente improbable, en fecha tan temprana como el año 6000 a. C.

Sócrates (c. 470-399 a. C.) fue nombrado el hombre más sabio de todos los griegos por el Oráculo de Delfos y fue mentor del que quizá es el filósofo más famoso. El matemático inglés Alfred North Whitehead (1861-1947) dijo de Platón (c. 428-c. 347 a. C.) que todas las contribuciones efectuadas después de él son simples notas a pie de página para la filosofía. Platón fundó su Academia en una arboleda perteneciente a un hombre llamado Academos, de ahí el nombre. La Academia existió hasta el año 529 de nuestra era, esto es, durante más de novecientos años. Las universidades de Oxford y Cambridge recibieron sus cartas fundacionales en 1231. Hasta el año 2180 de nuestra era no habrán perdurado más que la escuela de Platón.

Para Platón el mundo material se descompone y desaparece, y por tanto es temporal e ilusorio. El mundo real, sostenía, es el mundo de los denominados ideales y es eterno. El mundo material es una representación imperfecta de esos ideales. En este mundo platónico, por ejemplo, existen formas geométricas perfectas. El movimiento del cielo es circular, como en la filosofía pitagórica, porque el círculo es la forma perfecta, idealizada. El reconocimiento de que las órbitas planetarias son elipses y no círculos sigue causando impresión hoy en día, pues es nuestra respuesta instintiva a la idea de que el movimiento del cielo debe ser circular, como creían los antiguos.

Platón desarrolló el universo esférico de Pitágoras como una serie de esferas concéntricas que rotaban unas dentro de otras con la Tierra en el centro. Había siete esferas celestes que transportaban los planetas conocidos y la Luna. Dios se hallaba más allá del séptimo cielo. Para Platón la naturaleza es impura; en ella no se pueden encontrar formas perfectas. Solo es posible percibir cómo son las cosas en realidad a través de la razón o la sabiduría. Para él, el cosmos es un lugar de orden y bondad, filosofía heredada también de Pitágoras. El universo es musical y posee alma; es dinámico y vivo. Platón fue el primero en preguntarse por qué existe el universo.

Platón insistió en un apuntalamiento matemático de la naturaleza al que prestó escaso interés su pupilo Aristóteles (c. 384-322 a. C.), quien estaba más interesado en cómo se movían las esferas celestes unas dentro de otras que en su naturaleza ideal. Hay 54 esferas en su cosmología, incluida una esfera exterior que transportaba las denominadas estrellas fijas. Aristóteles adoptó los cuatro elementos de la filosofía de Empédocles y añadió un quinto elemento de su cosecha: un componente sutil llamado «éter» (o quintaesencia), del que están construidos las esferas y los cuerpos celestes. En la época medieval el éter ya se había solidificado en cristal.

Para Aristóteles, el mundo del cambio sucedía en una región que se extendía de la Tierra a la Luna. Más allá de esta esfera sublunar estaba el mundo etéreo de cosas invariables y eternas. En el mundo de abajo, los objetos pesados caen al suelo porque tienen más tierra en ellos que los objetos ligeros, y por tanto buscan su regreso al lugar donde deben residir por su naturaleza. Los objetos con naturalezas más aéreas, como las plumas, tenderían a ser atraídos por un entorno más aéreo. Las explicaciones aristotélicas del mundo son más digresivas de lo que permite el método científico moderno. Para que tales explicaciones se conviertan en una descripción científica moderna y rigurosa, tendríamos que cuantificar las cantidades de tierra, aire, fuego y agua que se dice que contienen los objetos y buscar una relación matemática que una los fenómenos y establezca predicciones.

Al igual que muchos discípulos, Aristóteles reaccionó contra su mentor. Creía que el mejor modo de comprender el mundo es observándolo. «Nada hay en el intelecto que no estuviera primero en los sentidos» es el lema que inventó el teólogo del siglo XIII Tomás de Aquino para describir la metodología aristotélica. No obstante, las observaciones de Aristóteles no llegaron a investigaciones científicas de la naturaleza en el sentido moderno. Miraba el mundo desde la distancia y extraía conclusiones sobre cómo debía de ser. No lo miraba de cerca, que es lo que hacemos cuando realizamos un experimento. Aristóteles declaró, por ejemplo, que hombres y mujeres tienen un número diferente de dientes, aunque una sencilla investigación de la naturaleza pone de manifiesto el error. Sin embargo, su creencia en un mundo con existencia física que podía ser observado con objeto de comprenderlo constituye un paso hacia el método científico moderno. Su método difiere en que prima la percepción humana de cómo parece ser este mundo sobre la investigación de cómo es realmente. Para Aristóteles estaba claro que los objetos más pesados caen más deprisa que los más ligeros. Se tardarían otros dos mil años de investigación del mundo en demostrar que no es así.

En el siglo IV a. C., el discípulo más famoso de Aristóteles, Alejandro Magno (356-323 a. C.), tomó Mesopotamia. La región había servido de centro para los imperios acadio, babilónico y asirio, pero su significado histórico ya había comenzado a desvanecerse en esa época. En el año 331 a. C. Alejandro fundó la ciudad de Alejandría, donde a comienzos del siglo III a. C. se construyó una biblioteca llamada «el templo de las musas» (de donde proviene la palabra «museo»). El primer bibliotecario se llamaba Demetrio, otro discípulo de Aristóteles. La biblioteca creció hasta convertirse en el mayor centro del saber del mundo en esa época, llegando a albergar hasta medio millón de manuscritos. El gran matemático Euclides trabajó en la biblioteca en torno al año 300 a. C.

Uno de sus bibliotecarios más famosos fue Eratóstenes (c. 276-c. 194 a. C.), quien efectuó la primera medida precisa de la circunferencia de la Tierra. Durante algún tiempo los griegos habían sabido que la Tierra debía de ser una esfera puesto que proyecta una sombra curva sobre la Luna. Usando cierta información que le había proporcionado un visitante de la biblioteca —que el Sol al mediodía brillaba directamente en vertical sobre un pozo cerca de Asuán—, Eratóstenes se dio cuenta de que podía calcular la circunferencia del mundo entero. Empleando la distancia conocida entre Alejandría y Asuán, el ángulo de la sombra proyectada por un poste a mediodía en Alejandría y el hecho de que no había sombra en Asuán, Eratóstenes fue capaz de calcular la curvatura de la Tierra entre esos dos lugares. Partiendo de esta información resulta fácil calcular lo grande que será el círculo completo del que la curva entre Asuán y Alejandría es un segmento. Ese círculo es la circunferencia de la Tierra.

Midió una circunferencia de 250.000 estadios, aunque ha habido desacuerdo histórico acerca de la longitud exacta de un estadio. La investigación arqueológica moderna sugiere que, si Eratóstenes había usado un estadio egipcio como medida, estaría en un margen de error del 1 % de la medida verdadera (lo que supone algo más de 40.000 kilómetros). Esta medida fue la más asombrosa (muy probablemente, una casualidad) de una serie de medidas precisas realizadas por los griegos, medidas no repetidas hasta tiempos modernos.⁶

La biblioteca fue devastada por las llamas cuando Julio César atacó la ciudad en el año 48 a. C., pero la reconstruyeron. La mayor parte de su acervo pereció en el siglo III de nuestra era por orden del emperador Aureliano. Y en el año 391 de nuestra era se encontraron los manuscritos que habían sido escondidos para salvarlos y se destruyeron como parte de la campaña del entonces obispo de Alejandría, Teófilo, para devastar todos los templos paganos. El último bibliotecario fue un hombre llamado Teón, padre de Hipatia, platónica, matemática, astrónoma y suma sacerdotisa de Isis. Hipatia fue asesinada —desollada viva con conchas de ostra⁷— por una banda de monjes cristianos en el año 415 de nuestra era, a la edad de cuarenta y cinco años. Se dice que en el año 642 de nuestra era los pocos manuscritos restantes se usaron como combustible para calentar los baños de los conquistadores árabes de Egipto. La historia es casi con certeza apócrifa, probablemente aducida por generaciones posteriores para desacreditar a los conquistadores musulmanes. A finales del siglo VIII la historia milenaria de la biblioteca se había desvanecido por completo.

Aunque la biblioteca de Alejandría no era la única depositaria del saber antiguo —había una rival en Pérgamo desde el año 200 a. C.—, en la época en la que se encontraba en su declive final buena parte de lo que el mundo antiguo había aprendido ya había desaparecido para siempre o estaba a punto de perderse para Occidente durante siglos. A finales del siglo IV y comienzos del v, san Agustín reelaboró las ideas platónicas para incluirlas en un sistema de creencias cristiano. El filósofo romano del siglo VI Anicio Manlio Severino Boecio (c. 480-524) dedicó su vida a la conservación del conocimiento clásico antiguo, traduciendo muchos textos griegos al latín. Fue uno de los últimos eruditos que dominaban el griego antes de que Occidente perdiera el contacto histórico con el mundo clásico. A veces se describe a Boecio como el último de los escritores clásicos. Su obra maestra, Consolación de la filosofía, fue escrita en prisión mientras esperaba la ejecución. Fue traducida del latín al inglés (como The Consolation of Philosophy) en el siglo XIV por Geoffrey Chaucer (c. 1343-c. 1400) en una época en la que el mundo occidental, en particular Italia, comenzaba a restablecer su conexión con el mundo clásico.

El Renacimiento —ese gran florecimiento del intelecto que siguió a la Edad Media— no solo marcó el redescubrimiento occidental del saber clásico, sino además el descubrimiento y la síntesis del acervo de conocimiento que se había creado en el mundo árabe durante cientos de años. Bagdad se había convertido en el centro del mundo civilizado antes de que hubiera transcurrido un siglo de la muerte del profeta Mahoma (c. 570-622), y ese mundo era en buena medida inexpugnable para Occidente. Durante siglos, gran parte de lo que había sobrevivido del mundo clásico fue protegido y asimilado en el mundo árabe. El relato de la ciencia ha sido contado en buena medida como una historia del mundo occidental, dejando de lado cuatrocientos años o más de pensamiento árabe. A veces el «nosotros» que la ciencia entiende como universal no es ni siquiera global.

Durante un tiempo, el saber fue saber árabe. Encontró una expresión particular como alquimia, de la palabra árabe al kimia, derivada ella misma de la palabra egipcia keme, que significa «tierra negra», por el fértil cieno negro que transportan las crecidas anuales del Nilo. La alquimia estudia el funcionamiento del espíritu y la materia como parte de un sistema unificado. Hasta los tiempos modernos estos dos sistemas no se han separado. Newton escribió un millón de palabras sobre alquimia, incluyendo un comentario sobre la Tabla Esmeralda, texto que aparenta revelar el secreto de la transmutación de la sustancia primordial del cosmos en otras formas. La escritura de la Tabla Esmeralda se atribuye al dios egipcio Tot (en su forma encarnada de Hermes Trismegisto) y fue uno de los textos guardados en la biblioteca de Alejandría. Tuvo gran influencia en Occidente e impulsó el desarrollo de un sistema de indagación basado en el secreto y la oscuridad, llamado «tradición hermética». El contemporáneo de Newton Robert Boyle, padre de la química moderna, también estuvo interesado en la alquimia y el hermetismo. Su Dialogue on the Transmutation of Metals se perdió, pero después se volvió a completar partiendo de fragmentos. Como poco, la etimología de la química puede remontarse hasta la alquimia.

Durante el Renacimiento, muchas de las obras clásicas que habían sido protegidas y asimiladas por el mundo árabe se tradujeron al latín, no desde el griego original, sino desde el árabe. Durante un periodo, el arte de la traducción fue una de las altas artes del Renacimiento. Una recopilación de escritos herméticos llamada Corpus Hermeticum, textos griegos de los siglos ii y iii, fue traducida al latín en 1460 por el filósofo florentino Marsilo Ficino (1433-1499), quien dejó de lado su traducción de los diálogos de Platón a fin de trabajar en ella. Florencia fue el centro de la tradición humanística y del Renacimiento durante todo el siglo XV, y el Corpus Hermeticum gozó de una influencia enorme durante cientos de años, en el Renacimiento y después. La filosofía del humanismo —la idea de que la humanidad es responsable de su propio destino— tiene su origen en esta obra. Por sorprendente que resulte, el humanismo no fue condenado por la Iglesia, sino justo lo contrario: se sintetizó el conocimiento cristiano y hermético como cristianismo humanista. Las antiguas anatomías griegas del amor (eros, ágape, poto e hímero: los griegos tenían nombres para él) fueron reexaminadas e integradas en una filosofía humanística. Platón nos habla de la rara consideración en que Sócrates tenía a su pupilo Alcibíades, una forma de amor que acabó conociéndose como amor platónico y que fue reexpresada durante el Renacimiento como el amor entre el hombre y Dios. Más que negar a Dios, el humanismo declara que, cuando se trata del funcionamiento del mundo, no basta con creer; lo que se requiere es pensamiento racional y observación. Las leyes de la naturaleza o bien son leyes divinas o se rigen por sí mismas. En uno u otro caso, el hombre podría llegar a entenderlas mediante el pensamiento y la medida. La mente divina, por su parte, debe buscarse y comprenderse a través de la contemplación.

Durante cientos de años, la misma lengua griega se había perdido en Occidente. El poeta italiano Petrarca (1304-1374) había intentado aprender griego, pero no lo logró. Dante conocía a Homero, pero no podía leerlo. El escritor italiano Boccaccio (1313-1375) fue uno de los primeros en aprender griego en tiempos modernos, y puso todo su empeño en que esta lengua se enseñara en la Universidad de Florencia. A mediados del siglo XV el griego ya se había restablecido en Italia. En la primera mitad del siglo XVI el estudio de manuscritos religiosos griegos fue lo que condujo a Martín Lutero (1483-1546) a reformular el cristianismo como protestantismo.

En el siglo XIII el filósofo y teólogo Tomás de Aquino (c. 1225-1274) casi había creado por sí solo una síntesis de teología cristiana y filosofía aristotélica. En el siglo XV el mundo occidental estaba dominado por la Iglesia católica y todavía bajo la firme influencia del pensamiento tomista. El sistema filosófico tomista sobrevivió durante el siglo XVI y hasta bien entrado el siglo XVII; de hecho, cabría afirmar que ha sobrevivido hasta el día de hoy. Con la cosmología de Aristóteles fue como se describió el universo, con algunas modificaciones esporádicas, incluso en la cumbre del Renacimiento.

La Iglesia era la autoridad final en todas las cosas espirituales y materiales, y si la autoridad de Dios estaba primero encarnada en el papa, su segunda encarnación era Aristóteles. Buscarlo en Aristóteles era el final irrefleXIVo de la mayoría de los debates. Donde Aristóteles resultó inservible a la Iglesia fue en la explicación del hecho de que la Pascua se iba desfasando en el calendario eclesiástico y nadie parecía capaz de hallar remedio. Después de mil quinientos años, el equinoccio de primavera se había trasladado del 21 de marzo al 11 de marzo (resolver el problema del calendario forma parte de la historia de la ciencia, pero la búsqueda de una solución surgió de la historia del cristianismo).

Había esperanzas en que el redescubrimiento de las obras perdidas de Ptolomeo ayudaría a resolver el problema. La cosmología de Aristóteles había sido ampliada y mejorada en algunos aspectos por Claudio Ptolomeo (c. 100-170), astrónomo egipcio que trabajó en Alejandría y escribió en griego. Una traducción del siglo IX al árabe de su obra más importante, el Almagesto, no alcanzó más que un carácter mitológico en Occidente; una traducción española del siglo XII y después una traducción latina no lograron verter muchos de los aspectos técnicos de la cosmología ptolemaica. Hasta el redescubrimiento de la lengua griega en el siglo XV la obra de Ptolomeo no empezó a tener repercusión.

Ptolomeo había sido astrónomo y místico. Al igual que Aristóteles, colocó la Tierra, y por ende a la humanidad, en el centro de su cosmología, y es probable que también pretendiera colocar a la humanidad en el centro espiritual del cosmos. Asimismo, parecía darse cuenta en un sentido moderno de la insignificancia de la humanidad frente a un universo abrumador. Escribió que, aunque la Tierra ocupaba un lugar central, cabía asumir que no era más que un punto matemático (esto es, sin tamaño ni dimensión) en relación con el universo en su conjunto.

Se desconoce en qué medida eran originales las ideas de Ptolomeo. Parece tener una gran deuda con Hiparco (190-120 a. C.), quien vivió tres siglos antes y cuyos escritos se han perdido. El Almagesto, forma latina de una traducción árabe del título El gran libro, es una condensación de ochocientos años de observaciones astronómicas y da un sentido de lo que sabían los griegos de astronomía. Ptolomeo, seguidor de Platón, socavó la realidad física de la cosmología aristotélica al añadir epiciclos a la descripción de las órbitas planetarias perfectamente circulares. Un epiciclo —idea tomada de Apolonio de Perga, del siglo III a. C.— es una pequeña órbita circular adicional, descrita sobre la órbita circular principal. Aunque no tenga significado físico, es un modo de asegurarse de que el modelo funciona matemáticamente. La adición de un número de epiciclos determinado garantiza que el movimiento observado de un planeta siempre pueda describirse mediante círculos; en otras palabras, es hacer un poco de trampa.

Ptolomeo nunca declaró que su modelo fuera otra cosa que una descripción matemática (o platónica). Su sistema utilizaba fórmulas diferentes para calcular la posición de cada planeta. En cierto sentido, apenas era nada más que tablas de datos procesados, y no siempre datos muy precisos, por si fuera poco. No existe una unificación profunda en el sistema ptolemaico, algo que esperamos en una teoría científica moderna. Se dice que incluso había epiciclos en los epiciclos, aunque no parecen existir pruebas de que sea cierto. Al parecer, en el siglo XIII, el astrónomo y rey de Castilla y León Alfonso X afirmó de los epiciclos que si él hubiera estado en la Creación, habría dado a Dios un consejo mejor. Aunque el sistema de Aristóteles es incluso más débil en la descripción de los fenómenos observados que el de Ptolomeo, por lo menos tiene la ventaja de poseer realidad física. En el siglo XVI ya estaba claro que la gran obra de Ptolomeo no era en absoluto lo que se esperaba de ella.

La Iglesia bendijo la búsqueda de una cosmología mejorada, capaz de establecer un calendario más fiable. La manera indudable de buscar nuevas ideas era explorar otros escritores antiguos recién redescubiertos. El astrónomo y clérigo polaco Nicolás Copérnico (1473-1543) parecía haber encontrado inspiración en Aristarco (siglo III a. C.), cuyas ideas (los textos originales se han perdido) se conservan en los escritos de Arquímedes (c. 287-c. 212 a. C.). Aristarco fue la primera persona que abogó por un cosmos centrado en el Sol. Llegó incluso a darse cuenta de que una Tierra que se mueve nos indica que las estrellas deben de estar a mucha distancia, puesto que no parecen moverse. En la vida ordinaria, cuando nos movemos en torno a objetos que están cerca de nosotros, nos percatamos de que cambian la relación espacial entre sí. Este fenómeno se denomina paralaje: se trata simplemente del reconocimiento de que hay un cambio de perspectiva cuando nos movemos entre cosas. En el modelo aristotélico del cosmos no hay paralaje entre la Tierra y las estrellas porque ambas están fijas: la Tierra inmóvil en el centro del universo y las estrellas prendidas a una esfera celeste exterior en movimiento a cierta distancia más allá del Sol y los planetas. Toda teoría que plantea una Tierra que se mueve debe explicar el hecho de que las estrellas parezcan permanecer en un patrón fijo (las constelaciones) que rodea la Tierra cada 24 horas. El hecho es que existe paralaje entre la Tierra y las estrellas, pero como las estrellas están tan distantes, parecen no moverse. El diminuto cambio de perspectiva es tan difícil de medir que el paralaje estelar no fue observado hasta el siglo XIX, cuando hubo telescopios con la potencia suficiente para efectuar las medidas precisas requeridas. Durante muchos siglos, la mayoría de los pensadores tomaron el argumento de Aristarco de que todas las estrellas están a gran distancia como un motivo para descartar su teoría centrada en el Sol y no para apoyarla.

Copérnico, quien se conocía el Almagesto de Ptolomeo de cabo a rabo, se dio cuenta de que podía simplificar el modelo ptolemaico centrado en la Tierra si también colocaba al Sol en el centro del cosmos. Su modelo, al igual que el de Aristarco, no es estrictamente heliocéntrico, sino más bien heliostático: la Tierra inmóvil es reemplazada por un Sol inmóvil. Copérnico continuó creyendo que las esferas eran de cristal, pero redujo su número de unas ochenta en el sistema ptolemaico (el número había crecido con el paso de los años) a 34.

Copérnico conocía el sistema heliocéntrico de Aristarco y se refiere a él de soslayo en un manuscrito que ha sobrevivido, pero por alguna razón no cita el pasaje en la edición impresa de su gran obra: De revolutionibus orbium coelestium. Es posible que diera con las ideas a través de las obras de escritores árabes. Retrasó la publicación del De revolutionibus hasta después de su muerte. Se suele afirmar que lo hizo a fin de protegerse de la cólera de la Iglesia, pero parece que la retrasó porque esperaba encontrar primero pruebas y porque temía la reacción de sus colegas. También parece probable que estuviera demasiado ocupado, pues además de astrónomo y clérigo católico, fue clasicista, médico, diplomático, filósofo, traductor, jurista y gobernador. No tenía más idea que Aristarco acerca de cómo explicar la aparente falta de movimiento de la Tierra. Tampoco, puesto que no hay un punto fijo desde donde apreciar qué es arriba y qué es abajo, pudo explicar por qué las cosas pesadas caen al suelo. Toda nueva teoría que reemplazara a una Tierra estática con una Tierra en movimiento debía explicar por qué los objetos caen al suelo, como lo hace la descripción de Aristóteles. Copérnico planteó la existencia de una fuerza atractiva que se anticipa a la gravedad, pero no logró convertirla en una teoría capaz de realizar predicciones mensurables. Su fuerza era mística: «una inclinación natural, conferida a las partes de los cuerpos por el Creador a fin de combinar las partes en la forma de una esfera y, de este modo, contribuir a su unidad e integridad». Tampoco está del todo claro que su sistema fuera más sencillo o preciso que el de Ptolomeo. De todos modos, cuando su obra fue publicada no suscitó apenas reacción y no fue prohibida hasta 1616, más de setenta años después. En lugar de provocar una revolución, las ideas de Copérnico muy bien podrían haber desaparecido sin dejar huella de no ser porque Galileo se interesó por ellas.

Desde el siglo XIII se sabía que las lentes podían hacer que objetos distantes parecieran más cercanos, pero no hubo telescopios hasta que los holandeses los inventaron en el siglo XVII, como ingenios novedosos creados para divisar a la gente al otro lado de la calle. Galileo Galilei (1564-1642) fabricó su primer telescopio basándose en una descripción verbal que le hicieron de la invención holandesa, y aunque pronto fabricó telescopios superiores a todos los de Holanda, a pesar de su disposición mejorada de las lentes solo producía imágenes borrosas, a una distancia enorme de las imágenes cristalinas que se consiguen con los instrumentos modernos. Es probable que Galileo probara sus telescopios dirigiéndolos al otro lado de la calle, pero hizo historia cuando los enfocó a los cielos y halló sentido a lo que allí vio. El astrónomo inglés Thomas Harriot (1560-1621) fue posiblemente la primera persona que utilizó el telescopio para fines astronómicos.⁸ En 1609 comenzó a trazar el mapa de la Luna, pero fue Galileo quien primero se dio cuenta de que tenía montañas y valles.

En el cosmos aristotélico, el mundo sublunar es donde las cosas se degradan, porque allí es donde sucede el cambio. Lejos de ser el centro del cosmos, la Tierra era el fondo del universo, el lugar al que caían los objetos terrenales. Esta opinión se abrió paso en la teología cristiana, afianzándose desde la época de san Agustín (354-430). En su Divina comedia, el poeta florentino Dante Alighieri (1265-1321) coloca el infierno en el centro del universo, con Satán como centro absoluto. Incluso en el siglo XVII, durante la Reforma, la Tierra era considerada por algunos el más indigno de todos los planetas. El humanismo fue una reacción contra esta teología sombría y un intento de encontrar un emplazamiento más elevado para el hombre en el cosmos.

En la cosmología de Aristóteles los cielos se encuentran donde está la Luna y más allá, una región que es invariable y carente de máculas, literalmente inmaculada. En la teología cristiana se considera al Cielo, por supuesto, el lugar más respetable. Cuando Galileo describió una Luna que tiene montañas y un Sol que tiene manchas, se puso de manifiesto que la cosmología de Aristóteles era defectuosa, o por lo menos que necesitaba una mayor elaboración.

Este fue el momento en que empezamos a confiar en la tecnología para extender el alcance de nuestros sentidos y cuando comenzamos a creer que el universo posee muchas de las mismas cualidades que resultan patentes en la Tierra, que los cielos no están separados.

El 7 de enero de 1610 Galileo identificó tres «estrellas» cerca de Júpiter. En noches posteriores vio que cambiaban de posición en relación unas de otras, con lo que las descartó como estrellas fijas. El 10 de enero se percató de que una de ellas había desaparecido. Galileo había descubierto tres de las lunas de Júpiter, una de las cuales estaba ahora escondida tras la cara oculta de Júpiter. El 13 de enero identificó una cuarta luna. En menos de una semana había reunido las primeras pruebas convincentes de que no todos los cuerpos celestiales orbitan la Tierra como deberían hacerlo según el sistema ptolemaico. Más adelante ese mismo año, Galileo observó que Venus tiene fases igual que la Luna. Los sistemas copernicano y ptolemaico efectúan predicciones diferentes acerca de cómo deben verse estas fases cuando se observan desde la Tierra. Las observaciones de Galileo abogaban por un sistema en el que Venus orbita alrededor del Sol, no de la Tierra. Cuando Galileo continuó recogiendo pruebas, el sistema ptolemaico empezó a fallar.

La Iglesia no ignoró los descubrimientos de Galileo, pero sí rechazó el modelo copernicano como explicación. Se mostró a favor de un nuevo modelo que también estaba en concordancia con los nuevos descubrimientos.

Tycho Brahe (1546-1601) fue un noble danés, astrónomo y astrólogo, cuya contribución más significativa a la historia de la ciencia consistió en la precisión de sus observaciones astronómicas. Fue basándose en las observaciones de Brahe como el astrónomo, matemático y astrólogo alemán Johannes Kepler (1571-1630) descubrió sus leyes epónimas de movimiento planetario. En su descripción, los cuerpos astronómicos ejecutan órbitas elípticas, algo que Galileo no estaba dispuesto a aceptar (las leyes de Kepler se confirmaron más tarde, una vez que se contó con la ley de la gravitación universal de Newton).

Tycho Brahe creía que el cosmos está centrado en la Tierra e ideó un modelo que protege este aspecto del modelo ptolemaico. También se empleó para explicar las observaciones que efectuaría Galileo tras la muerte de Tycho. En el modelo de Tycho (por alguna razón, al igual que a Galileo, a Tycho se le conoce por su primer nombre) se concede que Venus, Saturno y los restantes planetas conocidos giran alrededor del Sol, pero el Sol continúa girando alrededor del punto fijo que es la Tierra. Desde una perspectiva matemática, los modelos de Tycho y Copérnico son equivalentes. En realidad, el sistema copernicano presenta la desventaja de que el supuesto movimiento de la Tierra y el paralaje estelar necesitan una explicación.

Fue a la afirmación de que la Tierra se mueve a la que la Inquisición obligó a renunciar a Galileo en 1633 y a la que se dice apócrifamente que añadió en un murmullo: «Y sin embargo, se mueve» (E pur si muove!). En la práctica, Galileo fue obligado a renegar de su nuevo método científico, que sostenía que la simetría matemática más elegante del sistema copernicano lo hacía un sistema más verdadero que el de Tycho. El intento de Galileo de adjudicar realidad física al modelo copernicano enfrentó la elegancia matemática a la autoridad de la Iglesia (conferida por la Biblia y ciertas ideas clásicas que la Iglesia había anquilosado). Por más que Galileo se viera obligado a retractarse, su apelación directa a la elegancia matemática como autoridad final puso a la ciencia en un nuevo rumbo.

Acaso no resulte tan poco razonable que la Iglesia juzgara este paso demasiado excesivo. En cierto modo, la Iglesia se limitaba a actuar como lo hace la ciencia: negarse a aceptar un modelo nuevo hasta que describa claramente más fenómenos para los que existan pruebas experimentales. Se necesita valentía para desafiar la autoridad de la Iglesia, del mismo modo que se necesita dicha valentía para desafiar la autoridad de la ciencia: ninguna de las dos acepta la innovación con los brazos abiertos. La diferencia es que por muy dogmática que sea la tendencia del mundo científico, la metodología de la ciencia garantiza que todas las teorías sean provisionales y que todas acaben reemplazadas por nuevas teorías en aras del avance.

Por miedo a la Inquisición, la investigación científica se estancó en el mundo católico y se trasladó a Inglaterra y Holanda. Por más que la Iglesia hubiera puesto su fe en el sistema de Tycho, en el mundo cotidiano el sistema copernicano se fue adoptando silenciosamente, sobre todo por los navegantes, debido a una razón totalmente práctica: era más fácil de utilizar. ¿Por qué poner a la Tierra en el centro si los cálculos matemáticos producen los mismos resultados, pero se alcanzan de manera más sencilla cuando se coloca al Sol en ese puesto? Pero el sistema copernicano todavía no era capaz de resolver por qué el Sol debía ser ahora lo que estaba fijo en el centro.

Cabría afirmar que la ciencia moderna comenzó en ese año de 1543, cuando Copérnico quitó a la Tierra del centro del universo y puso en su lugar al Sol. Con este solo acto estableció un principio por el que se ha guiado la ciencia desde entonces: que la humanidad no solo no está en el centro físico del universo; no está en el centro de ningún modo, literal ni metafóricamente. Lo que lanzó la revolución científica no fue la colocación del Sol en el centro del cosmos (de donde, de todos modos, después fue apartado), sino el hecho de quitar de ese lugar a la Tierra. No somos el ombligo del mundo.

5

A vueltas con el movimiento

Nuestra curiosidad se basa en un horizonte que se aleja.

ADAM PHILLIPS

El mundo material es un lugar donde hay cosas, y esas cosas están en movimiento. Durante dos mil años se aceptó que, en líneas generales, el movimiento era tal como Aristóteles lo había descrito. Este filósofo inició una elaborada metafísica del movimiento, pero sus planteamientos básicos fueron que un objeto no se mueve a menos que se lo empuje, y que los objetos más pesados caen más deprisa que los más ligeros.

Galileo dedicó gran parte de su vida a tratar de describir el movimiento de un nuevo modo. La primera de sus obras se tituló De Motu (Del movimiento), y la última, Consideraciones y demostraciones matemáticas sobre dos ciencias nuevas (publicada en 1638 en los Países Bajos sin autorización de la Inquisición), regresó al mismo tema. Galileo revolucionó la idea del movimiento. Mostró que, independientemente de su masa, todos los objetos que caen desde la misma altura se dan contra el suelo al mismo tiempo, o al menos así lo harían en el vacío. Casi con certeza llegó a esta convicción mediante la reflexión y no mediante el experimento. La relación entre pensar en el mundo y medirlo es estrecha y sutil. El famoso experimento en el que supuestamente se dejaron caer balas de cañón de diferentes tamaños desde la torre inclinada de Pisa no ocurrió en realidad. El hecho de que en el experimento mental de Galileo las balas de cañón caigan al suelo al mismo tiempo solo en el vacío es una idealización platónica del mundo, un modo de adentrarse en cómo deben ser las cosas y no en cómo parecen ser en el mundo corrompido que habitamos. Pero a partir de esas nociones idealizadas se construye una teoría que puede después probarse; los experimentos demuestran que el mundo real es así y no como aparenta. Un genio como Galileo está a veces tan seguro de que el mundo ha de ser como lo ha entendido intelectualmente que da por sentado el resultado experimental. Aunque Galileo no siempre haya probado sus teorías, mortales inferiores sí lo han hecho. En ausencia de un gran genio, la ciencia suele funcionar en dirección contraria: la naturaleza corrompida es observada y medida, y con ese conocimiento se construye la teoría idealizada. Cabría afirmar que el método científico moderno es una extensión y fusión de las filosofías platónica y aristotélica. La parte de observación del proceso es lo que hemos heredado de Aristóteles, mientras que la descripción matemática idealizada proviene de Platón, aunque existe el peligro de que a posteriori establezcamos una distinción excesiva entre los dos filósofos, distinción carente de sentido en la época.

Fue Galileo, no Einstein, quien primero se dio cuenta de que todo movimiento es relativo. En otro experimento mental, se imaginó dos barcas que viajaban a una velocidad constante en un mar perfectamente plano y vacío (escenario que solo podía existir en un mundo platónico). Recurriendo nada más al pensamiento, vio que sería imposible como pasajero de cualquiera de las dos barcas indicar cuál es el movimiento real; solo resulta patente el movimiento relativo entre las barcas. No se puede realizar ningún experimento que me indique si me estoy moviendo, si eres tú el que se mueve en la otra barca o si nos estamos moviendo los dos. Necesitamos una costa o algo fijo frente a lo que medir el movimiento absoluto. Sin embargo, el universo no tiene costa, ni siquiera en las denominadas estrellas fijas, que no lo están en absoluto, sino que solo lo aparentan porque están muy lejanas. Lo más que cabe decir del movimiento de todos los cuerpos en el universo es que se observa que se mueven unos respecto a los otros.

El cosmos ptolemaico tiene una Tierra estacionaria en su centro, lo que la convierte en la costa del universo desde donde es posible juzgar todo movimiento. En el cosmos de Galileo no hay centro alguno en reposo y, por tanto, tampoco costa. En realidad no puede haber ningún punto quieto en un universo compuesto de cosas que se están moviendo todas, unas respecto a las otras. Tampoco cabe afirmar que haya una cosa en el universo verdaderamente en reposo. Para los humanos de la Tierra, la apariencia de quietud es otra ilusión convincente.

Isaac Newton (1643-1727) formalizó y desarrolló las ideas de Galileo en sus tres leyes del movimiento. La primera ley nos dice que en un mundo sin fricción las cosas se mueven ininterrumpida y eternamente hasta que se lo impida una fuerza exterior. Esta ley también se denomina «ley de la inercia». La segunda ley describe lo que ocurre si se aplica una fuerza a un objeto (se acelera), y la tercera, que todas las fuerzas se presentan en parejas: siempre que se aplica una fuerza, cobra existencia una fuerza igual dirigida en sentido contrario. Aristóteles estuvo cerca de comprender el principio de la inercia. En realidad, fue su reacción contra idealizaciones platónicas como la eternidad o una superficie vacía y sin fricción alguna, la que le llevó a llegar a la conclusión contraria. Sostuvo que no podía haber movimiento alguno en el vacío y, por tanto, que no podía existir tal cosa. Durante los dos mil años siguientes, el principio de la inercia se descubriría varias veces —destacando en su estudio el filósofo chino Mozi en el siglo III y los filósofos árabes en el siglo XI—, pero esta nueva comprensión del movimiento no se generalizó hasta que fue expresada por Newton como parte de su reconcepción radical de lo que entendemos por realidad física. Con sus tres leyes, Newton inició una descripción matemática de un mundo físico en el que hay conceptos como masa, velocidad, aceleración y momento. Para este nuevo mundo introdujo un nuevo y particular tipo de fuerza, que describió por separado en su teoría de la gravitación universal. Como ya había hecho Copérnico antes que él, Newton planteó que existe cierta inclinación inherente en toda la materia, que se extiende por el vacío del espacio y que atrae a todas las cosas entre sí. Sin embargo, la diferencia estriba en que Newton encontró un modo de describir la naturaleza de esta fuerza valiéndose de la matemática. En una sola ecuación muestra que la intensidad de la fuerza gravitatoria está directamente relacionada con la masa de los cuerpos que se atraen entre sí y que disminuye como el cuadrado de la distancia que hay entre ellos. Entre Galileo y Newton idearon un modo de relacionar la matemática y la cognición. La naturaleza está «escrita en el lenguaje de la matemática —escribió Galileo—, y sus caracteres son triángulos, círculos y otras figuras geométricas, sin las cuales es humanamente imposible entender una palabra de ella; sin esos caracteres, se deambula en un laberinto».

¿Podemos concebir cómo era el mundo antes de que Newton lo describiera en virtud de la velocidad, la masa y la gravedad, cuando la gravedad era una tendencia y no una fuerza? El mundo conceptual de Newton ha llegado a ser tan real para nosotros que quizá estemos aislados en él en aspectos que nunca seremos ni tan siquiera capaces de captar.¹

La fuerza gravitatoria de Newton no es menos mística que la fuerza postulada por Copérnico, pero esta vez estamos dispuestos a pagar el precio de entrada —suspender nuestra incredulidad— debido a la capacidad descriptiva y generalizadora de su teoría. La gravedad unifica los cielos y la Tierra. La misma fuerza causante de que una manzana caiga al suelo también impulsa a la Luna a girar alrededor de la Tierra. En la física aristotélica hay descripciones diferentes para las distintas partes del cosmos: su explicación de por qué los planetas se mueven es distinta de su explicación de por qué las cosas se mueven sobre la Tierra. El filósofo francés René Descartes (1596-1650) intentó explicar el movimiento planetario como resultado de vórtices en una suerte de fluido que impregnaba el espacio. Newton ofrece una única descripción para todos los objetos grandes y pequeños del universo: no se trata de una descripción local, sino de una universal. Describe cómo debería ser la fuerza mística postulada por Copérnico —cómo tiene que comportarse matemáticamente— si queremos explicar por qué no percibimos el movimiento de la Tierra por el espacio. La gravedad mantiene las cosas de la Tierra, incluida la atmósfera, unidas localmente, como si fuera un barco surcando un vacío. En todas las escalas de tamaño, la gravedad mantiene juntas las estructuras del universo, como sistemas planetarios, galaxias, cúmulos de galaxias y cúmulos de cúmulos de galaxias.

Las leyes del movimiento de Newton nos dicen por qué, una vez en movimiento, los planetas siguen en movimiento. Los planetas están más cerca del mundo platónico de ideales ya que se desplazan por un espacio sin fricción. En la Tierra es menos evidente que el movimiento es tal como Newton lo describe. Los objetos se mueven con lentitud y se paran, puesto que en la Tierra hay fricción: el movimiento de las cosas queda dificultado y se oscurece su verdadera naturaleza platónica.

En una visión del mundo puramente mecánica, una fuerza mística como la gravedad no debe admitirse, pero los científicos son pragmáticos. Si la teoría funciona aceptablemente bien, será mejor cierto misticismo que demasiado misterio, de momento al menos. El intento de Descartes de aportar una descripción mecánica para explicar el movimiento de los planetas parece más fiel al espíritu del materialismo, pero la explicación de Newton, aunque se fundamenta en una fuerza inmaterial, posee los beneficios claros de la universalidad y la elegancia matemática. La teoría gravitatoria de Newton se conoce como la teoría universal de la gravedad por buenas razones. Galileo y Newton quitaron la inmovilidad que había existido en el centro del viejo cosmos para reemplazarla por la relatividad. La Tierra se mueve alrededor del Sol a unos 30 kilómetros por segundo, con lo cual queremos decir que si suponemos que el Sol está inmóvil, la Tierra se mueve respecto a él a 30 kilómetros por segundo. Pero el Sol no está inmóvil: se está moviendo, por ejemplo, en relación con el centro de la galaxia. El sistema solar tarda de 225 a 250 millones de años en orbitar el centro de la galaxia, viajando a velocidades supersónicas (217 kilómetros por segundo). La Vía Láctea se mueve hacia la galaxia de Andrómeda a 88 kilómetros por segundo. El Grupo Local se mueve alrededor del centro del supercúmulo de Virgo a 600 kilómetros por segundo. Y el supercúmulo de Virgo se mueve alrededor de un complejo de galaxias llamado «el Gran Atractor». En el universo en general todo está en movimiento en todas las escalas de tamaño.

El reposo es una ilusión. Medimos el movimiento en referencia a ejes de tiempo y espacio que portamos con nosotros. Fue Descartes, observando una mosca en una habitación, quien se dio cuenta de que los objetos podían ser descritos de forma unívoca en el mundo del espacio y el tiempo en referencia a un conjunto de coordenadas: tres de espacio y una de tiempo. Nos aseguramos de que el movimiento uniforme se mide universalmente como el mismo movimiento por distintos observadores efectuando una sencilla suma o resta que traduce el movimiento de un marco de referencia a otro: yo en la Tierra, por ejemplo, y tú en algún punto de los confines lejanos de algún otro brazo espiral de otra galaxia. Sería puro egotismo afirmar que hay inmovilidad donde yo he determinado que la hay. Declarar que la Tierra es el centro inmóvil del universo solo podría lograrse por decreto.

El universo newtoniano de cosas independientes en movimiento se representa en un teatro enmarcado por el espacio y el tiempo en el que no hay un lugar para el reposo. El espacio y el tiempo son inmutables, eternos e infinitos. El espacio es infinito en extensión, y el tiempo se mide como si fuera un péndulo que midiera arcos trazados en el espacio durante toda la eternidad. En un universo vacío, la visión newtoniana del mundo nos garantiza que todavía existirían tiempo y espacio. El vacío tendría sentido. Siempre habría tiempo y espacio, incluso cuando no hubiera nada.

Durante varios cientos de años, la descripción que hizo Newton del universo funcionó muy bien. Pero después, en el mundo moderno más rápido, comenzamos a darnos cuenta de que su teoría también falla. Las leyes del movimiento de Newton postulan el tipo de velocidades que asociamos con la vida cotidiana, pero si adoptamos una visión menos egocéntrica, descubrimos que esas leyes no son universales después de todo. No funcionan a velocidades muy elevadas. Resulta que la concepción newtoniana del movimiento solo sirve para determinados tipos de movimiento. Se trata de una descripción aproximada, como en definitiva demuestran ser todas las teorías científicas.

A veces se puede salvar una teoría modificándola; otras veces, para describir el mundo con mayor precisión se tiene que recurrir a una forma diferente. Y esta es una de esas otras veces.

Albert Einstein (1879-1955) reconcibió el universo para hallar sentido a nuevos fenómenos que la mecánica newtoniana no podía explicar. Su remedio es drástico. Tiempo y espacio no son absolutos como Newton los concibió, ni tampoco son como creemos entenderlos. Einstein se dio cuenta de que hay algo más que resulta más fundamental que el espacio y el tiempo.

La palabra «fundamental», como la palabra «único», no deberían tener comparativo ni superlativo. No hay nada «más único» ni «uniquísimo». Si algo es fundamental, no cabe una comprensión más profunda, nada más fundamental; pero en el discurso científico el fondo nunca deja de descender. Jamás se puede asegurar que lo que hoy tomamos por cualidades fundamentales del mundo se mantendrán como tales durante mucho tiempo. La verdad en la ciencia es siempre provisional. De hecho, la ciencia puede eludir por completo la idea de la verdad. Solo hay lo que es más cierto y no lo que es cierto. Y siempre hay algo más cierto. Es posible incluso entender el avance científico como el conocimiento seguro de que siempre hay alguna cualidad, hasta el momento insospechada, que es más fundamental.

Einstein aportó una nueva idea de lo que es el movimiento. Se dio cuenta de que todo movimiento es igual que el de la luz. Cuesta un poco acostumbrarse a lo que significa este postulado. Nuestra idea de lo que pensamos que es el movimiento es tan firme, que concebirlo de otra forma casi está más allá de nuestra imaginación. Nos sentimos tan cómodos con la idea de Newton de que el tiempo y el espacio son absolutos y de que las cosas se mueven respecto a ese marco fijo, que la teoría de Einstein todavía nos choca más de cien años después.

La famosa teoría de Einstein, la conocida como la teoría especial de la relatividad, apareció por primera vez en 1905 en un artículo titulado «Sobre la electrodinámica de los cuerpos en movimiento». Fue el físico alemán Max Planck (1858-1947) quien dio un nuevo nombre a la teoría, aunque Einstein pensaba que la palabra «relatividad» era engañosa y habría preferido en su lugar «invariancia», palabra que tiene el significado contrario.

Einstein heredó de Galileo el principio de la relatividad y la idea copernicana imbuida en él de que la realidad debe parecer la misma a todos los observadores que se muevan a velocidades constantes. También se inspiró en la obra del filósofo y físico austriaco Ernst Mach (1838-1916). En un experimento mental, Mach se había dado cuenta de que el movimiento de un único objeto en un universo vacío carece de sentido (puesto que el movimiento solo lo tiene en relación con el movimiento de otra cosa). El principio de Mach, que todavía no se comprende con claridad, sugiere que el universo en su conjunto participa en cualquier movimiento. El universo empuja en contra siempre que aplicamos una fuerza a un objeto. Utilizando este principio, Einstein fue capaz de explicar un diminuto bamboleo efectuado por la Tierra, no aclarado por la mecánica newtoniana, y que es debido a la presencia de todo lo que hay en el universo más allá de los planetas y el Sol. El curioso principio de Mach parece entrañar que el universo sabe hacer de algún modo que la Tierra se bambolee; en realidad, que el universo en su conjunto sabe cuándo cae una manzana al suelo. Prescindiendo de las implicaciones, Mach liberó a Einstein de la idea de que se necesitan ejes fijos de espacio y tiempo para describir el movimiento. En la concepción newtoniana de la realidad física, tiempo y espacio conforman el marco dentro del que se despliega el drama del universo. Liberado de tal concepción, Einstein comenzó a trasladar el universo a un teatro diferente.

Se sabía que la luz tiene una velocidad finita desde hacía más de un siglo, aunque no fue hasta finales de la década de 1840 cuando el físico francés Armand Fizeau (1819-1896) realizó la primera medición decente. En 1862 la medición ya había alcanzado una precisión con un margen de error del 1 %. Sin embargo, fue Einstein quien se dio cuenta de que la velocidad de la luz también tiene que ser la más rápida posible del universo. Esta sola afirmación socava la idea newtoniana del movimiento relativo. Einstein nos está diciendo que el movimiento de la luz no puede ser relativo. Sea cual fuere el movimiento que una cosa tiene en relación con la luz, dicho movimiento nunca puede ser más rápido que la velocidad de la luz (porque no hay velocidad más rápida que la de esta). En el mundo newtoniano se predice que el movimiento relativo entre dos rayos de luz dirigidos uno contra otro duplica la velocidad de la luz; en el mundo de Einstein el movimiento combinado no puede ser mayor que la velocidad de la luz. Debido a cierta peculiaridad en la naturaleza de la luz, Einstein se dio cuenta de que el movimiento no puede ser como Newton lo describió. Afirmar que nada viaja más deprisa que la luz es solo otra forma de decir que el movimiento de la luz es invariante o no relativo.

En el mundo newtoniano en el que pensamos que vivimos, creemos que sabemos cómo expresar de qué forma difiere un movimiento de otro, aunque no sea por otra razón que el hecho de que podemos ver moverse las cosas en relación con nosotros a velocidades diferentes. Incluso pensamos que sabemos cómo medir estas velocidades relativas. Chocar de frente contra un muro es la mitad de malo que chocar de frente contra un coche que viene hacia nosotros en dirección contraria a la misma velocidad.

Einstein nos muestra que el mundo no es así: es simplemente como parece ser a las velocidades lentas a las que estamos acostumbrados en nuestras vidas cotidianas. Ha de admitirse que la descripción de Newton es una aproximación muy buena. No se trata de que su descripción no funcione a velocidades próximas a la velocidad de la luz; no funciona a ninguna velocidad, pero es más difícil percibirlo a velocidades más lentas. En última instancia, la ciencia no se fundamenta en mediciones aproximadas, sino en una medición cada vez más precisa. A veces medir con mayor precisión supone medir de forma diferente. Cuando los objetos viajan a velocidades elevadas —cercanas a la velocidad de la luz—, resulta evidente que las velocidades relativas no pueden sumarse de la forma sencilla a la que estamos acostumbrados. Para explicar por qué falla Newton, Einstein tuvo que describir el movimiento de otra manera. En una descripción unificada del mundo, ¿cómo podría ser posible que haya un tipo de movimiento que tenga una naturaleza diferente de la del movimiento de todas las restantes cosas? No es posible y, por tanto, tiene que haber algún error en nuestra concepción de cómo pensamos que es el mundo.

Einstein descarta la idea de las velocidades relativas y la reemplaza con una comprensión más a fondo de que el movimiento no es relativo: es invariante y es el movimiento que tiene la luz. Pero, ¿cómo puede ser? ¿Cómo podría un tranquilo peatón tener el mismo movimiento que la luz? No tiene sentido. Pero eso es porque pensamos que sabemos qué es el movimiento y estamos pensando en términos newtonianos. Einstein describe el movimiento de forma diferente y lo hace ligando más estrechamente tiempo y espacio. Afirma que espacio y tiempo están unidos en una única realidad cuadrimensional llamada espacio-tiempo, y es en esa realidad extradimensional donde se ve que todo movimiento es igual. Solo nos parece diferente porque no experimentamos esa unidad de tiempo y espacio.

Einstein trastorna la realidad absoluta y eterna del espacio y tiempo newtonianos y la reemplaza por un nuevo absoluto: la naturaleza invariante de la luz. Tiempo y espacio se convierten en cualidades relativas porque la velocidad de la luz no lo es. Una de las consecuencias de esta percepción es que en el nuevo mundo tal como Einstein lo revela, los relojes parecen andar más lentamente para todo aquel que se mueva con respecto a nosotros (en el mundo newtoniano que experimentamos). Y lo que tal vez resulte más extraño es que la persona que observamos piensa justo lo mismo: que es nuestro reloj el que va más lento. Y esta simetría será cierta si se mantiene el principio copernicano de que todos observamos la realidad del mismo modo.

Desde nuestra perspectiva, para un rayo de luz el tiempo se enlentece tanto que ni siquiera pasa. La luz no tiene movimiento por el tiempo; todo su movimiento se realiza a través del espacio. Desde este entendimiento quizá lleguemos a vislumbrar que todos los demás movimientos son iguales que el de la luz: todos los demás son movimientos que, en mayor o menor grado, se alejan del movimiento en el espacio para acercarse al movimiento en el tiempo. El tranquilo peatón parece moverse lentamente comparado con la velocidad de la luz porque la mayoría de su movimiento es en el tiempo y no en el espacio. Cuando observamos el movimiento en el espacio-tiempo, podemos ver (o un matemático podría convencernos de ello) que el movimiento del peatón y el de la luz son equivalentes.

Sin embargo, existe un problema de fondo en la descripción de Einstein. La teoría no explica por qué experimentamos el tiempo y el espacio por separado. Es difícil aceptar que vivimos en un mundo cuadrimensional y no en las tres dimensiones de espacio y una de tiempo. ¿Quizá experimentaríamos la unidad más profunda si fuéramos más conscientes o falta algo en la descripción de Einstein que la convierte en una descripción matemática más que física de la realidad? ¿Es platónica más que aristotélica? Pero también cabría recordar que nuestra respuesta natural al mundo es colocarnos en su centro y creer en la existencia de nuestro yo, y así tampoco parece que sea en realidad el mundo.

Einstein luchó por hacer que su teoría fuera general. La teoría especial explica el movimiento constante (y puede explicar el movimiento acelerado), pero no la gravedad. Un simple (pero imposible) experimento mental nos muestra que hay algo en la gravedad que la enfrenta con lo que sabemos de la luz. Si de pronto se retirara el Sol del universo, notaríamos su falta enseguida porque, según Newton, la gravedad actúa en el acto, pero no veríamos la desaparición del Sol hasta pasados 8 minutos, pues eso es lo que tarda la luz en viajar del Sol aquí. Esta aparente paradoja necesita una resolución.

La transferencia inmediata de información implícita en la teoría de la gravedad de Newton no está permitida en la de Einstein, quien tendría que aportar una nueva teoría de la gravedad. Su gran avance llegó cuando se dio cuenta de que existe simetría entre aceleración y gravedad. Llamó a esta percepción «el pensamiento más feliz de mi vida». Pero su teoría le costó un gran esfuerzo. Einstein, que nunca se consideró un gran matemático, necesitó aprender una matemática muy difícil en la que escribir su teoría. La tarea le llevó diez años. Las ecuaciones son complejas, a diferencia de la ecuación memorablemente elegante E = mc² que apuntala matemáticamente la teoría especial de la relatividad. El escritor inglés C. P. Snow (1905-1980) señaló una vez que, si no hubiera sido por Einstein, tal vez seguiríamos esperando la teoría general. No es una opinión muy compartida y, en todo caso, ¿cómo podríamos saberlo?

El triunfo de la teoría general es que la naturaleza mística de la fuerza gravitatoria de Newton se evapora en la geometría del espacio-tiempo. La presencia de una masa distorsiona el espacio-tiempo, y la gravedad es esa distorsión. Una órbita planetaria es simplemente la ruta labrada por la masa del Sol en el espacio-tiempo. La Tierra gira alrededor del Sol porque la masa del Sol (y, en menor grado, la de la Tierra) distorsiona el espacio-tiempo, y la Tierra se mueve por esa distorsión. Si el Sol fuera más masivo, el espacio estaría más curvado, con lo que la órbita sería más corta y próxima. Alrededor de los objetos con masas relativamente bajas, como nuestro Sol, la distorsión del espacio-tiempo es más evidente como distorsión del espacio. Alrededor de los objetos más masivos que ofrece el universo, como una estrella de neutrones, también resultaría evidente que el tiempo está dilatado. Por último, Einstein despoja de misticismo la fuerza de Newton. John Wheeler lo resumió así: «La materia le dice al espacio cómo curvarse y el espacio le dice a la materia cómo moverse». O como lo expresó el físico estadounidense Michio Kaku (n. 1947): «En cierto sentido, la gravedad no existe; lo que mueve a los planetas y estrellas es la distorsión del espacio y el tiempo». Mercurio, el planeta más interior del sistema solar, siente su efecto gravitatorio con mayor fuerza; la relatividad general consigue explicar una leve rareza en su movimiento observado debido al hecho de hallarse en un campo gravitatorio.

El efecto de la gravedad no es solo astronómico: el efecto de enlentecimiento causado por la gravedad se ha medido de manera más prosaica. Se mostró que un reloj situado en lo alto de una torre de 25 metros de altura en el campus de Harvard iba más deprisa —un segundo cada 100 millones de años— que un reloj situado en su base, donde la gravedad es ligeramente más fuerte. La diferencia en las capacidades de cronometración de los relojes también está predicha por la relatividad general. Esto sí que es una medida precisa.

Si el Sol se retirara de pronto del universo de Einstein, el espaciotiempo se desplegaría en una onda que viajaría hasta nosotros a la velocidad de la luz. Sentiríamos la desaparición del Sol gravitatoriamente en el mismo momento en que la viéramos. Tanto la luz como la gravedad son vías de transferir información y ambas están limitadas por la velocidad de la luz. Se insinúa que quizá la gravedad y la luz estén conectadas de algún modo, que incluso puede haber aspectos de algo más profundo que las una. Einstein dedicó la última parte de su vida a intentar unificar estos dos aspectos fundamentales de la naturaleza, una búsqueda que continúa hoy en día.

La cosmología moderna comenzó con la teoría general de la relatividad, pero la matemática es tan compleja que al principio no estuvo claro cómo tenía que interpretarse físicamente dicha teoría. Al preguntarse cómo aplicaría su teoría al universo en su conjunto, Einstein se dio cuenta de que tenía que adoptar alguna simplificación sobre la naturaleza de la realidad, sobre cómo tiene que ser el universo. Su conjetura fue que el universo debía parecer el mismo cuando se contemplara desde cualquier posición estratégica; esto es, debía ser isótropo. Esta conjetura se denomina «principio cosmológico» y es otra expresión de la idea copernicana de que nadie posee una posición privilegiada en el universo. Nadie está en su centro, literal ni figuradamente. En este caso, Einstein da la vuelta al principio copernicano: si nada es el centro del universo y parece el mismo desde todas las posiciones estratégicas, equivale a decir que todo es el centro. Estamos en el centro del universo, al fin y al cabo; pero también todo lo demás.

Cuando la teoría general se publicó por primera vez en 1915, se suscitó una gran especulación acerca de la extensión del universo. Muchos pensaron que tal vez la Vía Láctea constituía el universo completo. Pero desde aquí en la Tierra la vemos como una especie de carretera que recorre el cielo y a la que los romanos le pusieron ese nombre.² Si ese era el universo completo, parecería diferente a los alienígenas que no lo contemplaran desde nuestra posición estratégica y, por tanto, según el principio cosmológico de Einstein, no puede ser el universo.

Einstein adoptó una simplificación más: que el contenido del universo isótropo está distribuido de manera uniforme. Vaya conjetura. Es evidente que el universo no es uniforme ni monótono en ninguno de los órdenes de magnitud con los que nos hemos topado, pero en las escalas mayores, más allá de las estructuras formadas por cúmulos de cúmulos de galaxias, hay razones para suponer que la conjetura de Einstein es acertada. Sin embargo, en la argumentación se percibe cierta circularidad que cuesta superar: partiendo de la uniformidad asumida del universo, se descubre la uniformidad. Una vez más, debemos dejar de lado estos subterfugios filosóficos. El principio cosmológico permite a los científicos aplicar la relatividad general al universo en su conjunto para alcanzar una comprensión más profunda que se corrobora mediante experimentos y se evidencia por el avance tecnológico. ¡Cállate y calcula!

A los pocos meses de la publicación de la teoría general, el físico alemán Karl Schwarzchild (1873-1916) le encontró una solución matemática que predecía la existencia de los agujeros negros, aunque no recibieron ese nombre hasta 1967. Al principio la idea de que hubiera unos objetos tan extraños en el universo se rechazó rotundamente, incluso por parte del mismo Einstein. Pero de manera gradual se acabó reconociendo a estos cuerpos superdensos como uno de sus rasgos más importantes.

En 1917 Einstein y otros ya se habían dado cuenta de que las ecuaciones de la relatividad general no describían un universo estático. A Einstein le preocupaba que la gravedad provocara la contracción de un universo que no era estático, así que arregló la situación añadiendo un término arbitrario al que llamó «constante cosmológica» (no debe confundirse con el principio cosmológico) para mantener estable el universo. Añadir términos adicionales y arbitrarios a una teoría no es algo que los científicos hagan a la ligera. La teoría ptolemaica se sostuvo por la adición repetida de epiciclos, una solución a medida. Siempre podía encontrarse una nueva disposición de epiciclos para explicar nuevos datos relativos al movimiento planetario, pero al precio de complicar matemáticamente la teoría y carecer de realidad física. En el método científico moderno la interpretación física de una teoría es de importancia primordial. Sin una interpretación física, la ciencia se reduce a abstracción matemática. Más tarde Einstein calificó la adición de su constante cosmológica como el mayor error de su vida.

En 1922 el matemático ruso Alexander Friedman (1888-1925) se dio cuenta de que sin la constante cosmológica las ecuaciones de la relatividad general describen, en realidad, un universo en expansión. Una vez más, fue Einstein quien primero rechazó la idea de que tal interpretación de sus propias ecuaciones pudiera tener alguna realidad física. Sin embargo, el sacerdote y astrónomo belga George Lemaître (1894-1966) decidió dar por buena esta solución. Sostuvo que si el universo está en expansión, tiene que haberse expandido a partir de algo más pequeño. Llevando esta idea a su conclusión lógica, conjeturó que se puede hacer retroceder el tiempo y el espacio hasta un momento en el que el universo en su totalidad cabía en un lugar reducido: que el universo tuvo un principio antes del cual no había tiempo ni espacio.

El razonamiento de Lemaître era muy sugerente y quedó explicitado cuando describió el universo como «un huevo cósmico que hizo explosión en el momento de la creación». El hecho de que el universo tuviera un principio no era para muchos científicos un pensamiento agradable: de hecho, era un dogma cristiano apenas disfrazado, presentado por un sacerdote católico que se las daba de astrónomo. Pero Lemaître había llegado a amoldarse a su doble vida: «Hay dos modos de llegar a la verdad —dijo una vez—. Yo he decidido seguir ambos».

Hasta la década de 1920 la ciencia mantuvo —aunque sin percatarse— la creencia común a algunas religiones orientales de que el universo es eterno, infinito e incausado, sin necesidad de un acto de creación ni de un relato de creación. El universo newtoniano nunca termina y nunca empieza, en consonancia con la noción de un Dios eterno e invariable. Son las leyes de Dios las que Newton intentó comprender. Dios creó el mundo y las leyes de la naturaleza, pero el mismo universo existe igual que Dios, eternamente. Contemplar el universo de Newton es mirar hacia atrás eternamente a objetos cada vez más distantes.

El astrofísico inglés sir Arthur Eddington (1882-1944), dejando a un lado su repulsa personal hacia la idea de que había habido un momento de creación, descubrió en el artículo de Lemaître de 1927 una posible explicación de una inquietante observación efectuada dos años más tarde por el astrónomo estadounidense Edwin Hubble (1889-1953). Uno de los supuestos de la ciencia es que el universo es coherente. Sean las que fueren las propiedades que adjudicamos, por poner un ejemplo, a los elementos químicos partiendo de su estudio minucioso aquí en la Tierra, creemos que dichos elementos tienen las mismas propiedades cuando nos los encontramos en otras partes del universo. Cuando los elementos arden, la luz que se emite produce un patrón de colores característico cuando se contempla a escala atómica, utilizando un proceso llamado «espectroscopia». El espectro de colores puede utilizarse para identificar cada elemento por separado. En 1929, Edwin Hubble encontró el espectro distintivo del hidrógeno en una estrella distante, pero su espectro estaba corrido, como si todos los colores fueran más rojos de lo que debían. Suponiendo que este es el hidrógeno que buscamos y puesto que creemos que el hidrógeno es el mismo en todo el universo, este fenómeno necesita una explicación.

El efecto Doppler proporciona una explicación sencilla. El físico austriaco Christian Doppler (1803-1853) fue quien primero aclaró un efecto que todos percibimos casi a diario en la vida moderna. Se pone de manifiesto cuando pasa una ambulancia a gran velocidad. El sonido empieza más agudo que el tono real de la sirena y se reduce a un tono más bajo cuando la ambulancia se aleja. Suena como si el tono cayera de repente, pero en realidad es la intensidad del sonido la que desciende, y el tono va disminuyendo de manera constante. Como el paralaje, el efecto Doppler es el resultado de un cambio en la relación entre el observador y lo que se observa.³ Ocurre una cosa similar cuando vemos las líneas desplazadas hacia la parte roja del espectro. Un corrimiento al rojo nos dice que los colores parecen tener menos energía y el efecto Doppler nos indica que esa apariencia de menos energía corresponde a un objeto que se está alejando de nosotros. La disminución de intensidad es un efecto del movimiento, no algo inherente al objeto en sí. En otras palabras, estamos contemplando el mismo hidrógeno, pero se trata de un hidrógeno que se está alejando de nosotros. Aunque la explicación es sencilla, la inferencia resulta trascendental, y ya había sido predicha por Lemaître.

Lemaître había efectuado la osada predicción de que, en un universo en expansión, los cuerpos más distantes parecería que se están separando de nosotros y parecerían moverse más deprisa cuanto más lejos estuvieran. Los cuerpos distantes no se alejan entre sí debido a un movimiento inherente, sino por la misma expansión del espacio. La observación del Hubble en 1929 y otras previas y posteriores apoyaron esta interpretación. Casi todos los objetos distantes en el cielo nocturno parecen estar alejándose de nosotros, y la mejor explicación no es que dé la casualidad de que todos se están alejando por coincidencia, sino porque es el mismo espacio el que se está expandiendo y alejándolos.⁴ Una de las primeras observaciones de estas misteriosas líneas espectrales desplazadas al rojo fue la del espectro de la galaxia de Andrómeda. El desplazamiento de las líneas hacia el extremo rojo del espectro podría explicarse si se da por supuesto que Andrómeda se está alejando de nosotros a la que por entonces era la velocidad astronómica más elevada medida. Las observaciones repetidas de objetos astronómicos con corrimientos hacia el rojo (que otrora se creyeron estrellas) se aceptaron como prueba adicional tanto del universo en expansión como de que existían más galaxias que la nuestra. Andrómeda y todos esos objetos astronómicos distantes que se alejan fueron elevados a la categoría de galaxias y se efectuó una extraordinaria unificación de la naturaleza: el conocimiento del mundo atómico se empleó para comprender el universo a tamaño astronómico. Como había ocurrido cuando Galileo elevó su telescopio hacia los cielos por primera vez, el universo se reconfiguró. No solo podemos entender el universo en su totalidad mirando a su mayor extensión, sino que por vez primera comenzamos a comprender el universo en general mirando con mayor precisión sus dimensiones más pequeñas.

Una vez retirada la constante cosmológica, se obtiene una nueva solución —la denominada teoría del Big Bang— de la matemática de la relatividad general, aunque de nuevo tras una resistencia inicial por parte del autor de la teoría. Ahora, cuando contemplamos el espacio, miramos hacia atrás, no a la eternidad de Newton, sino al comienzo del universo. Observar el horizonte es recorrer la historia del universo de regreso en el tiempo. La materia de movimiento lento que vemos a nuestro alrededor cobra velocidad y se asemeja más a la radiación (se parece cada vez más a la luz) a medida que el universo se hace más pequeño. Cuando el universo comenzó solo había luz de alta energía, a partir de la cual se creó toda la materia que existe. El universo es luz que ha evolucionado.

Parte de la luz de poco después del Big Bang nos llega hoy, tras haber viajado por el universo desde el principio de los tiempos. Y nos llega en forma de radiación llamada «radiación de fondo de microondas» (RFM), descubierta en 1965 y la prueba experimental más contundente de que el Big Bang sucedió. El Cosmic Background Explorer (COBE, «explorador del fondo cósmico») de la NASA dibujó el primer mapa de esta radiación: lanzado en 1989, los resultados se anunciaron al mundo el 23 de abril de 1992. En los primeros años del nuevo milenio, la Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP, «sonda Wilkinson de anisotropía de microondas») de la NASA realizó un nuevo mapa, que proporciona tanto la imagen más detallada con que contamos de la apariencia que tenía el universo poco después del Big Bang, como la datación más precisa hasta ahora de la edad del universo. El 11 de febrero de 2003 la NASA proclamó que el universo tenía 13.700 millones de años, con un margen de error de 200 millones de años. El mapa se ha vuelto más detallado en los años recientes. El 17 de marzo de 2006 se publicó un mapa de tres años, y el 28 de febrero de 2008, un mapa de cinco años. Los datos de este último estudio permiten datar el universo con más precisión todavía, de modo que ahora se dice que el universo tiene una antigüedad de 13.730 millones de años con un margen de error de 120 millones de años.

Einstein reconcibió qué es el movimiento para unificar el de todas las cosas. La naturaleza de la luz nos muestra cómo efectuar esa unificación. También expuso algunas conexiones profundas entre la luz y la gravedad, esos dos medios con los que vemos y, en definitiva, aprehendemos el universo. El Big Bang nos indica que el universo comenzó como una bola de luz hace 13.700 millones de años. Todos esos años después, nos damos cuenta hoy de que el universo contiene cosas complejas, incluidos seres humanos que han descubierto que todo fue otrora radiación indiferenciada. Pero si todo fue una vez luz, parece razonable preguntarse cómo parte de esa luz se convirtió en materia y cómo dicha materia se convirtió en nosotros. Y la ciencia se plantea esas preguntas, y también tiene respuestas.

En nuestro relato, hasta ahora, hemos indagado en el universo valiéndonos de la luz y mediante la presencia de la gravedad. Que existe una conexión entre luz y materia se insinúa una y otra vez a medida que la ciencia avanza.

Mediante la luz y la gravedad podemos concebir el universo como un contenedor con un borde en el cual hay objetos móviles procesando información. El borde del universo es un horizonte. Está tan lejos como hasta donde alcance nuestra vista: lo que se llama el universo visible. Hay muchas razones para suponer que existe mucho más universo —quizá un universo infinito— más allá de ese horizonte, donde las leyes de la naturaleza acaso sean muy distintas. Metafóricamente, también vemos el universo al tratar de comprenderlo. Cuando reflexionamos sobre él, esa capacidad metafórica de ver equivale a nuestra capacidad literal de ver. Si queremos ver más, debemos pensar más a fondo sobre la naturaleza de la luz y la gravedad.

6

La otra salida

Pero ante la afirmación de que los átomos eran «tan pequeños que ya no eran pequeños», se perdía todo sentido de la proporción, porque «ya no eran pequeños» era equivalente a «inmensos»; y en definitiva ese último paso para el átomo resultaba sin exageración fatídico. Pues en el momento de la división final, la miniaturización final de la materia, se abría de repente el cosmos entero.

THOMA MANN,

La montaña mágica

Las estrellas diminutas son un recordatorio constante de que el universo es grandísimo. La inmensidad de los cielos se lleva celebrando en la cultura desde que esta existe. Los cielos es el lugar donde viven los dioses, a quienes hemos recurrido en busca de señales y sentido.

Pero no hay nada visible a simple vista que nos recuerde que el universo también es muy pequeño. No es evidente en absoluto que existe un reino de lo diminuto en equilibrio con los cielos. Uno de los primeros en explorar este nuevo territorio fue el científico y arquitecto inglés Robert Hooke (1635-1703). Su libro Micrographia (publicado en 1665) fue un éxito de ventas y llamaron la atención sus detallados grabados (algunos de los cuales tal vez fueran realizados por Christopher Wren), en particular el de una pulga, ilustración que se desplegaba hasta cuatro veces el tamaño del libro. En su diario, Samuel Pepys (1633-1703) escribió que se quedó despierto hasta las dos de la madrugada por lo mucho que se había enfrascado en su lectura, señalando que «era el libro más ingenioso que había leído en mi vida». Hasta la invención del microscopio no fue posible ver que existe un mundo comparable de significado en lo muy pequeño. Aunque el microscopio y el telescopio fueron inventos holandeses de los primeros años del siglo XVII, las revelaciones de Hooke llegaron más de medio siglo después de que Galileo levantara por primera vez su telescopio hacia el cielo.

La inmensidad (si esta es la palabra acertada) de la pequeñez de esos mundos se pone de manifiesto en el deseo casi pueril que sintieron esos primeros pioneros de contar lo que veían, tal era su entusiasmo por la prodigalidad de la Naturaleza. Hooke calculó que hay 1.259.712.000 cámaras en una pulgada cuadrada de corcho, primera prueba de la estructura celular de las formas vivas. El científico holandés Anton van Leeuwenhoek (1632-1723), cuyos microscopios no fueron mejorados durante más de ciento cincuenta años, contó 8.280.000 animálculos en una gota de agua.

El siglo XVII contempló la apertura del universo a las dimensiones más grandes y más pequeñas, pero no fue hasta el siglo XX cuando la asombrosa pequeñez del mundo apareció en nuestra comprensión física del universo en su conjunto.

Carecemos de nombre para el carácter diminuto del universo (no cabe duda de que «país de las hadas» no sirve) y de lenguaje con el que navegar por espacios pequeños. Hemos llegado a las estrellas, ¿pero adónde llegamos cuando vamos a las cosas pequeñas? ¿Al interior? ¿Hacia abajo? ¿Debajo?

Tenemos la noción de que algún día viajaremos al universo para ver por nosotros mismos que es tal como lo hemos descrito, pero ¿cómo podríamos explorar el mundo de átomos y partículas subatómicas? No hay acceso a lo microscópico (a menos que nos imaginemos como versiones reducidas, como Alicia se encogió para pasar por una puerta de jardín de tamaño más pequeño), salvo como observadores pasivos utilizando nuestro ingenio artificialmente para extender nuestra capacidad de ver.

Es fácil pensar que el universo se reduce a la idea de magnitud. Después de todo, ¿cuál es la altura de un ser humano comparada con la distancia que nos separa hasta de nuestros vecinos estelares más cercanos? Un ser humano no parece ser mucho mayor que nada. Aceptamos más fácilmente la idea de un lugar que lo contiene todo que la de un lugar que, simétricamente, debe contener la idea de lo que es la nada. El espacio lo contiene todo, pero ¿dónde está la nada? Se antoja provocadoramente cerca. Comprendemos que para abordar la nada debemos irnos acercando a las cosas cada vez más pequeñas, del mismo modo que creemos que la única manera de abarcar el universo es mirando objetos cada vez mayores hasta que no quede nada más por ver. Podemos imaginar sostener un objeto que se encoge hasta que dentro de nuestros propios dedos acaba llegando a ese lugar donde no hay nada. ¿Pero dónde está ese lugar? No es un emplazamiento o un destino, y sin embargo parece ser un destino inherente en todos los emplazamientos.

Los materialistas creen que el mundo está compuesto de algo y que ese algo puede ser medido y descrito. Se ven obligados a afirmar: puesto que hay algo, ese algo tiene que estar compuesto de otro algo que es menor. Si una descripción material del mundo debe incluir en última instancia una descripción de lo que es la nada de la que proviene algo, es inevitable que se tenga que realizar un estudio de las cosas cada vez más pequeñas. En la física ese estudio se dedica a los átomos y sus partes constituyentes.

Si las estructuras mayores del mundo visible pueden ser abarcadas por un modesto número de pasos de orden de tamaño creciente, en correspondencia y lógicamente, también debe ser posible descubrir las estructuras más pequeñas del universo dando pasos de orden de tamaño decreciente. Es posible descender (si eso es descender) al mundo de las cosas pequeñas, disminuyendo de objetos de 1 metro de largo a una décima de metro (10 centímetros), una centésima de metro (1 centímetro), una milésima de metro (1 milímetro) y así sucesivamente. Se encontrarán estructuras de la pequeñez que son misteriosas, quizá más misteriosas que las del universo en general. Y cada paso que damos nos acerca más al mayor misterio del mundo material: qué se entiende por la nada absoluta.

100-10 CENTÍMETROS (10⁰-10⁻¹ METROS)

El adulto humano más pequeño fue Lucía Zárate (1864-1890), una mexicana exhibida en el Circo Barnum, quien alcanzó una altura máxima de 50,8 centímetros. Un feto humano a término mide de media 51,3 centímetros de la coronilla al talón. Hasta las veinte semanas de edad los fetos se miden de la coronilla a las nalgas, pues hasta esa etapa las piernas están encogidas contra el torso.

10-1 CENTÍMETROS (10⁻¹-10⁻² METROS)

A las catorce semanas un feto humano mide en promedio 8,7 centímetros de la coronilla a las nalgas.

El pájaro más pequeño del mundo en la actualidad es el colibrí abeja, con 5 centímetros de longitud. Su nido solo tiene 3 centímetros de anchura. El mamífero más pequeño es el murciélago abejorro de Tailandia o la musaraña pigmea etrusca, dependiendo de cómo se defina la pequeñez. El murciélago abejorro tiene una longitud de 3 a 4 centímetros y pesa unos 2 gramos. La musaraña pigmea etrusca ronda los 3,6 centímetros de longitud y pesa 1,3 gramos. Sin embargo, el murciélago abejorro presenta el menor tamaño craneal (1,1 centímetros) de los mamíferos.

10-1 MILÍMETROS (10⁻²-10⁻³ METROS)

Los peces más pequeños son los pertenecientes al género Paedocypris procedentes de Indonesia, que tienen una longitud de 7,9 milímetros. Aún más pequeños, entre los 6,2 y los 7,3 milímetros, son los rapes de profundidad machos de la especie Photocorynus spiniceps, si bien las hembras son mucho mayores.

1-0,1 MILÍMETRO (10⁻³-10⁻⁴ METROS)

Una cabeza de alfiler tiene un diámetro aproximado de 1 milímetro. A la mayoría de nosotros no nos cuesta ver objetos del tamaño de una cabeza de alfiler, que suponen una milésima parte de nuestra regla de metro, pero solo con una vista excelente somos capaces de discernir algo que tenga una longitud de una décima de milímetro (10⁻⁴ metros), cuatro órdenes de magnitud por debajo de nosotros mismos. La mayoría de los ácaros y garrapatas son de este tamaño: casi microscópicos. El ácaro blanco (Polyphagotarsonemus latus) tiene una longitud inferior a 0,2 milímetros.

0,1-0,01 MILÍMETROS (10⁻⁴-10⁻⁵ METROS)

Los huevos de insecto más pequeños cruzan la frontera entre lo que es discernible y lo que no lo es a simple vista. Los huevos de la mosca parasitaria Zenillia pullata pueden tener una longitud tan diminuta como 0,02 milímetros.

Las células, a partir de las cuales se construye toda vida animal y vegetal, así como una de las estructuras básicas a la que se puede reducir la vida entera, suelen encontrarse en esta categoría de tamaños. Las células de nuestro cuerpo en relación con nuestro tamaño son tan pequeñas como grande es una montaña.

0,01-0,001 MILÍMETROS (10⁻⁵-10⁻⁶ METROS)

Los organismos unicelulares más pequeños —cianobacterias y bacterias— se encuentran en esta gama de tamaños. El hecho de que estos organismos sean las criaturas vivas más antiguas y también nuestros parientes vivos de mayor edad es un descubrimiento evolutivo moderno que refuerza la creencia materialista de que del estudio de las cosas más pequeñas surge una comprensión fundamental de la naturaleza.

Los virus se hallan en el fondo de esta categoría. Son extensiones de ADN con una longitud en torno a 0,001 milímetros (10⁻⁶ metros). Aunque desde el punto de vista técnico los virus son las formas de vida más pequeñas, no pueden vivir independientes de las formas de vida mayores que los albergan.

1.000-100 NANÓMETROS¹ (10⁻⁶-10⁻⁷ metros)

El organismo vivo más pequeño registrado es el Nanoarchaeum. Vive en las profundidades oceánicas en las severas condiciones que rodean las fuentes hidrotermales, donde el agua está hirviendo. Suelen tener una longitud de 400 nanómetros.

100-10 NANÓMETROS (10⁻⁷-10⁻⁸ METROS)

Desde 1996 algunos científicos declaran haber encontrado organismos vivos, llamados «nanobios», que son aún más pequeños que el Nanoarchaeum, pero otros sostienen que esas estructuras de 20 nanómetros de longitud no son más que crecimientos cristalinos.

Lo que es la vida en su fundamento básico está en revisión constante hacia abajo. La evolución ha hecho retroceder los antepasados comunes de todos los seres vivos a las algas y bacterias; avanzar más allá nos lleva al mundo de las moléculas complejas. La biología molecular es quizá el campo de investigación más fértil en la biología evolutiva actual. La mayoría de los biólogos moleculares defienden la idea de que la vida surgió primero de moléculas autoorganizadas, y se están empezando a identificar las primeras posibles candidatas.

Resulta cada vez más evidente que la vida no es una frontera inquebrantable entre lo animado y lo inanimado, sino algo difuso como el borde del sistema solar o, de hecho, el borde del universo. Comienza a parecer que la vida podría ser una etiqueta arbitraria que imponemos a un fenómeno que no es enteramente discreto y cuyo significado solo surge de manera gradual de un proceso evolutivo que, en última instancia, debe confluir con las descripciones que tengamos para las estructuras más pequeñas del universo.

10-1 NANÓMETROS (10⁻⁸-10-9 METROS)

Una barba crece unos pocos nanómetros en el tiempo que se tarda en levantar la navaja de afeitar hasta la piel.

El buckminsterfullereno —esfera con forma de balón de fútbol fabricada por el ser humano con sesenta átomos de carbono (C₆₀)— es importante en la historia del desarrollo de la nanotecnología. Su nombre proviene del utopista y diseñador estadounidense Buckminster Fuller (1895-1983) debido a su asociación con la cúpula geodésica, una compleja estructura esférica o casi esférica que posee la propiedad de ser mucho más fuerte en su conjunto de lo que lo son sus partes constituyentes. El buckminsterfullereno es una esfera geodésica compuesta de veinte planos hexagonales y doce pentagonales de átomos de carbono. Cuando se comprime duplica la dureza del diamante, otra forma de carbono puro. Su forma altamente simétrica le otorga muchas propiedades químicas interesantes. Una sola molécula de C₆₀puede caber en un hueco de un nanómetro de anchura.

Un nanotubo es otro tipo de fullereno. Es una estructura de carbono cilíndrica con unos cuantos nanómetros de anchura pero quizá de algunos milímetros de longitud; en otras palabras, suele ser un millón de veces más larga que ancha. Estas formas de carbono de fabricación humana presentan muchas aplicaciones en la emergente ciencia de la nanotecnología y en la electrónica.

La nanotecnología es la ciencia que construye máquinas y estructuras con partes de tamaño molecular, usadas en la actualidad, por ejemplo, en los chips de los ordenadores o, más prosaicamente, en la fabricación de ropa resistente a las manchas y para intensificar las propiedades coloidales de las lociones bronceadoras. En el futuro la nanotecnología puede que encuentre modos de trasportar medicinas por el cuerpo hasta lugares específicos. El ingeniero estadounidense Eric Drexler (n. 1955- ), uno de los padres fundadores de la nanotecnología, ha predicho que un día podrían enviarse al espacio nanomáquinas más pequeñas que una bacteria para fabricar nuevos materiales, molécula a molécula, partiendo de materia prima que ya existe allí: conquistar la pequeñez del espacio se convertiría en uno de los medios con los que conquistaríamos el espacio exterior.

Las moléculas están compuestas de átomos y, en general, pertenecen a esta categoría de tamaños. Las moléculas largas, llamadas «polímeros», pueden presentar en teoría una longitud suficiente para pertenecer a varios de los órdenes de tamaño precedentes, pero su anchura no alcanza más que unos pocos átomos. La molécula larga más famosa es la del ADN. La doble hélice de la molécula de ADN tiene una anchura de 2 nanómetros.

1-0,1 NANÓMETROS (10⁻⁹-10⁻¹⁰ METROS)

En esta gama de tamaños se encuentran los átomos con los que se construyen las moléculas. El átomo más grande, el del cesio, tiene un diámetro de 0,546 nanómetros, lo que lo sitúa en el medio de la categoría. El átomo más pequeño es el del hidrógeno con un diámetro de 0,106 nanómetros, justo por encima del límite de la categoría.

Toda la materia a gran escala o macroscópica está compuesta por moléculas y todas las moléculas están compuestas por átomos de los 94 elementos diferentes que se dan de forma natural. Hay otros elementos que solo existen en laboratorios. Podemos reducir la naturaleza a este modesto número de diferencias: los elementos que aparecen ordenados en la tabla periódica.

Se entendía que los átomos eran la última palabra en una descripción física de la materia: la palabra «átomo» significaba indivisible. Ahora sabemos que están lejos de ser indivisibles, si bien también sabemos que no es fácil dividirlos. Los átomos forman una fuerte barrera que cuesta quebrar y que se extiende entre el mundo familiar y cercano de las «cosas» y el curioso mundo que se encuentra más allá.

El atomismo fue una filosofía propuesta por vez primera por Leucipo y su discípulo Demócrito antes del año 400 a. C., basada en la idea de que el universo estaba compuesto de pequeñas cosas que son imperceptibles, indestructibles, indivisibles, eternas y no creadas. Esta forma de concebir el mundo no se volvió a aceptar hasta comienzos del siglo XIX, cuando el científico inglés John Dalton (1766-1844) se dio cuenta de que en algunas reacciones los productos químicos se combinan en cantidades de peso correspondientes a números enteros, lo que le sugirió que debería haber una cantidad mínima de cada sustancia. Así pues, en tiempos modernos los átomos surgieron de la química y no de la física. Sin embargo, la idea de Dalton continuó como hipótesis durante cien años más; incluso a finales del siglo XIX el físico Ernst Mach, cuya comprensión de la relatividad del movimiento influyó a Einstein, era de la opinión de que los átomos nunca podrían percibirse mediante los sentidos y, por tanto, debía aceptarse que eran entidades puramente teóricas y no físicas.

El atomismo, la filosofía que defiende que hay cosas indivisibles, resulta inquietante. ¿Cómo puede haber un fin para la pequeñez en un mundo material? Toda partícula con extensión espacial no puede ser a la vez indivisible y fundamental. Todo lo que se extiende es susceptible de ser etiquetado: esta área A y esa área B. Una cosa como esa debe ser capaz de dividirse —aunque no sepamos cómo hacerlo— o nos vemos obligados a afirmar por decreto que la cosa está hecha de un material que no puede ser dividido y, de este modo, no es fundamental. Los físicos que buscan las partes fundamentales de la materia dicen que tales partes tienen que carecer de estructura. Los científicos actuales han llegado a la misma conclusión filosófica que los críticos antiguos del atomismo: que si hay partículas elementales, deben revelarse de algún modo como puntuales, esto es, no extendidas. Todo lo que es extendido debe tener estructura. El hecho de que la materia elemental no pueda tener extensión espacial llevó a los antiguos a descartar el atomismo. Aunque la ciencia moderna llega a la misma conclusión acerca de cómo ha de ser la materia elemental, ha emprendido la búsqueda de esta materia misteriosa.

Históricamente, tan pronto como se puso de manifiesto que los átomos tienen tamaño quedaron liquidados y se continuó la búsqueda de los «átomos» de los átomos, de las partículas elementales, como acabaron conociéndose.

Pero cabría preguntarse qué tipo de existencia podemos adjudicar a algo que no tiene extensión en el espacio. ¿Debe aceptarse ahora que esas cosas, como lo fueron otrora los átomos de Mach, son entidades puramente matemáticas sin significado físico? ¿Y cómo vamos a encontrar esas sustancias misteriosas en una red que se pretende que tamice objetos cada vez más pequeños? Nuestras partículas elementales están condenadas a colarse si no tienen extensión en el espacio.

Fuera cual fuese la realidad filosófica de los átomos, cada vez resultaba más patente por las pruebas experimentales que incluso ellos —existan realmente o no— están compuestos de otra cosa.

POR DEBAJO DE 10⁻¹⁰ METROS

Según el escritor científico británico John Gribbin (n. 1946- ), fue la invención de una bomba de vacío mejorada a mediados del siglo XIX la que llevó «a la mayor revolución de la historia de la ciencia». Los vacíos perfectos no existen en la naturaleza ni en el laboratorio. La naturaleza es la que más se acerca. La mayoría del espacio exterior está más cerca del vacío que cualquier vacío fabricado por la humanidad en el laboratorio. Pero esas primeras bombas de vacío crearon nuevas condiciones en la Tierra: una aproximación a la nada. De esa nueva condición provino una nueva comprensión de la naturaleza de la realidad.

Se puede hacer que una corriente eléctrica que fluye por un vacío produzca rayos brillantes que viajan en líneas rectas y proyectan sombra. Esos rayos, descubiertos por vez primera en la década de 1860, recibieron el nombre de «rayos catódicos». Durante un tiempo se pensó que tal vez fueran una forma de luz, hasta que se descubrió que viajaban más despacio que ella. En los últimos años del siglo XIX el físico inglés J. J. Thompson (1856-1940) fue capaz de mostrar que esos rayos están formados por haces de electrones, partículas aún más pequeñas que los átomos. En 1899 midió la carga de un electrón individual y reveló que tenía una masa en torno a 1/2.000 de la masa de un átomo de hidrógeno. Fueran lo que fuesen los átomos, ahí había una prueba de que, en efecto, están hechos de algo más pequeño.

El físico francés Henri Becquerel (1852-1908) descubrió de manera accidental la radiación en 1896 mientras investigaba varios materiales fosforescentes, como el uranio, que había acumulado desde la época de su abuelo, quien había realizado un estudio de tales fenómenos. Lo que en principio se denominó «rayos de Becquerel» se demostró más adelante que eran dos tipos de radiación —haces de partículas cargadas—, que se llamaron rayos alfa y beta. Puesto que estos rayos tienen la energía suficiente para tomar parte en reacciones nucleares y puesto que ocurren de manera natural, alcanzaron una importancia crucial en la historia inicial de física de partículas. Una explicación de la radiación alfa y beta contiene buena parte de la historia posterior de la física de partículas.

En 1909 el físico de origen neozelandés Ernest Rutherford (1871-1973) supervisó un experimento con rayos alfa que revelaría una imagen reconociblemente moderna del átomo. En el experimento se bombardea una delgada lámina de pan de oro con rayos alfa. Se emplea pan de oro porque puede hacerse muy fino, alcanzando un espesor de unos cuantos átomos. Se esperaba que los rayos alfa atravesaran la lámina y se desviaran siguiendo una serie de ángulos, según predecía el modelo por entonces vigente de la estructura del átomo. En 1904 J. J. Thomson había presentado lo que más tarde se denominó —aunque no por él— el modelo del átomo del pudin de pasas. Las cargas eléctricas negativas están embutidas en una nube de carga positiva, como si fueran las pasas de un pudin.² El resultado del experimento de Rutherford mostró que este modelo necesitaba ser revisado. La mayoría de las partículas alfa que componían los rayos no se desviaban en absoluto cuando traspasaban la lámina y, lo que resultaba aún más sorprendente, en torno a 1 de cada 8.000 partículas se desviaba más de 90°. Se ha dicho que era como disparar balas a una hoja de papel y descubrir que una bala fortuita rebotaba y volvía hacia la pistola. En 1912 Rutherford interpretó con acierto el resultado: que de cuando en cuando una partícula alfa —con carga positiva ella misma— efectúa una colisión frontal con el centro concentrado y positivamente cargado del átomo, lo que más tarde se denominó su núcleo. En este nuevo modelo, el núcleo diminuto del átomo está rodeado de electrones que de algún modo se mueven a su alrededor, como planetas alrededor del Sol. Cómo se mueven los electrones en torno al núcleo sería uno de los descubrimientos clave de la física cuántica. En 1912 aún faltaba esa explicación.

Un átomo característico tiene el diámetro de una fracción de nanómetro (menos de una milmillonésima de metro), pero Rutherford reveló que para encontrar su núcleo es necesario descender cuatro órdenes de magnitud más. Un núcleo atómico típico tiene una anchura³ de unos 10⁻¹⁴ metros, más de 10.000 veces menor que el mismo átomo. Dar con el núcleo dentro de un átomo se ha equiparado a encontrar un guisante suspendido en el espacio de una catedral, pero estas analogías caseras, por muy elocuentes que resulten, también pueden distraer. El átomo no es una catedral ni el núcleo un guisante; no son cosas reducidas a escala de nuestro mundo local. En la ciencia es importante no cambiar comprensión por egocentrismo casero, no conceder precedencia a guisantes y catedrales. «Las analogías no prueban nada —escribió Freud—, pero pueden hacer que nos sintamos más cómodos». Nuestro hogar es, por definición, algo cercano. La ciencia, por metodología, significa hacer ese hogar cada vez más global: el hogar como el universo.

Dejando a un lado todo enigma filosófico, la búsqueda del material elemental del universo parecía que iba bien. En 1932, las 94 diferencias de los elementos ya se habían reducido a solo tres. Los átomos diferentes de la naturaleza son disposiciones de protones y neutrones (como el núcleo) y electrones. Sin embargo, se descubrió que, a su vez, los protones y neutrones tienen tamaño (cada uno se encuentra en la región de 10⁻¹⁵ metros de diámetro) y, por tanto, fueron desechados como partículas fundamentales.

A mediados del siglo XX se había descubierto que los protones y neutrones están compuestos por materia aún más pequeña llamada «cuarks», nombre intelectual tomado de una novela bastante poco leída de James Joyce, El despertar de Finnegan (del verso «Tres cuarks para Muster Mark»). Fue el físico de partículas estadounidense Murray Gell-Mann (n. 1929- ) —físico adusto y preciso del que se dice que ha llegado a veces a corregir a algunas personas sobre la pronunciación de sus propios nombres— quien concibió la rebuscada teoría que llevó a la búsqueda y descubrimiento de estas misteriosas partículas. Y fue él quien les puso nombre. Con un toque más liviano propio de su naturaleza populachera, Richard Feynman,⁴ quien estaba desarrollando una teoría siguiendo líneas similares, propuso que la partícula se denominara partón, por Dolly Parton.⁵

Los cuarks y los electrones poseen una propiedad que los distingue del resto de las partículas pequeñas. Se los describe afirmando que presentan una anchura máxima de 10⁻¹⁸ metros (una milmillonésima de milmillonésima de metro), tamaño al que solo llegamos descendiendo varios órdenes de magnitud más desde el tamaño de un protón o neutrón. Se declara que los cuarks y electrones son las partículas elementales que hemos venido buscando. Pero si las partículas elementales no han de tener extensión en el espacio, ¿cuál sería su apariencia? Y si no tienen extensión, ¿cómo podemos decir también que los electrones y los cuarks alcanzan un tamaño máximo de 10⁻¹⁸ metros? La clave se encuentra en ese «máxima».

7

Luz sobre la materia

Da una patada a la roca, Sam Johnson, rómpete los huesos; pero el material de las piedras es nebuloso, nebuloso.

RICHARD WILBUR,

Epistemology

Nuestra comprensión del mundo a gran escala logró profundidad porque nos volvimos más sensibles a la luz: construimos mejores telescopios y, de este modo, extendimos el alcance de nuestros ojos, y elaboramos mejores teorías y, de este modo, extendimos el alcance de nuestros cerebros. Algo similar parece estar ocurriendo en el otro extremo del mundo. Los microscopios son otra vía para extender nuestra capacidad de ver.

Es evidente que la luz es fundamental para hacer una descripción del mundo material, pero todavía no nos hemos preguntado cómo sería una descripción material de la misma luz. La relatividad especial unifica energía y materia a través de la velocidad de la luz, y la relatividad general apunta hacia una posible unificación de la luz y la gravedad. Sabemos que la gravedad es la geometría del espacio-tiempo, pero ¿qué es la luz? La impresión que nos dicta el sentido común sobre el mundo es que hay materia que compone el mundo visible, y luego está el mundo invisible de la luz. Si se quiere llegar a una descripción unificada de la naturaleza, es preciso entender de algún modo cómo el mundo invisible de la luz se convierte en el mundo visible de la naturaleza. Debemos resolver la paradoja de que lo que contemplamos se ve mediante algo que es invisible.

Aristóteles pensaba que los ojos generaban la luz por la que vemos. Los primeros estudios de la luz se relacionaron con la naturaleza de los ojos y cómo podían ver. La disciplina se llama «óptica». Quizá Leonardo da Vinci haya sido uno de los primeros en reparar en la difracción de la luz en colores tal como se ven, por ejemplo, sobre una pluma, o en la actualidad sobre los apretados surcos de un CD. Newton escuchó a su contemporáneo el erudito Robert Hooke «hablar de una extraña desviación de la luz causada a su paso cerca del borde de una navaja, cuchillo u otro cuerpo opaco», fenómeno que no se comprendió durante al menos un siglo más. Newton se había interesado por la naturaleza de la luz después de comprar un prisma en una feria ambulante. Lo empleó para descomponer la luz visible en sus colores constitutivos y luego se preguntó, simétricamente (una útil treta científica), si los colores podían recombinarse para hacer de nuevo luz invisible. Tuvo que esperar hasta que volvió la feria para comprar un nuevo prisma y probar su teoría. Aunque Newton, a finales del siglo XVII, efectuó importantes descubrimientos sobre la naturaleza de la luz, su concepción de ella como una corriente «de ardientes partículas» no podía explicar el extraño efecto que Hooke había observado alrededor del borde de un cuchillo. El contemporáneo de Newton Christiaan Huygens había postulado una teoría ondulatoria de la luz. Pero uno de los problemas de esta teoría es que las ondas necesitan propagarse a través de algo; Huygens propuso que se movían a través de una especie de gelatina finísima llamada «éter» (a la sustancia de la que se dice que estaban formados los cielos aristotélicos se le dio idéntico nombre, pero no es el mismo material, claro está). La objeción de Newton al éter es que necesitaría llenar el espacio en su totalidad y disminuiría la velocidad de los planetas. El problema del éter iba a perseguir a la ciencia durante mucho tiempo. La fama de Newton y su apoyo a una teoría de partículas retrasó el estudio de la luz durante más de un siglo.

En los primeros años del siglo XIX, el prodigioso científico y egiptólogo inglés Thomas Young (1773-1829) ofreció la primera explicación plausible del fenómeno que había observado Hooke. Según se cree, Young llevó un cuaderno de notas desde los dos años, había leído dos veces la Biblia a los cuatro años, estaba leyendo a Newton a los siete años y a los dieciséis era capaz de leer en latín, griego, francés, italiano, hebreo, caldeo, siríaco, samaritano, árabe, persa, turco y etíope. En Cambridge se le conocía como «el Fenómeno Young». Ideó un experimento para poner a prueba y demostrar que el mejor modo de explicar el fenómeno de la difracción de la luz en torno a bordes afilados es concibiéndola como ondas y no como partículas. Su sencillo experimento de 1801 es uno de los más famosos y fáciles de reproducir de la historia de la ciencia. Hizo pasar una luz brillante a través de un par de rendijas con una anchura aproximada de una millonésima de metro (el ancho aproximado que tendría una hoja de afeitar). Sobre una pantalla posterior, una serie de bandas de oscuridad y brillo muestran dónde se ha combinado la luz que ha pasado a través de las rendijas, como si fueran ondas de agua, anulándose donde se encuentran valles y crestas y reforzándose donde se encuentran valles con valles o crestas con crestas. El efecto se denomina «interferencia». En 1802 William Wollaston descubrió que la luz que pasaba a través de un prisma y se observaba a través de un microscopio, también revelaba líneas oscuras y brillantes. Aunque por entonces no se sabía, estaba contemplando la rúbrica del Sol: los elementos de los que está formado. Una observación similar efectuada avanzado el siglo XIX llevó al descubrimiento del helio, elemento por entonces desconocido en la Tierra y que recibió ese nombre por helios, la palabra griega para «sol». Antaño se pensaba que el Sol era igual que la Tierra, pero más caliente. El filósofo presocrático Anaxágoras (c. 500 a. C.-428 d. C.) pensaba que los meteoritos eran material arrojado desde el Sol. Incluso en la década de 1920 se pensaba que el Sol tenía solo un 5 % de hidrógeno. Ahora sabemos que es casi en su totalidad hidrógeno con algo de helio y pequeñas cantidades de otros cuantos elementos.

Siempre que los beneficios compensen el coste, la ciencia puede mostrarse sorprendentemente flexible a la hora de aceptar una teoría. La gravedad invisible de Newton fue admitida (frente a cierta resistencia, claro está) porque la teoría gravitatoria unifica buena parte de la naturaleza. Si una nueva teoría, junto con el mal necesario de que aparezca una nueva sustancia inexplicada, supone una mayor capacidad explicativa —esto es, aclara en gran medida fenómenos impenetrables hasta entonces—, el mal necesario se soporta. El éter goza al menos de la ventaja de ser material, aunque no se sepa de qué material se trata.

Tomarse a Young en serio conlleva hacer otro tanto con el problema el éter, y eso cuesta bastante. La obra de Young fue ridiculizada durante décadas, pero poco a poco la capacidad explicativa de su descripción ondulatoria comenzó a superar la incomodidad de tener que aceptar la existencia de una sustancia inexplicada y no observada por la que viajaban las ondas.

En 1887 los científicos estadounidenses Albert Michelson (1852-1931) y Edward Morley (1838-1923) idearon un experimento que, en teoría, tenía la precisión necesaria para detectar el «viento» resultante del paso de la Tierra a través del éter cuando esta realiza su órbita alrededor del Sol. A pesar de su empeño, no encontraron prueba de ese «viento de éter». Su experimento es tal en un sentido particular del término: pusieron a prueba la idea de que hay un viento de éter y la refutaron con los límites de error de los instrumentos que emplearon.

El filósofo británico de origen austriaco Karl Popper (1902-1994) dio un giro radical a la idea de lo que constituye una prueba científica. Se dio cuenta de que una teoría científica nunca puede probarse por completo, pero siempre tiene que ser refutable. La mecánica newtoniana, por ejemplo, es refutable porque asevera que todo movimiento es relativo. La teoría fue refutada tan pronto como se puso de relieve que era posible elaborar una teoría mejor partiendo de la base de que el movimiento de la luz no es relativo. La descripción ptolemaica del movimiento planetario, por su parte, no es propiamente una teoría científica porque los epiciclos usados para sostener la teoría del movimiento planetario circular la hacen imposible de refutar. Sea cual fuere el movimiento planetario que se observe, es posible concebir una descripción de dicho movimiento utilizando tantos epiciclos como sean necesarios para ajustarse a los datos.

Solemos pensar que un experimento encuentra pruebas más que confirmar su ausencia, pero el experimento de Michelson-Morley sigue siéndolo en términos popperianos. Deja abierta la posibilidad de que tal vez exista el éter si se realizan mediciones más precisas, por más que eso mismo ocurra con todas las medidas más precisas: que la realidad podría resultar bastante diferente si la contemplamos un poco más de cerca.

Fue Einstein (¿quién si no?) el que demostraría que el éter no existe, y mediante puro intelecto, no mediante la medida física del mundo. En su teoría especial de la relatividad establece la hipótesis de que la luz no tiene una velocidad relativa. Su teoría se basa en la creencia de que el éter no puede existir. La luz no se mueve en relación con nada, lo que incluye al éter. El éxito de su teoría supuso que se abandonara silenciosamente la cuestión de en qué medio se propaga la luz. El hecho de que la luz fuera una onda, pero no una onda en algo, comenzó a antojarse una cuestión meramente filosófica. (¡Cállate y calcula!). De todos modos, la naturaleza de la luz estaba a punto de pasar a entenderse de una nueva forma. Dos afluentes del río de la ciencia estaban a punto de confluir en una unificación trascendental de la naturaleza.

El filósofo griego Tales sabía que podían producirse chispas (lo que ahora llamamos «electricidad estática») cuando se frota ámbar contra ciertos materiales, y que los botones de ámbar atraían el cabello como si tuvieran la energía de alguna fuerza. También se había descubierto que ciertas rocas poseían esta capacidad de atracción. El hallazgo de estas dos fuerzas atractivas naturales producidas por lo que ahora sabemos que son la electricidad y el magnetismo fue el primer leve indicio de que acaso hubiera una conexión entre ellas. A mediados del siglo XVIII el erudito y padre fundador estadounidense Benjamin Franklin (1706-1790) se percató de que la electricidad y el magnetismo se presentan de dos formas, que denominó negativa y positiva. Esta propiedad específica se postula para explicar la observación de que algunas cargas se repelen y otras se atraen. Saber que las cargas iguales se repelen y las opuestas se atraen no es una explicación, sino una aseveración de que así es como actúan las cosas cargadas. Sin embargo, sí es el comienzo de una explicación. Clasificar las cosas en tipos es lo primero que hace la ciencia; separa y etiqueta para después intentar unir fenómenos dispares de formas inesperadas.

A comienzos del siglo XIX, el físico y químico danés Hans Christian Oersted (1777-1851) mostró que la aguja de una brújula se desvía hacia la corriente eléctrica que fluye por un hilo conductor, la primera demostración de que una corriente eléctrica produce magnetismo. Una década después, el físico y químico inglés Michael Faraday (1791-1867) hizo suya esta idea y se preguntó simétricamente (de nuevo, esta importante noción) si un imán que se moviera por una bobina de hilo conductor podría producir en él una corriente eléctrica y, de este modo, descubrió lo que se denomina «inducción eléctrica». También descubrió que la electricidad puede afectar a la luz polarizada, lo que le sugirió que existe una conexión entre electricidad y luz.

Faraday, que era hijo de un herrero, leyó por primera vez sobre la electricidad cuando, durante el curso de su trabajo como encuadernador de libros, encontró un artículo sobre el tema en la Enciclopedia británica. Su momento clave llegó cuando el químico y físico inglés Humphry Davy (1778-1829) lo tomó como ayudante después de haber despedido a otro por bebedor. Si el magnetismo y la electricidad tienen naturaleza de partículas, Faraday se preguntó de qué modo saben dichas partículas cómo moverse. El mismo problema es inherente a la teoría gravitatoria de Newton: ¿de qué modo sabe un cuerpo cómo afectar a otro desde una distancia en el espacio vacío? Debido al éxito de la ley de la gravitación universal, este problema cayó en el olvido con el paso del tiempo.

Faraday imaginó que cada partícula eléctrica y magnética está rodeada por una «atmósfera de fuerza», una especie de condición espacial que más tarde denominó «campo». Faraday, como Einstein, era un firme defensor de la idea de que la naturaleza está unificada. Aunque su formación matemática era sabidamente escasa (tampoco le interesaba demasiado), inventó el concepto de campo (fundamental para comprender la naturaleza de partículas del universo) para unir esos fenómenos en una explicación. Es este campo de influencia el que indica a la partícula cómo moverse y puede concebirse como flechas en cada punto del espacio que indican la dirección de la fuerza, pero es difícil precisar si se trata de una descripción puramente matemática o es algo real. El campo no explica a fondo por qué las partículas saben a distancia qué camino seguir; es una adición ad hoc, del mismo modo que lo son el éter y la carga, que logra que la explicación funcione. Pero al otorgar al campo determinadas propiedades, nos encontramos con que podemos explicar otros fenómenos que de lo contrario no se habrían dilucidado. La descripción del campo alcanza tal éxito al respecto que poco a poco nos vamos sintiendo cómodos con su idea, igual que sucedió con la gravedad, y al final incluso se le confiere una presencia física en el mundo. El epiciclo fue una adición ad hoc, pero en la cosmología de Ptolomeo toda medición más precisa del movimiento planetario requería la adición de un epiciclo más, mientras que la idea del campo de Faraday emplea un único concepto específico para unificar una multiplicidad de fenómenos.

La naturaleza nos incita a creer en nuestros fenómenos ad hoc. Del mismo modo que vemos caer las manzanas y, por consiguiente, creemos en la gravedad de Newton, aunque no supiéramos lo que era hasta que Einstein la convirtió en la geometría del espacio-tiempo, vemos las limaduras de hierro alinearse junto a un campo magnético y comenzamos a creer que dicho campo magnético existe. El campo es nuestra explicación de cómo una fuerza puede saltar por el espacio, como lo hace la gravedad por un campo gravitatorio en la descripción de Newton. De hecho, el campo es la fuerza.

Los descubrimientos de Oersted y Faraday empiezan a sugerir lo que ahora sabemos que es cierto, que la electricidad y el magnetismo están inextricablemente entrelazados. Una partícula cargada inmóvil está rodeada por un campo eléctrico, y una partícula cargada en movimiento produce un campo eléctrico y un campo magnético. Así pues, si una partícula cargada se mueve por un campo magnético, dicho campo magnético cambia porque la partícula cargada en movimiento también produce su propio campo magnético; a su vez, ese campo magnético cambiante produce un campo eléctrico que hace que cambie el campo eléctrico de la partícula cargada en movimiento, lo que de nuevo provoca que el campo magnético cambie, y así sucesivamente. Este refuerzo mutuo es la radiación electromagnética. El ciclo de refuerzo de los campos eléctrico y magnético se mueve a la mayor velocidad posible, la velocidad de la luz.

Los campos eléctrico y magnético cambiantes no pueden describirse de manera independiente el uno del otro. Un campo magnético cambiante produce un campo eléctrico, y un campo eléctrico cambiante genera un campo magnético. Cuando se refuerzan entre sí, el resultado es el electromagnetismo, o la luz.

Asimismo, una carga eléctrica en aceleración produce también radiación electromagnética: una carga estática produce un campo magnético; una carga en movimiento produce un campo eléctrico y un campo magnético; una carga en aceleración produce un campo eléctrico cambiante y un campo magnético cambiante. Pero puesto que un campo magnético cambiante también produce un campo eléctrico, una vez más los campos se refuerzan mutuamente como radiación electromagnética.

La luz, término por el que otrora se entendía la luz visible, como la procedente del Sol o de una vela, resulta ser parte de una escala continua —o espectro— de radiación llamada «radiación electromagnética». La luz visible no es más que una parte diminuta de ese espectro, que percibimos con nuestros ojos como si estuviera separada de las restantes partes: la radiación infrarroja se siente como calor, la radiación ultravioleta broncea la piel, los rayos X destruyen las células. Al darles nombre, las hemos separado como fenómenos distintos con propiedades diferentes, pero por debajo de esta separación existe una continuidad de energía que va de las ondas de radio, con la energía más baja, a los rayos gamma, con la más alta. La naturaleza no sabe que hemos puesto nombre a pequeñas partes de la luz; en lo que a ella respecta, es una forma continua. De manera informal, los científicos emplean la palabra «luz» para referirse a cualquier parte del espectro electromagnético.

La diminuta parte del espectro que es la luz visible se divide además en una escala que vemos como colores. Los finales del espectro electromagnético completo se describen como el extremo rojo y el extremo azul, como si el espectro fuera una extensión de esa pequeña sección llamada «luz visible». Las ondas de radio no son rojas, pero se encuentran más allá del extremo rojo de la parte visible del espectro; de forma similar, los rayos X y los rayos gamma se encuentran más allá del extremo azul.

En 1861, el excéntrico matemático y físico escocés James Clerk Maxwell (1831-1879), conocido como Dafty en la universidad, publicó un artículo con cuatro ecuaciones que describían plenamente las bases matemáticas de la radiación electromagnética y que mostraban que dicha radiación viajaba a la velocidad de la luz. Maxwell conjeturó que la radiación electromagnética es lo mismo que la luz, pero por esos días no se contó con una prueba experimental. El físico alemán Heinrich Hertz (1857-1894) proporcionó la prueba física cuando produjo las primeras ondas de radio y microondas, y demostró que todas las ondas electromagnéticas viajan a la velocidad de la luz. Aunque las ecuaciones de Maxwell son menos conocidas que las leyes del movimiento de Newton y las ecuaciones de la relatividad de Einstein, son igual de trascendentales en la historia de la ciencia. Estas ecuaciones aparentemente abstractas, junto con la prueba física de Hertz, unificaron la electricidad, el magnetismo y la óptica en una sola descripción. El único motivo por el que nos sentimos inclinados a pensar que la electricidad y el magnetismo son las partes reales de algo más tenue llamado «luz» es que contamos el relato de esta síntesis desde la perspectiva histórica. Dado que llegamos a describir antes la electricidad y el magnetismo, quedan más incrustadas en la teoría científica y, por tanto, les concedemos una realidad mayor. Vemos con más claridad las partes que el todo, puesto que el todo es a lo que siempre se tiende, algo lejano en el horizonte y en el futuro. Es un concepto difícil de captar que la luz es a la vez menos tangible y la realidad más profunda. La investigación científica impone un molde extraño a la realidad. La comprensión más a fondo es siempre la más provisional porque es la más novedosa, la última en llegar, la menos probada y la más hipotética. Se ha descubierto que el magnetismo y la electricidad son aspectos de algo más simétrico, y ese algo más simétrico es la luz.

Sin embargo, resulta que las ecuaciones de Maxwell contenían un defecto fatal: solo parecían funcionar para observadores inmóviles. Existe un modo de salir del dilema si se asume que la velocidad de la luz es invariable, lo que contradice la comprensión que tenemos del movimiento tal como se describe en la mecánica newtoniana. Las leyes del movimiento de Newton nos dicen que el movimiento es relativo. ¿Cómo puede ser invariable un tipo de movimiento? Fue la fe de Einstein en que las ecuaciones de Maxwell eran acertadas y la mecánica de Newton errónea la que le alentó a creer en esta sugerencia y llevarla a sus últimas consecuencias: que el movimiento de la luz es especial. De ahí surgió su teoría especial de la relatividad y una comprensión más profunda de relación que hay entre los campos magnético y eléctrico. Según la relatividad especial, estos campos han de ser manifestaciones de lo mismo porque los observadores que se mueven en marcos de referencia diferentes verán lo que parece ser un campo eléctrico en uno de dichos marcos como un campo magnético en otro.

En ese mismo año milagroso de 1905, cuando Einstein publicó su artículo sobre la relatividad especial, también presentó otros dos trabajos trascendentales.

En uno aportó la prueba concluyente de que los átomos existen realmente (aunque para entonces ya había quedado claro que no eran partículas elementales y estaban compuestos de partículas aún más pequeñas de las que cabía afirmar o no su existencia). Publicó un artículo que daba sentido a un fenómeno llamado «movimiento browniano». Este fenómeno particular, que había carecido de explicación durante casi ochenta años, lo había descrito por primera vez el botánico escocés Robert Brown (1773-1858) como una danza que realiza el polen sobre la superficie del agua. Einstein se dio cuenta de que el movimiento podía verse como el impacto perpetuo sobre el polen de moléculas de agua individuales y, aunque esta sugerencia solo era tentativa —«No puedo formarme una opinión sobre la cuestión»—, sus aportaciones provisionales solían encubrir la certeza. En todo caso, a partir de este momento los átomos se convirtieron en entidades con realidad física, fundamentales en la química y la física del siglo XX.¹

En el tercer artículo de 1905, ofreció explicación a un fenómeno no aclarado hasta entonces, llamado «efecto fotoeléctrico». Este artículo se convirtió en una piedra fundamental de la física cuántica.

Hertz había descubierto un efecto que no podía explicar: que la luz de longitudes de onda ultravioletas es capaz de producir una chispa si incide sobre una placa metálica. Es el efecto fotoeléctrico. El problema es que incluso la luz ultravioleta muy tenue produce dicho efecto, pero las luces de otros colores no, por muy intensas que sean. Este efecto no puede explicarse empleando las descripciones clásicas de la luz, según las cuales la luz de cualquier color que tenga la energía suficiente debe producir chispas.

Einstein resolvió el problema adoptando una idea reciente que el físico alemán Max Planck (1858-1947) había usado para explicar otro fenómeno preocupante de la física clásica, llamado el «problema del cuerpo negro». Se había observado que cuando se calientan las sustancias, la mayor parte de la luz emitida presenta un máximo con un pico que es siempre de la misma forma. La frecuencia máxima puede variar según las diferentes sustancias, pero la forma del pico sigue siendo la misma. La existencia del pico no podía explicarse partiendo de la concepción clásica de la luz como una onda uniforme. Planck aportó una solución: decidió tratar la luz del mismo modo que se entendía el calor. El calor es la medida de la energía de una partícula, y la temperatura es la energía media de muchas partículas individuales. Planck decidió tratar la luz como si también fuera «grumosa», como el calor. Nunca pretendió sugerir que la luz estuviera compuesta de grumos; de hecho, dejó claro que creía que no era así y que su hipótesis no era más que un instrumento matemático. Sin embargo, con esta hipótesis fue capaz de resolver un problema agobiante. Planck no sabía por qué debía tratarse la radiación de este modo; solo que podía explicar el fenómeno observado si así lo hacía. Einstein tomó la misma idea, pero mientras que Planck la había empleado matemáticamente, él la trató físicamente, como había hecho con las implicaciones de las ecuaciones de Maxwell. Decidió creer que esos grumos de energía existían realmente.

Einstein afirmó que la luz no debía contemplarse como una onda, sino como paquetes de ondas, confiriéndole en la práctica el comportamiento de una partícula. La teoría ondulatoria clásica de la luz establece que la luz más brillante tiene mayor energía y, por tanto, debe aumentar el efecto fotoeléctrico. Pero en la realidad no ocurre eso. Si la luz de una frecuencia particular (o color) no produce chispas, por muy brillante que se haga nunca aparecerán chispas. De forma inversa, si la luz es de un color que puede producir chispas, estas continuarán por muy tenue que sea dicha luz. En la nueva descripción de Einstein, la energía de la luz se describe de forma diferente. La luz se divide en paquetes (en la práctica, partículas) denominados «cuantos», de la palabra latina quantum. Fue Planck quien calculó lo grandes que tienen que ser dichos cuantos, aunque no apreciara entonces que existen realmente. Del mismo modo que el gran valor de la velocidad de la luz moldea el paisaje del mundo macroscópico, un número diminuto llamado «constante de Planck» moldea el paisaje del mundo subatómico. El tamaño de cada cuanto de energía es la frecuencia de la luz multiplicada por la constante de Planck, que tiene un valor de 6,626 × 10⁻³⁴ julios-segundo.²

En 1926, el químico estadounidense Gilbert Lewis (1875-1946) llamó a esos cuantos de luz fotones. Si el paquete de un cuanto o fotón tiene la energía suficiente, se expele un electrón desde uno de los átomos que constituye la superficie del metal: los átomos expelidos son lo que registramos como chispas. En la nueva descripción de Einstein, el efecto sucede por muy pocas partículas que formen la luz y por muy tenue que sea. Pero si el cuanto no tiene suficiente energía, por muchas partículas que incidan sobre el metal, por muy brillante que sea la luz, nunca se producirán chispas.

Con este artículo, Einstein inventó en la práctica la física cuántica. Casi una década después, el físico danés Niels Bohr (1885-1962) empleó la misma idea para explicar otro fenómeno hasta entonces no aclarado. Los átomos de un gas calentado emiten luz en colores bien definidos en líneas espectrales. Hemos visto que el patrón espectral es una signatura única que puede emplearse para identificar cualquier elemento, pero por qué existen líneas espectrales se encuentra más allá de la capacidad explicativa de la física clásica. Para resolver el problema, Bohr propuso una nueva teoría de la apariencia física que tendría el átomo. Fue la primera tentativa para conseguir una descripción cuántica del átomo y mejorar el modelo de Rutherford, que a su vez había reemplazado al modelo de pudin de pasas de Thomson. Se puso de manifiesto enseguida que el modelo planetario del átomo de Rutherford no podía ser cierto. Un electrón en órbita es una partícula cargada en aceleración que emite radiación electromagnética y un electrón que emite radiación electromagnética es un electrón que está perdiendo energía. Se ha demostrado que un electrón que orbita caería sobre el núcleo en menos de una diezmilmillonésima de segundo.

En la descripción de Bohr, los electrones zumban alrededor del núcleo en órbitas bien definidas. Los electrones solo se pueden mover entre estas órbitas diferentes si poseen cantidades bien definidas —esto es, cuantos— de energía. De este modo, las líneas espectrales son prueba del movimiento de los electrones entre estas órbitas discretas. La diferencia de energía que tiene un electrón en un estado respecto a otro se contempla como una emisión de luz que forma la línea espectral. El tamaño fijo de estos grumos de energía emitida es prueba, como asumió Einstein, de que los cuantos de luz existen realmente. Ya hemos visto que fue el modelo de Bohr el que permitió a los cosmólogos determinar la composición de las estrellas distantes e interpretar una observación efectuada por Edwin Hubble como prueba de un universo en expansión. Por qué los electrones están confinados como afirma Bohr es otra de esas conjeturas que tenemos que aceptar, y estamos dispuestos a hacerlo porque de ese modo se explican más fenómenos.

La física cuántica cambia la forma como describimos la luz, y puesto que empleamos la luz para describir la realidad, también cambia la forma de describir esta. Un mundo que parecía ser sinuoso se revela, cuando se mira de cerca, granulado, del mismo modo que nuestro mundo tecnológico era antaño uniformemente analógico y ahora es pixelado y digital. Desde la distancia no podemos apreciar la diferencia, pero sí cuando nos acercamos.

En la descripción cuántica de la luz, vemos cosas porque las partículas diminutas de la luz llamadas fotones inciden sobre ellas. Si las partículas son lo bastante pequeñas y hay suficientes, podemos imaginarlas llegando a todas las grietas de cualquier cosa que miremos y revelando los detalles necesarios para dar la impresión de que estamos viendo un todo coherente, de igual modo que una película, constituida por la sucesión de 24 fotogramas por segundo, confiere la ilusión de vida real. En este escenario, para ver las cosas con mayor claridad se requeriría la existencia de partículas más pequeñas.

El sentido común nos dice que si el único modo de ver algo es arrojándole pequeños objetos, por muy suavemente que lancemos esas partículas, el objeto que queremos ver siempre será perturbado en algún sentido. No se puede negar el hecho de que si vemos con partículas que poseen energía, tienen que transferir parte de esa energía al objeto que es observado. El sentido común también nos lleva a la conclusión de que esta forma de contemplar el mundo pone un límite a la precisión con la que lo hacemos. Por mucho que nos empeñemos en ver el mundo con la mayor sutileza, siempre lo perturbaremos.

Parecería razonable conjeturar que existe un mundo observable más allá de esos límites, aunque no podamos verlo y, por tanto, saber de facto que está ahí. Pero en una descripción cuántica del mundo, lo razonable y el sentido común deben dejarse de lado. Richard Feynman dijo acerca de la descripción cuántica de la realidad que «nadie la entiende», lo que debe darnos cierto aliento. Es como si la energía de las partículas actuara como un velo tendido sobre el mundo entero, bajo el cual la realidad tiene la oportunidad de ser una cosa completamente diferente.

Tenemos una idea de cómo pensamos que es la realidad: un mundo de cosas separadas en movimiento que describimos empleando los conceptos conocidos newtonianos (o clásicos) de posición, velocidad, masa, energía y tiempo. En la mecánica clásica, sabiendo el momento (medido multiplicando masa por velocidad) y la posición de una partícula, se describe plenamente su movimiento. En teoría, podemos calcular dónde estaba la partícula en el pasado y dónde estará en el futuro. Sin embargo, en 1927 el físico alemán Werner Heisenberg (1901-1976) postuló su famoso principio de incertidumbre, que afirma que momento y posición no pueden ser medidos con precisión al mismo tiempo y, de este modo, niega toda una descripción clásica de la naturaleza.

Las leyes de Newton describen un mundo mecánico de objetos discretos que se mueven en el tiempo y el espacio. En tal mundo, en cada momento, cada objeto con masa tiene una posición y una velocidad que pueden medirse en relación con cierto marco de referencia. En teoría, una vez que conocemos el movimiento de un cuerpo aislado en un solo instante de tiempo, sabemos dónde encontrar dicho cuerpo en cada punto del pasado y del futuro. Su movimiento es descrito por dos informaciones, la posición del objeto y su momento. Y si el cuerpo no está aislado, de nuevo en teoría (en la práctica, resulta bastante más difícil hacerlo), siempre que conozcamos el movimiento en algún instante de cada cuerpo del sistema, podemos describir de modo similar el sistema en su conjunto. A comienzos del siglo XIX el matemático y astrónomo francés Pierre-Simon de Laplace (1749-1827) escribió sobre una inteligencia que podría comprender todos «los movimientos de los cuerpos más grandes del universo y los de los átomos más leves [...]. Para tal inteligencia nada sería incierto; y el futuro, como el pasado, estaría abierto a sus ojos». Heisenberg nos dice que el mundo no es así. Por supuesto, de inmediato queremos preguntar por qué, como hacíamos de niños. ¿Por qué es cierto el principio de Heisenberg? Por desgracia, debemos aceptar primero que así es el mundo y luego, partiendo de esta nueva descripción, buscamos predicciones que puedan probarse experimentalmente. Es la confirmación de esas predicciones mediante el experimento la que nos alienta a aceptar que el principio de Heisenberg proporciona una descripción mejor (en el sentido de que abarca más fenómenos) que la que ya teníamos.

El principio de Heisenberg nos dice que cuanto mayor sea la precisión con la que medimos el momento de una partícula, con menor exactitud conoceremos dónde está dicha partícula, y viceversa. Podemos conocer sin precisión el momento de la partícula y su posición, pero nunca conocer con precisión ambas cantidades al mismo tiempo. Si queremos saber el momento preciso de una partícula, debemos renunciar a la idea de saber dónde está dicha partícula. No se trata tanto de que la partícula pueda estar en cualquier sitio, sino del hecho de que la idea de ubicación pierde su sentido. Y a la inversa, si sabemos con exactitud dónde localizar una partícula, debemos renunciar a la idea de conocer su velocidad: la idea de velocidad, y de ahí del momento, pierden sentido. Esta es nuestra nueva imagen del aspecto de la realidad. Es muy diferente de una visión clásica del mundo, que asume que podemos medir el movimiento de un objeto a partir del conocimiento de su posición y momento cada vez con mayor precisión.

Momento y posición son aproximaciones del mundo de las cosas de mayor tamaño que llamamos el mundo clásico. La realidad del mundo cuántico es diferente. Antes de que realicemos una medida, la partícula existe de un modo carente de momento o localización. Una vez que realizamos una medida, extraemos cierta cantidad de información del mundo cuántico, que vemos como una descripción incierta del momento y posición de la partícula en un mundo clásico. Las cualidades que descubrió Newton (¿o es que las inventó?) y solían describir su mundo clásico ya no existen en el mundo cuántico subyacente.

Si queremos describir la partícula en términos clásicos, descubrimos que tal descripción siempre ha de ser incompleta. Antes de observarse, no cabe decir que una partícula esté en un lugar; la localización es una propiedad del mundo macroscópico. En su estado cuántico, antes de que efectuemos medida alguna, una partícula existe con la posibilidad de estar en lugares diferentes. Solo una vez que se realiza la medida, la partícula revelará alguna información sobre su posición incierta. El principio de incertidumbre de Heisenberg nos dice que el mundo clásico no puede conocerse con precisión. No se descarta la medida precisa, pero esta sí descarta una descripción clásica completa de la naturaleza.

La mecánica cuántica solo tiene sentido (si es que cabe afirmar que tiene alguno) si entendemos que el proceso de medida crea la apariencia de lo que llamamos realidad clásica u observable. Antes de ser medidas, las cosas no son cosas, sino que existen en un estado de potencialidad que es descriptible por una onda de probabilidad matemática. La onda se extiende en el tiempo y solo significa algo cuando extraemos información de ella; esto es, cuando se le pregunta cómo es algún aspecto de la naturaleza observable de una partícula en ese instante. La realidad no es incognoscible, pero sí incierta. En realidad, Heisenberg utilizó la palabra intraducible unanschaulichkeit, que significa más precisamente «indeterminación» o «indeterminabilidad». En su estado cuántico, los paraderos de un electrón son más indeterminables que inciertos.

No podemos saber con exactitud la respuesta a las dos preguntas que por lo demás habrían determinado la naturaleza clásica de la realidad. Otorgamos precedencia al mundo clásico porque estamos seguros de que el mundo está compuesto de cosas que se mueven en el espacio. La física cuántica nos dice que ese mundo es una ilusión construida con la información parcial que extraemos de una realidad más profunda. El mundo físico de las cosas no es más que la forma que adopta esa información parcial. Es el sentido que le damos.

Ahora podemos empezar a comprender la extraña relación que existe entre partículas elementales y tamaño. Conocer el tamaño de una partícula es, como hemos visto, simplemente una permuta con el otro aspecto de la naturaleza clásica de una partícula, su momento. Una partícula con energía baja solo parece poseer extensión en el espacio. En el mundo clásico, todo tiene un valor bajo del momento y todo parece disponer de extensión en el espacio, pero es una ilusión que surge de una realidad cuántica más profunda. Esta apariencia de extensión no es el verdadero tamaño de la partícula; el tamaño no es más que una cualidad que resulta más evidente en las energías bajas del mundo ordinario. A energías elevadas, una partícula elemental pasa a ser puntual. Pero tampoco la naturaleza puntual de una partícula elemental es su tamaño «verdadero»: ese es su aspecto cuando optamos por medir su energía.

La interpretación física del formalismo matemático de la física cuántica ha resultado un reto intelectual tan grande como los primeros intentos de encontrar interpretación física a las ecuaciones de la relatividad general de Einstein. Pero primero llegó el desafío de establecer dicho formalismo matemático, y fue Heisenberg quien hizo el primer intento. Su gran avance llegó cuando se encontraba en la isla de Heligoland en el mar del Norte, reponiéndose de un grave ataque de rinitis alérgica. Se dio cuenta de que podía hacer uso de una entidad matemática llamada «matriz» que previamente había estado restringida al mundo de la matemática pura (Einstein también había empleado un lenguaje matemático innovador en el que escribir sus ecuaciones de la relatividad general). Había mucho en juego desde una perspectiva filosófica en esos primeros días de la física cuántica. Los pioneros se habían dividido en dos bandos: los seguidores de Bohr, que hacían hincapié en el aspecto discontinuo del salto cuántico, y los seguidores de Einstein, quienes destacaban la naturaleza doble del mundo cuántico, ondulatoria y corpuscular a la vez. Las matrices de Heisenberg lo colocaron en el bando de Bohr. Sin embargo, al físico austriaco Erwin Schrödinger (1887-1961) le repugnó tanto el formalismo de Heisenberg desde el punto de vista estético que lo llamó «cagada» (o más bien su palabra equivalente en alemán) y tomó la determinación de aportar su propia descripción. Para tal fin se encerró en un hotel de Suiza durante dos semanas con su amante y dos perlas (para metérselas en las orejas a fin de bloquear cualquier ruido de fondo). La ecuación de onda de Schrödinger de 1926 delataba su inclinación por una descripción de la realidad basada en las ondas y su aborrecimiento de la discontinuidad inherente en la idea de los cuantos. Se le ocurrió después de intentar una analogía con la cuerda vibrante de un violín. En 1924 el físico aristócrata francés Louis, séptimo duque de Broglie (1892-1987), había demostrado que todas las partículas pueden describirse también como ondas; incluso de una pelota cabe decir que tiene una naturaleza ondulatoria. Como siempre, la naturaleza se revela profundamente simétrica. El físico alemán Max Born (1882-1970) sostuvo que la onda de Schrödinger no es la partícula en sí, sino una medida de la probabilidad adscrita a su naturaleza de partícula. Durante un tiempo se libró una batalla silenciosa entre los formalismos de Schrödinger y Heisenberg, por más que desde una perspectiva matemática fueran equivalentes.

A su vez, el físico inglés Paul Dirac (1902-1984) no mostró ningún entusiasmo por la ecuación de Schrödinger. Si a este último le parecía fea la matemática de Heisenberg, Dirac pensó lo mismo de la suya. En 1928 presentó una elegante descripción de cierta clase de partículas que también abarcaba la teoría de la relatividad especial de Einstein: el primer intento de descripción que englobaba la física cuántica y la relatividad. En esencia, Dirac inició el proceso de convertir la física cuántica en una teoría de campos, lo que sigue siendo en la actualidad, si bien mucho más elaborada que por aquel entonces. El mundo físico se describe hoy como campos y partículas.

La ecuación de Dirac predecía la existencia de partículas con energía negativa, aunque por entonces nadie estaba dispuesto a conceder ningún significado físico a esta solución a la ecuación. Heisenberg dijo al respecto que era «el capítulo más triste de la física teórica». Pero se descubrieron las partículas con energía negativa. La primera prueba de la denominada «antimateria» se reveló en 1932, cuando se detectó una partícula que era idéntica a un electrón, salvo por el hecho de que cuando coincidía con uno de ellos lo aniquilaba. Este antielectrón se conoce también como «positrón». Después se descubrió que todas las partículas elementales tienen compañeras antipartículas.

El límite de Heisenberg en la medida impone un trueque no solo entre momento y posición, sino también entre energía y tiempo, otro par de cantidades que proporcionarían una descripción clásica completa en el mundo newtoniano. Según el principio de Heisenberg, a las parejas de partículas de materia y antimateria se les permite existir a energías muy altas siempre que no lo hagan durante mucho tiempo. Como en general se anulan mutuamente, no cabe afirmar que existan en el mundo clásico ni que rompan ninguna de las leyes de la física clásica. Su existencia se toma de —y se devuelve a— la nada, o de lo que los científicos denominan «vacío» (que no debe confundirse con el vacío que recordamos de la escuela, donde se intenta crear una ausencia de materia con la ayuda de una bomba). Tales partículas pueden obtener tiempo y viajar hacia atrás en él, o hacerlo más deprisa que la velocidad de la luz sin romper las leyes de Einstein.

El vacío solo es nada cuando se mira desde la distancia. Cuanto más nos acerquemos, mayor energía parece poseer la nada. Aristóteles había sostenido que la naturaleza aborrece el vacío; en realidad, creía que no existía el vacío absoluto, y parece que estaba en lo cierto.

Las partículas con energía cobran existencia y dejan de existir sin causa. Aparecen y desaparecen al azar, más allá del límite del mundo de las causas: el mundo clásico que conocemos de cosas grandes que se mueven despacio y tienen baja energía. Asomarse a la tremenda energía de la nada requiere una cantidad ingente de energía. Cuanta más energía pongamos en el vacío, más partículas saltan fuera de él sin causa. La imposibilidad de la nada absoluta garantiza que, en lugar de desvanecerse en el vacío, el mundo hace lo opuesto cuando se mira de cerca: se vuelve cada vez más lleno de energía. No existe el espacio vacío. El espacio exterior parece estar vacío en su mayoría, pero la parte más diminuta del espacio vista de cerca revela que está cada vez menos vacía. El vacío es la cualidad que parece tener el espacio en tamaños más grandes.

Toda la materia visible del mundo está compuesta de solo cuatro partículas: dos clases de cuarks (llamados «arriba» y «abajo», o up y down), el electrón y una partícula asociada con el electrón llamada «neutrino». Por desgracia, para explicar estas cuatro partículas se requiere la existencia de cientos de otras partículas (más sus antipartículas correspondientes). Todas estas partículas se han encontrado insertando grandes cantidades de energía en el vacío, desde el que se les puede dar cierto tipo de existencia breve. Hay tantas de estas partículas —contempladas como picos de energía evanescentes en los aceleradores de partículas— que se las ha denominado de manera colectiva «el zoo de partículas». Al físico italiano Enrico Fermi (1901-1954) se le escuchó responder a un alumno que le preguntaba: «Joven, si yo fuera capaz de recordar los nombres de esas partículas, me habría hecho botánico».

Este derroche resulta perturbador, y la búsqueda de las leyes elegantes que apuntalan la naturaleza parece haber sufrido un revés. La prueba más convincente de que las descripciones actuales de campos y partículas son acertadas proviene del hecho de que estas teorías son las que se han probado con mayor precisión en la historia de la ciencia, más incluso que las teorías de la relatividad de Einstein. Las descripciones cuánticas de los campos se han probado con la precisión de una parte en mil millones, es decir, como si la distancia entre Nueva York y Los Ángeles se hubiera medido con un margen de error inferior al grosor de un cabello. Sin embargo, la falta de elegancia de estas teorías cuánticas de campos, llamadas de forma colectiva «modelo estándar», resulta muy perturbadora. El físico teórico Thomas Kibble (n. 1932- ) ha llegado a afirmar del modelo estándar que «una teoría tan extraordinariamente ad hoc y fea [es] sin lugar a dudas un sinsentido». E incluso sus admiradores admiten que es una improvisación. No obstante, por más que el modelo estándar sea feo, al menos sugiere simetrías más profundas.

Aunque solo hay dos cuarks que entran en la creación de materia visible, existen tres parejas de ese tipo en el modelo estándar, llamadas «arriba y abajo», «encantado y extraño» (charm y strange) y «cima y fondo» (top y bottom). Estas seis cualidades se denominan «sabores». Los mismos nombres de estas propiedades expresan su arbitrariedad; un cuark no está más encantado que otro, ni más arriba o al fondo. Es imposible precisar el aspecto que tendrían estas cualidades en el mundo físico. En cierto modo, lo mismo ocurre con las etiquetas ad hoc que ya nos hemos encontrado, como las etiquetas «positiva» y «negativa» que Benjamin Franklin aplicó a la carga de lo que más adelante se descubrió que era un electrón. Positiva y negativa solo tienen significado en la medida en que vemos que un tipo de objeto cargado eléctrica o magnéticamente repele o atrae a otro. Hay etiquetas arbitrarias que se utilizan para distinguir los fenómenos. «Cima» y «arriba» no son más que otras dos etiquetas arbitrarias, necesarias para distinguir otros fenómenos hallados en el mundo, siendo la única diferencia que estos fenómenos están demasiado alejados de nuestro mundo local para revelar en él una expresión física. Ciertas partículas poseen otra propiedad ad hoc llamada «espín», presentada por el físico austriaco Wolfgang Pauli (1900-1958) para explicar el hecho de que solo pueden existir cierto número de electrones en un átomo en cualquier nivel particular de energía. El espín nos permite afirmar que los electrones están confinados en capas de energías diferentes. Esta diferencia entre los niveles de energía de los electrones confinados en capas distintas se mide en cuantos. Hemos visto que es el movimiento entre capas y la liberación posterior de los cuantos de energía lo que explica que el espectro electromagnético de cada elemento esté definido de forma unívoca. Cabría afirmar que esta propiedad arbitraria del espín existe en el territorio situado entre una propiedad como la carga, de la que tenemos sentido en nuestra vida cotidiana, y la cualidad arriba y abajo de los cuarks, que carece de analogía. Es posible transferir el espín de las partículas del mundo cuántico a un objeto de nuestro mundo local, pongamos a una pelota. Por esta razón podríamos llegar a estar de acuerdo con que el espín cuántico tiene mayor sentido que lo que quieran significar «extraño» y «fondo». Y, sin embargo, debido a que todas las propiedades en el mundo cuántico están cuantizadas, esto es, existen en cantidades discretas, resulta difícil precisar incluso qué puede significar espín cuantizado o carga cuantizada. Y lo que es peor, resulta que ciertas partículas poseen la mitad de las cantidades de espín, lo que despoja a la palabra de cualquier significado literal que hubiéramos pensado conferirle. Cuanto más se ahonda en las teorías cuánticas de campos a fin de dar con las simetrías supremas de la naturaleza, más abstractas son las cualidades que hay que asignar al mundo tal como lo descubrimos. Los científicos no solo han identificado seis cuarks, sino que cada uno de ellos puede existir en una de tres formas diferentes o, según las etiquetas arbitrarias que se han otorgado a dichas formas, tres colores distintos. Así pues, en la práctica hay 18 tipos diferentes de cuarks.

Pero por suerte la forma en que se manifiestan en la matemática tiene algo alentador: los seis cuarks poseen las tres cualidades simétricas que ya hemos mencionado y, además, las muchas partículas que se pueden formar con cuarks siempre lo hacen con tres o dos cuarks. El protón, por ejemplo, está formado por dos cuarks arriba y un cuark abajo, y el neutrón, por un cuark arriba y dos cuarks abajo. Los tríos y parejas del mundo cuántico siguen apareciendo en el modelo estándar, aunque nadie sabe por qué. Existe la esperanza de que este hecho indique que faltan simetrías sin descubrir cuyo hallazgo simplificará nuestra descripción. La ciencia difícilmente habría progresado si no creyera, en palabras de John Wheeler, que «todo lo importante es, en el fondo, absolutamente sencillo». Si la ciencia tiene un credo, esta debería ser su primera línea. Los científicos creen que el universo está unificado y que la unificación puede describirse con matemática elegante. El modelo estándar queda lejos de ser sencillo, pero sí da a entender que tal vez exista cierta simplicidad subyacente que todavía no hemos captado.

El zoo de partículas se extrae del vacío usando aceleradores de partículas de alta energía. Ahora que hemos eliminado la idea de que las partículas de energía elevada poseen algo que quepa denominar con algún sentido «tamaño», podemos refinar nuestra noción de lo que es «ver». En lugar de ver las cosas arrojándoles partículas cada vez más pequeñas, en el mundo de las cosas pequeñas vamos sacando del vacío partículas cada vez más energéticas. Los aceleradores de partículas actúan como lo hacían los microscopios en tamaños mayores: nos permiten echar una mirada al dominio de las cosas más pequeñas. Un acelerador de partículas es el no va más de los juguetes. Su función consiste en hacer chocar partículas energéticas a fin de incitar a que cobren existencia de la nada otras partículas con aún mayor energía. Con suerte, en 2009 (y después de un primer intento fallido en 2008) entrará en funcionamiento un nuevo acelerador de partículas. El Gran Colisionador de Hadrones (en inglés, Large Hadron Collider o LHC) está compuesto por una serie de túneles circulares a 100 metros bajo tierra; el más largo de ellos tiene 27 kilómetros de circunferencia y se extiende entre la frontera de Francia y Suiza. Este túnel más largo integra 9.300 imanes superconductores de varias toneladas de peso cada uno y enfriados a la temperatura del espacio profundo. El LHC posee la capacidad de acelerar partículas hasta un 99,9999991 % de la velocidad de la luz y hacerlas chocar entre sí. Con máquinas semejantes no es de extrañar que Murray Gell-Mann afirmara: «Si un niño cuando crece se hace científico, descubre que le pagan por jugar todo el día al juego más entretenido ideado nunca por la humanidad».

Está claro que de esta multiplicidad de producción de partículas debe derivarse cierto beneficio o ya se habría abandonado el planteamiento hace mucho tiempo. El beneficio, como siempre, es que el modelo estándar logra unificar un gran número de fenómenos —en realidad, buena parte de la naturaleza— en una única descripción, compuesta en su totalidad de partículas. Einstein pensaba que la naturaleza podría unificarse si era posible unificar la luz (radiación electromagnética) y la gravedad. Por desgracia, la investigación del mundo de las cosas pequeñas requiere que se postulen dos fuerzas adicionales: las fuerzas nucleares fuerte y débil. El modelo estándar intenta unificar estas fuerzas y lo hace describiéndolas en términos de partículas.

La luz y la fuerza electromagnética son manifestaciones de los fotones. Fue necesario concebir la existencia de la fuerza electromagnética —del mismo modo que Newton se vio obligado a concebir la gravedad— para explicar por qué el electrón con carga negativa es atraído por el protón con carga positiva en el núcleo. Es esta fuerza la que confiere solidez a la materia. Suele destacarse que el átomo es casi por completo espacio vacío, pero acaso sería más acertado afirmar que está repleto de campos de fuerza.

Los campos descritos cuánticamente no son un campo de flechas señalizando el camino, como lo eran para Faraday; en cierto sentido, se ha vuelto más sencillo. Faraday inventó un modo de describir a modo de partículas en campos la conducta de las que por entonces se contemplaban como dos fuerzas fundamentales de la naturaleza: la electricidad y el magnetismo. La teoría cuántica de campos también es una descripción de fuerzas fundamentales a modo de partículas en campos, con la salvedad de que ahora tenemos una idea diferente acerca de qué son las fuerzas fundamentales y acerca de cómo describimos partículas y campos. En la teoría cuántica de campos todo se ha reducido a partículas.³ Se puede afirmar que la descripción corpuscular ha ganado a la descripción ondulatoria. Hasta los mismos campos se componen de partículas: nubes de las denominadas «partículas virtuales». Se denominan «virtuales» porque no aparecen ni como datos de partida ni como resultado de la compleja descripción matemática de los campos cuánticos, pero se requieren para que la explicación funcione. Que existan o no las partículas virtuales (no hay una línea firme que separe a las partículas virtuales de las partículas «reales») en el mundo físico es menos importante para el científico pragmático que el hecho de que las descripciones cuánticas de campos, reunidas como el modelo estándar, cumplan una labor. Y, sin embargo, si como investigadores del mundo material concedemos que no ocupamos una posición privilegiada en el universo, nos vemos obligados a aceptar que lo que denominamos «materia estable» u «observable» solo existe porque el vacío es una sopa de partículas no observables que cobran y pierden existencia sin motivo alguno. Si no aceptamos esto, nos encontramos en la curiosa posición de afirmar que el tipo de materia que pensamos que existe solo existe porque no existe algún otro tipo de material o solo posee significado matemático. En todo caso, hay buenas pruebas que apoyan la existencia generalizada de esas partículas. Las nubes de partículas virtuales ejercen una presión mínima llamada «efecto Casimir» que se puede medir en el mundo observable, una mano diminuta traspasando la divisoria que separa el mundo visible de ese mundo más inclusivo del que ha surgido nuestro universo visible local. Es como si estas partículas virtuales existieran más allá de las fronteras del mundo visible, por el que se entiende una parcela de radiación que evolucionó. El universo parece ser una máquina para procesar información compuesta por unas 10⁸⁰ partículas visibles.

En la teoría cuántica de campos, la naturaleza se ha reducido a campos energéticos compuestos por partículas sin dimensiones (y contempladas desde la perspectiva del mundo clásico, inexistentes) que cobran existencia y la pierden sin causa y al azar. Es mucho más difícil para quien no es matemático entender cómo tal descripción puede relacionarse con el mundo físico. La teoría cuántica de campos es tan abstracta y matemática que no nos queda más remedio que aceptar que tal descripción funciona y que lo hace porque estos peculiares tipos de campos describen cómo es el mundo realmente.

La teoría cuántica de campos, con su nueva idea de campo, describe el electromagnetismo como una fuerza que actúa en un campo formado por una nube de fotones virtuales. La fuerza se describe como el intercambio de fotones virtuales entre el electrón y los protones del núcleo. Es imposible expresar la apariencia que tendría tal intercambio de partículas; el «intercambio» es una analogía que se pone en el lugar de toda una vida dedicada a intentar captar la matemática subyacente. La descripción cuántica de los campos de la fuerza electromagnética se denomina «electrodinámica cuántica» o QED (siglas de quantum electrodynamics) y se conoce como la joya de la física. La teoría alcanzó un refinamiento extraordinario en la década de 1940 tras las contribuciones de Richard Freynman, el físico teórico estadounidense de origen británico Freeman Dyson (n. 1923- ), Julian Schwinger (1918-1994) y el físico japonés Sin-Itiro Tomonaga (1906-1976). Feynman, Schwinger y Tomonaga acabaron recibiendo el premio Nobel por su labor. Al principio, la teoría parecía contradecir las pruebas experimentales que se habían reunido hasta entonces, pero Feynman estaba convencido de que la acertada era la teoría, y los resultados experimentales, los defectuosos. «[La teoría] poseía elegancia y belleza —dijo Feynman—. Esa maldita cosa era resplandeciente.» La interacción más profunda de la luz más tenue explica en su mayoría lo que caracteriza al mundo visible: la existencia y estabilidad de los átomos, moléculas y sólidos.

De forma similar, se desarrolló una teoría cuántica de campos para explicar la fuerza nuclear fuerte que une a protones y neutrones en el núcleo. De nuevo, denominar a la fuerza desconocida «fuerza nuclear fuerte» no es una explicación en sí, sino que inicia el proceso de explicación. Se ha observado que los protones y los neutrones están unidos en el núcleo. Ninguna de las restantes fuerzas de la naturaleza podría ser la que los mantuviera juntos, así que tiene que haber alguna otra que sí lo haga; y es a ella a la que hemos denominado «fuerza nuclear fuerte». Lo peculiar de dicha fuerza es que, a diferencia de la fuerza electromagnética y la fuerza gravitatoria —ambas con un alcance ilimitado—, la fuerza nuclear fuerte debe estar confinada por entero dentro del núcleo. La fuerza nuclear fuerte también se describe como el intercambio de partículas virtuales en un campo, pero esta vez el intercambio es de partículas llamadas «gluones», intercambio que explica cómo se unen los cuarks en protones y neutrones. Esta teoría de campos se llama «cromodinámica cuántica» o QCD (siglas de quantum chromodynamics). La simetría arbitraria del color de los cuarks es la que garantiza la existencia de la fuerza nuclear fuerte. Estamos dispuestos a creer que dicha simetría existe porque partiendo de ella somos capaces de deducir una potente descripción matemática que unifica buena parte de la naturaleza. De modo similar, es la etiqueta arbitraria de carga la que garantiza la existencia de la fuerza electrodinámica que se describe mediante la QED. Ambas descripciones cuánticas de campos constituyen dos de las principales razones de que la naturaleza existe.

La fuerza nuclear fuerte explica por último la desintegración alfa, el fenómeno que descubrió Becquerel accidentalmente en la década de 1890. Los elementos radiactivos se desintegran en otros elementos de varios modos. El uranio, por ejemplo, se desintegra de forma natural en torio. Sucede porque el contenido energético del núcleo cambia de manera espontánea debido al principio de incertidumbre de Heisenberg en un proceso llamado «efecto túnel cuántico». Puesto que puede tomarse energía del vacío, en contra de las leyes de la física clásica, es posible que una partícula subatómica aparezca fuera del núcleo. Esto es lo que ocurre en la desintegración alfa. En un mundo clásico, su energía habría mantenido a la partícula confinada en el núcleo para siempre.

La radiación alfa es una corriente de partículas alfa de alta energía. Las partículas alfa son idénticas al núcleo de un átomo de helio: dos protones y dos neutrones unidos. Decimos que un átomo de, pongamos por caso, uranio se desintegra, cuando una cantidad de energía igual a una partícula alfa se pierde de su núcleo y se encuentra fuera de él, escapando del poder de la fuerza nuclear fuerte. A partir de la desintegración de muchos de esos átomos fluyen por el espacio rayos de partículas alfa como radiación alfa. Hablando con rigor, la partícula alfa no está contenida en el núcleo del átomo; el mejor modo de explicar la reasignación de energía es recurrir a un estadio intermedio que supone el intercambio de partículas virtuales, como el gluon. Por esta razón estas partículas se denominan «virtuales»: cumplen en buena medida un objetivo matemático que tiene que ver con que cuadren las cuentas de la energía.

La fuerza nuclear débil, al igual que la fuerza nuclear fuerte, está confinada dentro del núcleo del átomo. Es la requerida para explicar la desintegración beta, el otro tipo de desintegración radiactiva que descubrió Becquerel por accidente en la década de 1890. En la teoría cuántica de campos, las partículas del interior del núcleo cambian de un tipo de partícula a otros tipos —se dice que cambian de sabor— y emiten energía como radiación (descrita como otros tipos de partículas más). Esto es lo que entendemos por desintegración radiactiva. La fuerza débil es transmitida mediante partículas virtuales del zoo llamadas W+, W– y Z. El elemento estroncio 90 se desintegra naturalmente produciendo radiación beta. En la descomposición beta, un neutrón se convierte de forma espontánea en un protón, cambiando el elemento en otro tipo de elemento; a la escala de los cuarks, un neutrón pasa a ser un protón si uno de los tres cuarks que lo componen cambia de sabor. En la teoría cuántica de campos se afirma que el cuark emite un bosón W (una partícula virtual), que se convierte en un electrón de alta energía. La radiación beta no es más que una corriente de electrones de energía elevada.⁴

La desintegración radiactiva es el secreto de la trasmutación de los elementos, el secreto de la piedra filosofal. Fue Rutherford quien en 1919 consiguió por primera vez trasmutar artificialmente un elemento en otro cuando empleó una reacción nuclear para convertir nitrógeno en oxígeno.

En los aceleradores de partículas, estas no se ven de manera directa: las partículas energéticas se descomponen en otras partículas y estas en otras más, dibujando una estela de desintegración que confiere a cada partícula una rúbrica única. Desde que el movimiento browniano se consideró una prueba indirecta de la existencia física de los átomos, la presencia física de objetos cada vez menores ha pasado a ser cada vez más tenue.

Desde la década de 1970 las descripciones de la fuerza nuclear débil y la fuerza electromagnética se han combinado en una única descripción denominada «fuerza electrodébil». Requiere una simetría conferida por una partícula llamada «bosón de Higgs». Bosón es el nombre colectivo de todas las partículas portadoras de fuerza (hasta ahora nos hemos topado con el gluon, el fotón y los bosones W y Z). Los físicos se dieron cuenta de que si las partículas W y Z no tenían masa, resultarían indistinguibles del fotón carente de masa. El bosón de Higgs se presentó para aportar una descripción matemática que explicara la sospechada simetría más profunda que conecta a las partículas W, Z y los fotones.

En la teoría electrodébil todas estas partículas parten como la misma cosa y no llegan a ser estas partículas diferentes hasta que se rompe la simetría del campo de Higgs. El campo de Higgs reduce la velocidad de algunas de las partículas y les confiere masa. Esto es muy importante: el bosón de Higgs, y el campo que genera, es lo que transforma lo que de otro modo sería un mundo compuesto por entero de radiación en un mundo que tiene cosas con masa. Por fin estamos a punto de comprender cómo la luz puede convertirse en materia. Por razones obvias, al bosón de Higgs se le ha dado el apodo de «partícula de Dios», aunque en realidad recibe su nombre del físico escocés Peter Higgs (n. 1929- ), quien postuló esta simetría rota en la década de 1960. En 2012 se empezaron a detectar partículas que podrían ser el bosón de Higgs en el Gran Colisionador de Hadrones y, en 2013 el CERN se planteaba seriamente la posibilidad de que de verdad lo fuesen. En julio de 2017 el CERN finalmente confirmó que todas las medidas concordaban con el comportamiento que se esperaba del bosón y que, por lo tanto, la partícula descubierta era realmente el bosón de Higgs.

El modelo estándar insinúa una unificación de las fuerzas electrodébil y nuclear fuerte, que convergen en una sola descripción más simétrica a energías muy elevadas. Por desgracia, esta energía es tan alta que queda completamente fuera del alcance experimental actual, y quizá siempre sea así. Pero por primera vez en dos mil quinientos años, desde que los presocráticos empezaron su búsqueda, al menos se insinúa una única descripción unificada de la realidad. La mayor debilidad del modelo estándar es que no ha logrado proporcionar una descripción cuántica de campos satisfactoria de la gravedad. Tampoco puede predecir ninguna de las masas de las partículas que describe. Se equivoca en 16 órdenes de magnitud; esto es, predice que las partículas son 10¹⁶ veces menores que su medida real, y nadie sabe por qué.

El significado cierto de la física cuántica sigue siendo una cuestión polémica. Los científicos dan muchos tipos diferentes de respuesta. Hay quienes defienden que lo único que importa es que la teoría establece predicciones precisas que pueden confirmarse con exactitud y no les preocupa lo que la teoría pueda significar. Hay quienes afirman que el problema es trivial y quienes declaran que incide en la base de lo que somos.

La cuestión central es dónde (a qué tamaños) y cómo el mundo cuántico se convierte en el mundo clásico. En 1927 Schrödinger compendió el problema en su famoso experimento mental conocido como la paradoja del gato. Al colocar un gato y cierto material radiactivo en la misma caja, la intención de Schrödinger es reunir un objeto clásico patente (un gato) y un objeto cuántico obvio (algo radiactivo). Este experimento «mental» (no se hizo daño a ningún animal durante su realización) está ingeniado de tal modo que, si el material radiactivo se desintegra, se rompe una ampolla de veneno y el gato muere. Según la interpretación tradicional⁵ —la denominada interpretación de Copenhague— de la física cuántica, es imposible declarar si el material radiactivo se ha desintegrado hasta que se efectúa una medida. En la interpretación de Copenhague, cuando se realiza una medida, la función de onda se colapsa; es decir, el sistema adopta un valor particular (el número unido a la medida) de un conjunto de valores posibles con diversas posibilidades unidas a los posibles resultados diferentes. Como señaló Heisenberg, los objetos cuánticos no tienen historia hasta que no se realiza una medida. No hay historia en el mundo cuántico. A tamaños cuánticos, nos dice Heisenberg, incluso las partículas individuales son impredecibles.

Así pues, ¿quién va a hacer la medición? La tesis de Schrödinger es que decimos que nosotros efectuamos la medida cuando abrimos la caja y echamos una mirada para comprobar si el material radiactivo se ha desintegrado o no. Si la respuesta es afirmativa, la historia de su desintegración solo se revela en ese momento. Pero si esto es cierto, ¿en qué estado estaba el gato mientras tanto, antes de que se efectuara la observación? Está muy bien para un objeto del mundo cuántico vivir en ese estado parcial, pero ¿qué significa para un objeto clásico permanecer en un estado indeterminado? La física cuántica parece maridar al observador con lo observado.

Se ha demostrado desde entonces que es posible retrasar la desintegración de un átomo radiactivo observándolo, en la que parece ser una prueba cuántica del viejo refrán acerca de que olla que se mira no cuece. La observación constante impide que la función de onda que describe el objeto cuántico evolucione y, de este modo, retrasa la posibilidad de que el átomo se desintegre. ¿Pero somos capaces de ostentar tal poder sobre la realidad? ¿El mundo solo significa algo cuando los humanos realizan observaciones? Y si los humanos pueden, ¿por qué no otros animales con conciencia? Incluso los gatos. La idea de que la conciencia humana es tan privilegiada es casi la noción más anticopernicana que cabe concebir. Acaso la humanidad ya no se encuentre en el centro del universo, pero hay algo peor: la humanidad logra determinar la naturaleza de la realidad.

Resulta que sí ostentamos tal poder sobre los objetos cuánticos, pero es muy difícil aislar un objeto cuántico del resto de la naturaleza, y es este hecho el que ofrece una salida al dilema. En la actualidad, es posible aislar moléculas tan grandes como los buckminsterfullerenos (compuestas por sesenta átomos de carbono). En condiciones de laboratorio se ha demostrado que es posible lograr que tal molécula pase al mismo tiempo por dos rendijas hechas en una pantalla, en una disposición similar en buena parte al experimento de la doble rendija de Young. En otras palabras, los científicos han probado que pueden revelar la naturaleza cuántica de una molécula tan grande como un buckminsterfullereno. Hace unas décadas tal posibilidad habría parecido hallarse más allá de toda concepción que un materialista pudiera haber sustentado del mundo. Pero ahora sabemos que esa magia es posible. Los científicos han descubierto un modo de aislar la molécula del buckminsterfulleno del mundo visible y conservar su naturaleza cuántica. Podemos decir que existe como cierto tipo de onda de probabilidad, y es esta onda la que pasa por ambas rendijas; solo cuando realizamos una medida y preguntamos dónde está la molécula, esta se convierte en un objeto visible en el mundo visible con propiedades de «cosa». Nos parece que el único modo en que la molécula podría estar donde resulta que está es habiendo pasado por ambas rendijas. Pero sería un error imaginar que la molécula se divide en dos existencias cuando pasa por la rendija: eso sería exagerar la idea de lo que entendemos por «existencia» en el mundo visible. La realidad observada es una idea local de la existencia. Hay una comprensión más profunda de la existencia, y es la existencia en el mundo cuántico, que solo podemos medir estadística y parcialmente en el mundo observado. La realidad cuántica no consiste en estar en dos o más lugares a la vez, sino en no estar en ningún sitio de los que denominamos «lugar». Tal existencia no es «no-existencia», sino una extensión de lo que entendemos por existencia.

Las naturalezas separadas de estos dos mundos se ponen de manifiesto cuando aislamos objetos del mundo de la existencia clásica. Sin embargo, mantener un objeto cuántico separado de la naturaleza requiere mucho esfuerzo. Incluso un objeto formado solo por sesenta átomos precisa frío extremo para impedir que se convierta en algo clásico. El paso de la realidad cuántica a la realidad clásica se denomina «decoherencia». Acabamos de escapar de la pesadilla anticopernicana del privilegio inherente en la paradoja del gato de Schrödinger al comprender que es la naturaleza la que efectúa la observación, no los humanos. El viento y los rayos de Sol miden el árbol y nos convencen de que el árbol existe incluso cuando no estamos allí para observarlo. Es la interacción de los objetos cuánticos con el entorno la que produce lo que entendemos por objetos clásicos, como los gatos y las mesas. Hemos descubierto modos de impedir que los objetos cuánticos sufran decoherencia, pero es algo muy difícil de lograr. Hay mucha naturaleza, y está resuelta a abarcarlo todo y a medirlo todo. Podríamos impedir que una molécula individual sufra decoherencia, pero parece poco probable que consigamos aislar a un gato compuesto por más de 10²⁷ átomos.

La información se cuela de una realidad a la otra. La decoherencia parece ser el modo como la naturaleza extiende la información por el universo, e incluso puede tener conexión con la forma en que percibimos que el tiempo fluye hacia adelante. El flujo tal vez sea el de ese río de información que impide a los objetos cuánticos ser aislados de la naturaleza por mucho tiempo.

En la década de 1920, cuando no se contaba con una interpretación de la física cuántica, la naturaleza de la existencia ligaba la física con el misticismo oriental, una relación que ha preocupado desde entonces a algunos científicos. Ciertos modos de pensamiento oriental nos dicen que el mundo no está compuesto por cosas o nada, sino que es una red de fenómenos interconectados. La física cuántica ha llegado al mismo lugar. Cuando separamos objetos, es su distinción la que constituye una ilusión. La realidad más profunda es el mundo inseparable del que se han extraído. El método científico rodea con círculos los fenómenos para describirlos y luego, partiendo de esas descripciones, descubre las leyes de la naturaleza que abarcan y conectan aún más fenómenos. En las últimas décadas se ha puesto de manifiesto que la ciencia debería ser capaz de encontrar una única descripción de la naturaleza, una descripción que muestre cómo una red indivisa de fenómenos parece manifestarse como separación. Puesto que la metodología parte de una idea de separación, es fácil creer que la separación es la realidad más profunda y olvidar que el objetivo supremo es comprender la inseparabilidad. La física cuántica nos ha llevado a un lugar donde podemos empezar a entender lo que algunos místicos han sabido siempre: cómo un mundo que aparenta estar compuesto de cosas separadas surge de un mundo de inseparabilidad (de «no-cosas»).

Existen varias interpretaciones en pugna de la física cuántica. Por ejemplo, la interpretación de los muchos mundos fue postulada por el físico estadounidense Hugh Everett (1930-1982) en 1957. En lugar de plantear que la función de onda se colapsa solo cuando es medida, presentó la hipótesis de que ocurre todo suceso cuántico posible. Todos los mundos posibles existen unos junto a otros y en ellos se realiza todo resultado posible. En el escenario de muchos mundos la realidad no está en ninguna parte; es el límite entre todos los mundos cuánticos posibles. El material radiactivo y el gato pueden trasladarse a muchos universos separados, en algunos de los cuales el gato está vivo y en otros, no.

El físico David Deutsch (1953) es un firme defensor de la teoría. Sostiene que tal vez pronto haya pruebas de que estos muchos mundos existen realmente. Se piensa que habrá ordenadores cuánticos más o menos en una década. En lugar del sistema binario 0 o 1 en el que se basa la informática clásica, la cuántica funciona según el principio de que los objetos cuánticos pueden mantenerse en un estado de muchos resultados posibles al mismo tiempo y, de este modo, los ordenadores cuánticos pueden realizar muchas operaciones a la vez. De hecho, los ordenadores cuánticos pueden en teoría romper un sistema de seguridad moderno en segundos, un sistema que no podrían destruir los ordenadores clásicos si cada partícula del universo visible se convirtiera en un ordenador que trabajara en la tarea durante la vida completa del universo. Si la informática cuántica se convierte en realidad, David Deutsch se pregunta dónde se supone que ocurre esta. Un ordenador cuántico solo puede recurrir a la potencia de computación de universos paralelos.

La hipótesis de los muchos mundos tiene la desventaja de ser de lo más extravagante. La metodología de la ciencia no está escrita en piedra; ha evolucionado. Sin embargo, suele aceptarse que las mejores descripciones científicas son también las más parcas, esto es, las que están construidas utilizando el menor número de principios. Este credo se conoce como «la navaja de Occam» por el fraile franciscano y filósofo inglés Guillermo de Occam (c. 1288-c. 1347), que fue el primero en expresar el principio. La teoría de los muchos mundos predice la existencia de un número de universos paralelos muy grande, tal vez infinito. Tal predicción basta para convencer a algunos científicos de que la teoría carece de valor.

Aunque Einstein fue uno de los artífices de la mecánica cuántica, no podía creer en un mundo en el que los electrones no existieran en ausencia de observadores. Creía que había una realidad más profunda bajo la física cuántica que recuperaría la idea de completitud, de igual modo que las leyes de los gases, aunque estadísticas, habían recuperado la posibilidad del determinismo completo. En teoría, debía ser posible describir el gas usando las leyes newtonianas del movimiento. En la práctica, no hay literalmente tiempo suficiente en el universo para describir por completo el movimiento de todas las moléculas incluso de un solo tarro de gas. Pero al tratar las moléculas estadísticamente (y no como una multitud de individuos), la conducta del gas como un todo puede entenderse sin conocer la conducta de los átomos individuales. Conservamos la posibilidad de un determinismo completo, pero lo ponemos en práctica con una descripción estadística. Einstein pensaba que el mundo cuántico acabaría revelando su completitud de este modo.⁶

Einstein se mostró particularmente intrigado por la obra del teórico estadounidense David Bohm (1917-1992). En el mundo clásico, la totalidad es la integración de nuestra comprensión de las cosas separadas. David Bohm dio la vuelta a la idea y afirmó que es la totalidad la que determina la conducta de las cosas que vemos como separadas. Es como si viéramos el mundo desde ángulos de cámara separados y tomáramos esas perspectivas como prueba de fenómenos diferentes, cuando de hecho los ángulos de la cámara son —si lo supiéramos— perspectivas distintas sobre la única realidad.

Einstein, junto con el físico ruso Boris Podolsky (1896-1966) y el físico israelí Nathan Rosen (1909-1955), ideó un experimento mental llamado la «paradoja de Einstein-Podolsky-Rosen» (EPR) para mostrar que la realidad descrita por la física cuántica podría no ser incompleta como lo es, por ejemplo, en la interpretación de Copenhague. Sin entrar en detalles, la paradoja EPR nos pide imaginar una composición de solo dos partículas que se han producido de forma tal que se les garantiza tener alguna propiedad igual y contraria, pongamos el espín. Según la interpretación de Copenhague de la mecánica cuántica, cuando decidimos efectuar una medida (en este ejemplo, del espín) la función de onda del sistema se colapsa en uno de varios resultados. La paradoja surge del hecho de que cuando medimos el espín de una partícula, se nos garantiza, por la forma en que está dispuesto el sistema, saber cuál es el espín de la otra partícula, y sucedería así incluso si las partículas se encontraran a millones de kilómetros de distancia de donde efectuamos la medida. Tal posibilidad parecería romper la propia ley de Einstein en que no puede haber transferencia instantánea de información debido al límite establecido por la velocidad de la luz. Einstein denominó dicha posibilidad «acción fantasmal a distancia». ¿Cómo podría «saber» la otra partícula que la función de onda se había colapsado? En cierto modo, la paradoja no es tan diferente de la paradoja del gato de Schrödinger: su objetivo primordial es poner de relieve una suerte de discontinuidad irreconciliable entre el mundo macroscópico y el mundo microscópico como se describe en la física cuántica.

El físico francés Alain Aspect (1947- ) encontró un modo de convertir el experimento mental EPR en uno real. Por desgracia para Einstein (y Podolsky y Rosen), en 1982, tras años de cuidadosas mediciones, Aspect probó que el mundo cuántico es incompleto. Y en fecha más reciente, elaborados experimentos realizados por Nicolas Gisin en la Universidad de Ginebra, utilizando una red de fibra óptica que recorre kilómetros alrededor del lago Lemán y llega hasta los pueblos cercanos, también han mostrado que es posible la comunicación instantánea entre objetos cuánticos. Einstein estaba equivocado, y el mundo sí existe con imprecisión.

El método científico ha descubierto formas ingeniosas de extender lo que entendemos por existencia y realidad, incluso más allá de lo que denominamos «universo visible». En definitiva, es siempre una matemática cada vez más potente la que dirige el camino, a la que se añade el imperativo de que una interpretación material de dicha matemática es esencial para que el método científico llegue aún más lejos. Sin embargo, el resultado es una especie de materialismo que es tan extravagante —la creencia en un número infinito de mundos paralelos, por ejemplo—, que la brecha entre el misterio y lo místico apenas se percibe. ¿Qué separa ahora al místico del materialista?

8

Algo y nada

En las arenas de Margate no puedo relacionar nada con nada.

T. S. ELIOT,

«La tierra baldía»

La ecuación más famosa de la ciencia es E = mc², que describe la equivalencia entre energía y masa como predice la teoría de la relatividad especial de Einstein. Energía (E) y masa (m) son lo mismo, nos dice la ecuación. Y todavía más, hay un número invariable encontrado en la naturaleza que nos muestra precisamente cuánta energía existe en una cantidad determinada de materia. Ese número invariable, c, es la velocidad de la luz, el número de metros que recorre la luz en un segundo (en el vacío), que es aproximadamente 299.792.459. En la ecuación de Einstein vemos que el gran valor de la velocidad de la luz se eleva al cuadrado, lo que lo convierte en grandísimo: aproximadamente 8,99 × 10¹⁶. Luego ahí tenemos una pista de por qué incluso una pequeña cantidad de masa es equivalente a mucha energía: el secreto de la bomba atómica. Einstein escribió originalmente la ecuación como m = E/c², como si la masa fuera el principio más profundo. E = mc2 es la misma ecuación, pero escribirla de esta forma es una opción estética, que pone de manifiesto que es la energía la que precisa una explicación más a fondo. Sabemos que la masa es el material que distorsiona el espacio-tiempo y acaso también sea lo que el campo de Higgs confiere a la energía. Tenemos menos claro qué es la energía. Sabemos que se presenta en muchas formas y sabemos cómo dichas formas cambian unas en otras, pero no sabemos en definitiva qué es la energía. La luz solar, por ejemplo, se convierte mediante el proceso de fotosíntesis en materia vegetal, parte de la cual, transcurridos ingentes lapsos de tiempo, se ha convertido en carbón. Cuando quemamos carbón, la energía química de los enlaces entre las moléculas que lo constituyen se convierte una vez más en luz y calor. En sus viajes, Gulliver se encuentra con científicos que pretendían recuperar la luz solar de los pepinos. No estaban tan locos, siempre que hubieran tenido tiempo suficiente y un gran número de pepinos.

Un día de la década de 1940, mientras Einstein paseaba por Princeton conversando con el físico teórico y cosmólogo de origen ruso George Gamow (1904-1968), a este se le ocurrió mencionar que al reflexionar sobre el descubrimiento de Einstein de que la energía y la materia son equivalentes, se había dado cuenta de que podía crearse una estrella de la nada, puesto que la energía de su masa queda equilibrada exactamente por la energía de su campo gravitatorio. A Einstein le desconcertó tanto esta percepción que, según informó Gamow, «como estábamos cruzando una calle, varios coches tuvieron que detenerse para evitar atropellarnos». Si el universo, con lo grande que es, no es más que una jerarquía de estrellas, también podría haber surgido de la nada. Su energía global es cero. Parménides y el rey Lear estaban equivocados: el universo es algo que proviene de la nada.

Nos encontramos ante un curioso trastrocamiento. El universo contemplado como ordenaciones de estrellas resulta no ser nada, pero las cantidades más ínfimas del espacio bullen de energía. Tenemos dos descripciones quijotescas de la naturaleza: la relatividad, partiendo de la investigación del universo en general, y la física cuántica, partiendo del escrutinio del universo en sus tamaños más pequeños. Tomadas en su conjunto, se burlan de nosotros con sus insinuaciones tanto de unificación como de oposición.

El «apaño» del modelo estándar de la física cuántica explica tres de las cuatro fuerzas de la naturaleza (la fuerza electromagnética y la fuerza nuclear débil combinadas en una sola descripción electrodébil, junto con la descripción QCD de la fuerza nuclear fuerte) e insinúa una posible unificación de estas tres fuerzas a energías muy altas si se añade al zoo de partículas una capa de partículas más, llamadas «supersimétricas». Las partículas supersimétricas permiten a los científicos encontrar una conexión entre las partículas empleadas para describir las fuerzas de la naturaleza (bosones) y las partículas fundamentales que describen la materia (fermiones). La unificación de las fuerzas electrodébil y nuclear fuerte se obtiene a un alto precio: cada una de las partículas del zoo (y hay cientos de ellas) deben tener una compañera supersimétrica. Para las partículas de la materia, como el cuark y el electrón, las compañeras supersimétricas se llaman «scuark» y «selectrón», y para las partículas portadoras de fuerza, como el fotón y el gluon, se llaman «fotino» y «gluíno». El principal fallo de esta descripción es que no se ha detectado ninguna de estos cientos de partículas, pero al menos es posible una unificación matemática, lo que constituye un comienzo. Una vez más, se espera que surgirá alguna prueba del LHC en un sentido u otro. Algunos científicos están ávidos por hallar pruebas de que esas partículas supersimétricas no existen. Hay quienes creen que el modelo estándar está tan fuera de control que, llegados a este punto, sería más útil un hallazgo físico sorprendente e impredecible, un hallazgo que tal vez indicara algún nuevo modo de describir la realidad.

La supersimetría también muestra cómo las tres fuerzas descritas por el modelo estándar podrían unificarse con la gravedad. Es posible extender el modelo estándar para incluir una descripción cuántica de la gravedad prediciendo una partícula portadora de fuerza llamada «gravitón» y una partícula supersimétrica, el gravitino. No se ha detectado ninguna de estas partículas, y en el modelo estándar la existencia del gravitón produce algunos infinitos preocupantes en la matemática, lo que por lo general es una indicación de que la teoría se ha venido abajo. Aunque no se ha encontrado el gravitón, al menos sabemos qué apariencia tendría: sabemos qué tipo de espín debe poseer y que ha de carecer de masa como el fotón. También sabemos que será muy difícil de detectar debido a la debilidad desconcertante de la gravedad. La gravedad es 10⁴⁰ veces más débil que la fuerza de la luz y, por tanto, los gravitones predichos difícilmente interactuarán con la materia. Se ha sostenido que se necesitaría un instrumento del tamaño de Júpiter con una protección de plomo de un grosor de varios años luz para detectarlos, e incluso entonces probablemente no seríamos capaces de detectar suficientes partículas para que la prueba resultara convincente. Aunque la supersimetría carece de pruebas físicas, la matemática predice una unificación de todas las fuerzas de la naturaleza a energías muy elevadas: en torno a 10¹⁹ electronvoltios.¹ Pero no hay nada que celebrar, puesto que incluso el LHC alcanzará energías de menos de 10¹³ electronvoltios. Además, hasta los aumentos más modestos de energía tienen un coste enorme, con lo que la energía para la unificación se antoja fuera de nuestro alcance para siempre.

Uno de los esfuerzos más esperanzadores y frustrantes para unificar la gravedad y la física de partículas es la teoría de cuerdas. Esta teoría requiere que nos sumerjamos en un mundo compuesto de cuerdas de energía vibrante con una anchura de 10–35 metros, 17 órdenes de magnitud menores que el tamaño máximo del electrón y el cuark. Una cuerda es tan pequeña comparada con un electrón como un ratón comparado con el sistema solar.

Contempladas desde la perspectiva de las cuerdas, las partículas del zoo de partículas se asemejan a puntos porque las estamos viendo desde la distancia. Más cerca y a energías más elevadas, lo que habíamos tomado por campos y partículas revelan que están formados por longitudes vibrantes de energía pura. La teoría de cuerdas intenta mitigar la naturaleza violenta del mundo cuántico a fin de encontrar alguna simetría más profunda oculta bajo su aleatoriedad aparente.

Al homogeneizar la teoría cuántica, la teoría de cuerdas intenta casar una descripción de las cosas más pequeñas con la descripción uniforme del mundo más grande que es la relatividad general. Las teorías que esperan efectuar dicha unificación se denominan «teorías del todo», o TOE (siglas en inglés de theory of everything). Todavía no está claro si la teoría de cuerdas es una teoría de este tipo.

No constituiría una sorpresa enterarse de que tales intentos de unificación conllevan un precio. La teoría de cuerdas comenzó su vida como una teoría de 26 dimensiones y fue reducida a otra de diez dimensiones, llamada teoría de supercuerdas, tras el descubrimiento de un objeto matemático simétrico denominado «forma de Calabi-Yau», que recibió su nombre del matemático italoestadounidense Eugenio Calabi (n. 1932-) y el matemático chino Shing-Tung Yau (n. 1949). Por desgracia, la teoría decadimensional se presentó en cinco formas diferentes hasta que, en 1995, las cinco teorías se unieron en una única descripción en once dimensiones llamada «teoría M», que es a la que nos referimos cuando hablamos hoy de la teoría de cuerdas.

La teoría de cuerdas es tan compleja que hay unos 10⁵⁰⁰ universos posibles que podría describir. La teoría no proporciona medios evidentes de mostrar cómo elegir cuál de esas soluciones describe este universo. También cabe preguntar por qué, si la realidad existe en once dimensiones, solo nos damos cuenta de cuatro de ellas, tres de espacio y una de tiempo. Si las restantes dimensiones son espaciales, se piensa que las siete dimensiones extra de las que no nos percatamos están tan enrolladas que no son fáciles de ver. Un cable de alambre visto desde la distancia parece una línea unidimensional, pero un insecto que camina por encima sabe que no es así: puede caminar alrededor del cable, aparentando desaparecer y reaparecer desde la perspectiva de un observador distante. La desaparición de las otras siete dimensiones de la naturaleza es una extensión de esta ilusión, pero en más dimensiones. Si en las dimensiones adicionales de la teoría de cuerdas se incluyen varias temporales, la descripción se vuelve aún más desconcertante.

La idea general es que el mundo cuántico tal vez solo se antoje caótico y violento porque un mundo de once dimensiones que cambia de modo suave y uniforme aparece de ese modo en nuestro mundo ilusorio de cuatro dimensiones. El mundo se vuelve más simétrico cuando vemos que está construido en once dimensiones.

Es posible que se encuentren pruebas de la existencia de esas dimensiones adicionales utilizando el LHC (que va a tener mucho trabajo). Se conjetura que ciertas partículas no descubiertas hasta ahora, que ordinariamente se revelarían como picos de energía, tal vez resulten «patrones de energía ausente» porque están ocultas a la vista en dimensiones muy enrolladas del espacio. Ha de señalarse que se trata de un extraño tipo de prueba. Se precisa cierto arrojo para creer que las arcanas descripciones matemáticas de la teoría de cuerdas no solo tienen un significado físico, sino que ese significado puede confirmarse mediante la no aparición de alguna partícula predicha pero hasta ahora no observada.

Tanto el modelo estándar como la teoría de cuerdas requieren supersimetría y, como hemos visto, no hay pruebas de que las partículas supersimétricas existan; pero al menos en la teoría de cuerdas se pueden abordar los infinitos que acosaban a la descripción de la gravedad en el modelo estándar. De hecho, la ventaja de la teoría de cuerdas es que algunas de ellas poseen las propiedades adecuadas para ser gravitones. La teoría predice el gravitón sin masa y su espín requerido. Sea o no una teoría del todo, la de cuerdas es una teoría cuántica de la gravedad.

Como en la relatividad general ya hay una definición de la gravedad, para que exista otra en la física cuántica ambas descripciones deben enlazarse de algún modo en una sola: la relatividad general debe armonizarse con la física cuántica. Los científicos están empezando a comprender en qué punto el mundo cuántico se convierte en el mundo de las cosas grandes: es muy difícil aislar incluso unas pocas moléculas como objetos cuánticos. De forma simétrica, cabría preguntar: ¿en qué punto la descripción de las cosas grandes se convierte en una descripción cuántica?

Puesto que la solución del Big Bang de la relatividad general es una descripción no solo del universo en general, sino de un universo que crece, ahí hay una vía para descubrir dónde podrían confluir nuestras dos descripciones de la naturaleza. En realidad, hay un camino sorprendentemente recto para descubrir qué apariencia tienen los cuantos de espacio y tiempo, si es que existen. Si recorremos hacia atrás la expansión del Big Bang en el tiempo, el universo parece haber surgido de un punto de energía o materia infinitamente densa, lo que no es más que otro modo de afirmar que la teoría del Big Bang se viene abajo en el momento de la creación: cae un velo que oscurece los orígenes del universo. Por suerte, como también contamos con una teoría que describe el mundo en sus tamaños más pequeños, la teoría cuántica puede indicarnos dónde deja de ser válida la teoría de la relatividad. Reuniendo la física cuántica y la teoría del Big Bang, podemos descubrir lo pequeño que puede ser el universo antes de pasar a convertirse en un objeto puramente cuántico.

Aunque nuestro mundo energético y material está en flujo constante, afloran números misteriosos en las leyes de la naturaleza que la humanidad ha ideado o encontrado para describir esa actividad. Números como c, la constante que denota la velocidad de la luz, G, la constante de gravitación que mide la intensidad de la fuerza gravitatoria, e, la carga del electrón y h, la constante de Planck que determina el tamaño de un cuanto de energía, aparentemente no están relacionados entre sí y afloran en diferentes leyes de la naturaleza. Algunos científicos creen que si queremos inferir una teoría unificada del todo, debemos acabar comprendiendo qué conecta a estos números. Las constantes de la naturaleza son números feos expresados en conjuntos desagradables de símbolos: G, por ejemplo, es 6,67259 × 10¹¹ m³s–2kg–1. Pero una sencilla manipulación de algunas de estas constantes nos permite encontrar unidades naturales de medida llamadas «medidas de Planck» (que no deben confundirse con la constante de Planck): las unidades de medida más pequeñas que podrían tener algún significado.

La longitud de Planck son 4,13 × 10–35 metros, la más corta posible que tiene significado en tanto que longitud. Puesto que sabemos a qué velocidad viaja la luz y que es el medio de comunicación más rápido del universo, también podemos calcular el tiempo de Planck: el incremento de tiempo más corto que tiene significado. Se trata de la longitud de tiempo que tarda la luz en viajar por una unidad de longitud de Planck; un cálculo directo que nos dice que el tiempo de Planck son 1,38 × 10–43 segundos. En cierto sentido, un universo con tiempo debe haber tenido una antigüedad de 10–43 segundos cuando fue creado, puesto que el tiempo no tenía significado antes de eso. Y un universo de cualquier tamaño tiene que haber tenido ya una extensión de 10–35 metros, puesto que un universo menor que eso carece de significado.

La física cuántica nos dice que es más útil hablar de la energía de una partícula elemental que de su tamaño. Sabemos que las partículas pueden revelar su extensión en el espacio si insistimos en conocerla, pero ahora también sabemos dónde el propio concepto de tamaño desaparece por completo del mundo.

La teoría de cuerdas está urdida con longitudes de energía que existen justo en el borde del significado de «longitud». La cualidad vibratoria de esos diminutos filamentos de energía es la que reemplaza a las partículas y campos en la descripción cuántica de campos de la naturaleza. En la teoría de cuerdas resuenan ideas atribuidas a los pitagóricos: el descubrimiento de que existen sencillas relaciones matemáticas entre los sonidos producidos al pulsar cuerdas de longitudes distintas. En la elevada matemática de la teoría de cuerdas, la intensidad de la vibración es lo que vemos en el mundo como masa, y los patrones de las vibraciones son las fuerzas fundamentales. Es igual de difícil precisar por qué ocurre así que aclarar por qué una nube de partículas virtuales describe las fuerzas fundamentales. La validación está en la matemática, y a nosotros, pobres legos en la materia, no nos queda más remedio que aceptar a ojos cerrados esas descripciones.

La teoría de cuerdas no es la única alternativa, y algunos físicos piensan que ha sido un desastre para la ciencia porque ha distraído a los mejores cerebros en un empeño infructuoso. La gravedad cuántica de bucles constituye otro intento de elaborar una teoría cuántica de la gravedad. En la teoría de cuerdas, la urdimbre de la realidad se teje con cuerdas de energía. En la gravedad cuántica de bucles, el material está urdido con cuantos de espacio y tiempo; un modo de tejer el espacio-tiempo de las teorías de la relatividad.² Constituye una suposición por parte de los teóricos que existan realmente cuantos de espacio y tiempo, pero puesto que todo lo demás en la física cuántica está desmenuzado en trozos pequeños —espín, carga, color, masa, energía, y así sucesivamente—, ¿por qué no también el espacio y el tiempo? En la gravedad cuántica de bucles las partículas del zoo de partículas son formas trenzadas a partir de longitudes de Planck de espacio. Stephen Hawking ha llevado más lejos estas ideas al sugerir que la misma historia del universo está cuantizada. Nuestra forma de medir el universo determina cómo resulta haber sido la historia. Cuando medimos, cambiamos nuestro pasado. Hawking y el físico estadounidense James Hartle han construido una teoría que convierte el tiempo en espacio a energías muy altas, otro modo de abordar los problemas de cómo hablar del comienzo del universo. Hawking y Hartle sostienen que carece de sentido plantear la cuestión de cómo empezó el universo puesto que entonces no existía el tiempo. «Al principio» no es el comienzo de esta historia porque el tiempo se convierte en una dimensión espacial a energías elevadas. Pero esto supone extraviarse en mundos de una abstracción tan grande, incluso de tiempo imaginario, que podríamos incluso arriesgarnos a caer en la locura.

Lo que hacen las teorías cuánticas de la gravedad es contar una historia de cómo empezó el universo, aunque conlleve afirmar que no empezó en el tiempo. La energía requerida para ver la naturaleza cuántica de la gravedad es enorme, y la física cuántica nos dice cuán enorme. En teoría, si pudiéramos poner esa energía en el vacío, recuperaríamos las condiciones que existían al comienzo del universo. Poniendo cantidades de energía cada vez mayores en el vacío, nos acercamos a la naturaleza cuántica original del universo. Esto es lo que vemos con los aceleradores de partículas cada vez más potentes: las condiciones prevalecientes cada vez más cerca del inicio del universo.

Al recorrer hacia atrás el Big Bang, vemos que toda la materia del universo se vuelve cada vez más energética hasta que pasa a ser radiación pura. Las teorías actuales parecen sugerir que cuando el universo era un objeto cuántico puro, su simetría mantenía unidas todas las fuerzas de la naturaleza en una única entidad. En palabras del físico estadounidense de origen belga Armand Delsemme (n. 1918- ),* el universo surgió de «la ruptura espontánea de la gran simetría preexistente de la nada». La inmensa energía y simetría del vacío se rompió, y nuestro mundo visible fue el resultado.

Los antiguos emplearon la fuerza de la poesía para comunicar el saber. Nuestro relato de la creación materialista de los tiempos modernos se ha vuelto tan abstruso que quizá se necesite un poeta para hacerle justicia. En el discurso científico, la poesía está en la matemática, y el mismo lenguaje las juzga por igual: simetría, elegancia, simplicidad, brevedad, sutileza y profundidad son las cualidades más elevadas de ambos medios de aprehender la realidad. La matemática ha sido el lenguaje de la ciencia desde siempre. Pero ese lenguaje resulta cada vez más intraducible incluso entre grandes grupos de científicos. Ni siquiera es un único lenguaje arcano, sino muchos lenguajes arcanos, hablado cada uno por una pequeña tribu de especialistas.

Sin embargo, no es la complejidad y sofisticación de la matemática, ni la capacidad para descubrir y dar nombre a cientos de partículas, lo que impresiona de la teoría cuántica, sino todo lo contrario. La dificultad y fragmentación es el alto precio que estamos dispuestos a pagar por la sugerencia de simplicidad y unificación subyacente en esa fragmentación: que los fragmentos son los trozos de un objeto bello que se ha caído y roto en pedazos.

Una teoría del todo parece prometer un universo que comenzó como una forma de simetría perfecta que se rompió. Todo lo demás vino después. La simetría perfecta, al parecer, no es una cualidad de este mundo, sino la condición de la que surgió. Este es un mundo de simetría rota. Los griegos antiguos lo sabían. Comprendieron que las cosas más bellas no son las perfectamente simétricas, sino las que están cerca de serlo. Solo más allá, en los cielos, es alcanzable la simetría perfecta de una esfera. La historia de la ciencia puede contemplarse como la persecución de la simetría. El físico estadounidense Bob Park (n. 1931- ) expresa: «el reconocimiento de patrones es la base de todo goce estético, se trate de la música, la poesía o la física».³

La simetría perfecta de la que surgió el universo se ha asemejado a un lápiz afilado apoyado sobre su punta, estado que es demasiado simétrico para durar. El lápiz caerá de inmediato, pero no sabemos en qué dirección lo hará. Sin duda, este gran momento que no fue un momento y no sucedió en ningún lugar (porque el concepto de ubicación no era una cualidad de ese lugar que no es un lugar) se merece una analogía mejor. Fuera lo que fuese esa simetría, se rompió por razones que todavía no se comprenden.

En 1952 George Gamow llamó al periodo anterior al Big Bang «la era agustiniana» por san Agustín, quien escribió que el tiempo fue creado cuando el universo fue creado. A los 10–43 segundos la parcela de radiación simétrica que es nuestro universo comenzó en el tiempo. Por un momento las cuatro fuerzas de la naturaleza se mantuvieron en simetría.

DE 10–43 SEGUNDOS A 10–36 SEGUNDOS

El universo se expande y de inmediato la temperatura comienza a descender desde la más alta posible, 10³² grados (llamada «temperatura de Planck»). En algún momento de esta «era» se rompe la simetría y la gravedad entra en el mundo. Desde nuestra posición ventajosa, creemos que se requiere más energía para unir la gravedad con las restantes fuerzas de la naturaleza de la necesaria para unir a las otras tres fuerzas entre sí y, por tanto, también debemos asumir que es la gravedad la primera fuerza que se escindirá de esa simetría. La ruptura de la simetría también se denomina «cambio de fase». En nuestro mundo local vemos un cambio de fase cuando el agua pasa de su forma más simétrica como líquido a una forma menos simétrica como hielo.

Al término de esta era, la temperatura ya ha descendido a 10²⁷ grados. La historia del universo suele contarse en tiempo, pero también se podría hacer en descenso de temperatura. La expansión del universo está inextricablemente conectada tanto con su enfriamiento como con su evolución. El universo se expande en el tiempo, y lo que hay en él se esparce, se enfría y evoluciona.

La diferencia entre un universo con una antigüedad de 10–43 segundos y otro de 10–36 segundos podría parecer nimia, pero medida en tiempo de Planck se trata de la diferencia entre un universo que tiene una antigüedad de una única unidad de tiempo de Planck y otro que tiene 107 (10 millones) unidades de Planck.

Como las fuerzas fuerte y electrodébil todavía están unificadas, en teoría la única partícula del universo en este momento es el bosón de Higgs.

DE 10–36 SEGUNDOS A 10–12 SEGUNDOS

Cuando el universo tiene una antigüedad de 10–36 segundos, la fuerza nuclear fuerte empieza a desprenderse de su simetría con la fuerza electrodébil. El número de partículas aumenta para incluir a los bosones W y Z que transportan la fuerza electrodébil.

En determinado momento entre el universo con una antigüedad de 10–36 segundos y de 10–32 segundos (entre una antigüedad de 10⁷ y 10¹¹ unidades de tiempo de Planck), el universo no solo se expande, sino que se infla, teoría presentada por primera vez en 1982 por el físico estadounidense Alan Guth (n. 1947-). La expansión del universo según se describe en la teoría del Big Bang es de un aumento constante. Pero en esta era se conjetura que el universo se expande exponencialmente, duplicando su tamaño unas cien veces en lo que podría parecernos un lapso de tiempo asombrosamente breve. Se ha afirmado que cuando el universo tenía una antigüedad inferior a 10–32 segundos, duplicaba su tamaño cada 10–34 segundos.

Duplicar el universo unas cien veces no se antoja mucho, pero es lo que tarda dicho universo en pasar de ser algo existente en un paisaje cuántico a ser algo del tamaño de una toronja.⁴ No sé por qué una toronja, pero entre los científicos y los escritores de ciencia este es el fruto elegido. Como no hay un exterior desde el que juzgar ni ningún observador dentro, es difícil precisar en qué sentido el universo es del tamaño de una pieza de fruta. El universo empezó como radiación de alta energía (luz) y en cierto sentido ya era infinito y atemporal. Desde una perspectiva exterior (que no existe), veríamos que el reloj nunca corre. Que el universo haya crecido al tamaño de una toronja solo puede significar algo si hubiera algún observador futuro para dar significado al universo toronjil. La toronja es el universo visible, pero también es posible que el universo comenzara con un tamaño infinito y se expandiera. Lo que denominamos «universo» es simplemente la máxima distancia a la que podemos ver en ese paisaje.

La teoría de la inflación, una adición ad hoc a la teoría cuántica, ayuda a resolver algunos problemas preocupantes que la teoría de la relatividad general no logra explicar. El principio cosmológico que Einstein añadió a la relatividad general trata el universo como si estuviera lleno de materia de manera uniforme, algo que sin duda no es así, al menos no localmente. Vemos la materia amontonada en las estructuras con las que hemos llegado a familiarizarnos, como las estrellas, galaxias y cúmulos de galaxias. Solo en los órdenes de tamaño muy grandes parece estar distribuido de manera uniforme el material del mundo visible. La relatividad general no puede explicar por qué el universo está amontonado en todos los órdenes de magnitud inferiores, pero la teoría cuántica sí es capaz de hacerlo. La aleatoriedad y violencia del mundo cuántico es la clave.

En el vacío, innumerables burbujas de energía cobran existencia y la pierden, creando lo que a veces se denomina «espuma cuántica». De esta espuma es de donde surgió nuestro universo. La teoría cuántica de campos permite a esas burbujas crecer hasta unos 10–27 metros antes de volver a desaparecer en el vacío. De cuando en cuando, por razones que no comprendemos, una burbuja escapa del vacío; una de esas burbujas se convirtió en nuestro universo. En otras palabras, lo que hemos llamado «universo» no es más que una parcela inflada de un paisaje cuántico en el que el tamaño carece de sentido. El universo es posiblemente infinito en tamaño, y el paisaje cuántico del que escapa está más allá del significado del concepto de tamaño.

Este paisaje cuántico es un lugar donde viven y mueren muchos universos, quizá un número infinito. Afirmar que este mundo cuántico es mayor que cualquiera de los universos que surgen de él no puede significar nada. El tamaño es algo que solo tiene significado localmente dentro de nuestro universo visible. Puede que el tamaño tampoco signifique nada en otras partes de nuestro universo más allá del horizonte de lo que denominamos «universo visible», y ya no digamos en otros universos que escaparon del vacío.

Como copernicanos resueltos a socavar la idea de que estamos en el centro de algo, este modelo inflacionario trae consigo algunas consecuencias tranquilizadoras. Hemos de suponer que hay muchas otras burbujas —tal vez incluso un número infinito— que se expandieron en otras parcelas del paisaje cuántico y con leyes de la naturaleza diferentes. De este modo, se nos asegura una vez más que ni siquiera nuestra posición en este extravagante paisaje cuántico es privilegiada. Lo que hemos denominado universo visible es sin duda un fenómeno local; incluso lo que hemos denominado «universo» resulta ser un fenómeno local. El universo «verdadero» es un paisaje cuántico del que surgió nuestro universo (y la parte de él que llamamos universo visible) y muchos otros. Del mismo modo que los átomos no son indivisibles por más que su nombre sugiera lo contrario, el universo ya no es la palabra que define todo lo que existe. Los científicos han optado por denominar «multiverso» a esta tierra recién descubierta.

Así pues, nuestro universo local es un don de una fluctuación aleatoria y sin causa en un paisaje cuántico. Lo que hay más allá de los confines más remotos del universo en ambas direcciones, en los tamaños más pequeño y más grande, también está más allá de nuestra comprensión actual de las leyes de la naturaleza. Históricamente, a medida que profundizamos en nuestra descripción del universo, este fue aumentando de tamaño; ahora crece más allá de la misma idea de tamaño. El multiverso, o como quiera que denominemos a la siguiente manifestación del universo, tal vez se halle siempre más allá de nuestra capacidad de describirlo. En nuestro intento de descubrirlo se hace cada vez más sutil.

Es demasiado pronto para precisar si la inflación es algo más que un truco matemático brillante. En sentido estricto, es un modelo o una hipótesis, no una teoría. Todavía no está claro cómo puede convertirse la matemática en pruebas experimentales. El modelo inflacionario presenta al físico experimental unos retos difíciles. En la actualidad, posee mayor capacidad explicativa que predictiva; sin embargo, está ampliamente aceptado como la mejor descripción científica que tenemos sobre cómo podría haber evolucionado el universo. Lo que resulta particularmente alentador es que resuelve varios problemas que se antojaban insolubles. La inflación traduce la violencia aleatoria de un acontecimiento cuántico a un universo de materia grumosa. La granularidad inherente en la espuma cuántica se convierte en la granularidad de una galaxia o cúmulo de galaxias. En la acción casi instantánea de la inflación, cualquier patrón que haya a escala cuántica se reproduce por todos los órdenes de magnitud del universo visible. La inflación puede ocurrir más deprisa que la velocidad de la luz porque no se transfiere información. La velocidad de la luz pone un límite a la rapidez con la que puede transferirse la información a lo largo del universo, pero si nos imaginamos que el universo se infló, lo que haya en él se mantiene sin cambio. El universo simplemente se hincha alcanzando escalas de tamaño mayores. La inflación también explica por qué la naturaleza parece similar a todos los tamaños.

La geometría fractal es la rama de la matemática que clasifica objetos que tienen la extraña propiedad de que sus partes se asemejan al todo. En la naturaleza la coliflor es fractal, al igual que las cadenas de montañas, los copos de nieve, las nubes y los helechos. También hay resonancias entre los objetos fractales: una línea costera se asemeja al borde de una hoja, y un ciclón se parece a una galaxia espiral. La inflación asegura que el universo es fractal en todos los tamaños por debajo de los más grandes, mientras que el principio cosmológico nos dice que en los tamaños mayores el universo es liso. Cuando contemplamos el universo en su conjunto, es como si tuviera la textura de un trozo de pan (me refiero al pan blanco altamente procesado), pero en todos los tamaños menores el pan tiene estructuras compuestas por migas (ya ven que no soy capaz de resistirme a una analogía casera). El mismo patrón cuántico se infla para convertirse en el universo en órdenes de magnitud diferentes. La apariencia del universo como es se explica ahora mediante la aleatoriedad y ausencia de causalidad del mundo cuántico.

La conjetura de la inflación hace algo más: explica por qué el espacio parece ser increíblemente plano. Por plano se entiende que los ángulos de un triángulo suman 180°, como lo hacen cuando estudiamos geometría sobre una hoja de papel plana. Los ángulos de un triángulo dibujado sobre una pelota no suman 180°, y la pelota no es plana. Si el principio cosmológico nos dice que el universo en sus dimensiones más grandes posee la textura de una rebanada de pan, el sentido común podría indicarnos que no es probable que el espacio sea plano como una rebanada de pan (o una hoja de papel) porque el universo está lleno de masa, y sabemos que la masa distorsiona el espacio-tiempo. En los primeros días de la cosmología, después de que se planteara por primera vez la relatividad general, se pensó que la masa del universo había curvado el espacio sobre sí mismo. En ese universo «cerrado» sería posible emprender un viaje y —si viajamos lo suficiente— acabar llegando al mismo sitio donde habíamos empezado (como si hubiéramos circunnavegado el globo, pero en tres dimensiones de espacio curvo y no en las dos dimensiones de la superficie curvada de la Tierra). En ese tiempo también se pensaba que, a la larga, la masa del universo vencería a la expansión del Big Bang y volvería a comprimirlo para acercarse de nuevo al estado cuántico del que había surgido. Pero desde la década de 1960 las observaciones nos indican que el resultado más probable es que el universo se expandirá para siempre y que el espacio no solo es plano, sino increíblemente plano.

La inflación ofrece una explicación sencilla, quizá demasiado sencilla. La inflación alisa el espacio como si se inflara un globo arrugado. La planitud del espacio se establece antes de que la presencia de la masa tenga oportunidad alguna para influir en la geometría espacial.

Si la matemática de la inflación, mediante la teoría cuántica de campos, presenta realmente una descripción de cómo es el mundo y no es solo un modelo matemático, tiene que haber otra partícula más no observada, escondida en el vacío. ¿Y qué otra sino el inflatón? El bosón de Higgs aporta la masa al mundo, la carga de los electrones garantiza la fuerza electromagnética (descrita como un campo de fotones virtuales), el color garantiza la fuerza fuerte (descrita como un campo de gluones) y, por tanto, el inflatón, si existe, describirá el campo de fuerza que infló el universo.

Mientras que la teoría del Big Bang postula que toda la materia que ahora existe ya estaba ahí desde el principio, comprimida infinitamente, la teoría de la inflación permite que el universo se creara a partir de unos 10 kilogramos de materia, abriendo la perspectiva tentadora o aterradora de que podría ser posible crear un universo en el laboratorio. En el modelo inflacionario toda la materia del universo se crea a partir del vacío del espacio a medida que este se infla. Tras la inflación, el universo continúa expandiéndose, pero al ritmo más pausado pronosticado por la teoría del Big Bang.

DE 10–12 SEGUNDOS A 10–6 segundos

Después de la inflación, cuando el universo tiene una antigüedad de una billonésima de segundo, su temperatura ha descendido hasta 10 billones de grados. La simetría de la fuerza electrodébil se rompe, permitiendo que se perciban por primera vez las interacciones electromagnética y débil. El universo está lleno con todas las partículas del zoo de partículas que existen como virtuales, en un estado llamado «plasma de cuarks y gluones». Las partículas fundamentales que tienen masa la adquieren mediante el campo de Higgs. Las parejas de partículas y antipartículas virtuales cobran existencia y la pierden, volviendo a ser pura energía cuando se aniquilan mutuamente. En general, no hay partículas «reales» en este estadio. El universo es energía, no materia, y está dominado por la fuerza nuclear fuerte, tal como sugiere la presencia de gluones en el plasma que llena el espacio.

DE 10–6 SEGUNDOS A 1 segundo

El universo tiene una extensión de casi 1 kilómetro. Mientras continúa enfriándose y expandiéndose, se revela otra simetría. Por cada 10.000 millones de aniquilaciones de cuarks con anticuarks, queda un cuark. El físico nuclear y disidente ruso Andréi Sajarov (1921-1989) lo explicó como una simetría particular en una única partícula del zoo de partículas, llamada el mesón K⁰. Hay unos 140 mesones diferentes en el zoo de partículas. Este nimio sesgo hacia la existencia de materia es en teoría suficiente para explicar toda la materia del universo. Pero no existe un acuerdo general acerca de que esta teoría se sostenga. Algunos científicos mantienen que en el universo tiene que haber tanta antimateria como materia, y la clara ausencia de antimateria es, para ellos, uno de sus mayores misterios. Si hubiera galaxias compuestas por entero de antimateria, deberíamos verlas, de cuando en cuando, colisionar con galaxias compuestas de materia (momento en el que se liberarían enormes cantidades de energía). Pero no hay prueba de que haya estructuras en el universo compuestas de antimateria.

El plasma de cuarks y gluones comienza a condensarse en protones y neutrones. La temperatura ha descendido lo suficiente para que los cuarks queden confinados dentro de protones y neutrones por primera vez. La fuerza nuclear fuerte que mantiene juntos los cuarks —según se describe en la cromodinámica cuántica— posee la extraña propiedad de que cuanto más se tira de la unión de un cuark, más intensa se vuelve, motivo por el cual los cuarks nunca se han observado aislados. Una vez que quedan confinados, lo están para siempre.

Este periodo se conoce como la «era hadrónica». «Hadrón» es el nombre colectivo para los diferentes tipos de partículas del zoo de partículas compuestos por cuarks. Los hadrones más conocidos son los protones y los neutrones, tipos de hadrones denominados bariones, que es el nombre colectivo para todas las partículas compuestas por tres cuarks. Todos los demás tipos de hadrones se denominan mesones y están compuestos por dos cuarks. Cuando el universo tiene ya un segundo de antigüedad, el mundo está lleno de partículas exóticas asociadas con la fuerza nuclear fuerte. Los aceleradores de partículas pueden recrear algunas de estas condiciones primeras del universo.

En ese momento también cobran existencia los neutrinos, partículas asociadas con la producción de electrones. Han de ser las partículas más prolíficas del universo, pero hasta ahora no se ha detectado ni una sola procedente del Big Bang. El físico italiano Enrico Fermi (1901-1954) fue el primero en postular el neutrino como «un remedio desesperado» (en sus propias palabras) para explicar la fuerza débil. Sin embargo, la existencia de la partícula se confirmó en 1956.

Cabría argüir que el universo ya era muy viejo cuando tenía un segundo de existencia, por más que, desde nuestra perspectiva sesgada, a nosotros nos pueda parecer inconcebiblemente joven. Para entonces ya habían pasado 10⁴³ unidades de tiempo de Planck. En la actualidad el universo tiene una antigüedad de 10⁶⁰ unidades de tiempo de Planck y las formas de vida más antiguas de las que tenemos conocimiento aparecieron (hace unos pocos miles de millones de años) cuando el universo tenía una antigüedad de 10⁵⁹ unidades de tiempo de Planck. Si el universo se antoja viejo en años (13.700 millones), lo es muchísimo más en unidades de Planck, y la primera aparición de la vida, en términos relativos, ocurrió hace un momento.

DE 1 SEGUNDO a 3 MINUTOS

En esta era, el universo está dominado por los electrones y otras partículas pertenecientes a la misma familia, llamados «leptones». Solo hay seis tipos diferentes de leptones. El electrón, el muón y el tau son partículas con carga negativa y un espín de ½, pero con masas muy diferentes.⁵ Los otros tres leptones son los neutrinos asociados y cada uno de ellos carece casi de masa, aunque no del todo.

DE 3 MINUTOS A 20 MINUTOS

Cuando el universo tiene ya 3 minutos de antigüedad, comienza a ser dominado por los electrones. También se ha enfriado lo suficiente para que los protones y neutrones, vía la fuerza nuclear fuerte, empiecen a reunirse en un proceso llamado fusión nuclear. Aparecen los primeros núcleos en el universo. Este periodo de nucleosíntesis solo dura 17 minutos. Después de este tiempo, la temperatura del universo es demasiado baja para que continúe el proceso. La mayoría de los núcleos son protones solos, es decir, son núcleos de hidrógeno, aunque todavía no hay átomos de hidrógeno. El otro componente principal del universo está formado por dos protones y dos neutrones, reunidos como un núcleo llamado «partícula alfa», lo mismo que el núcleo del helio, aunque, una vez más, en este tiempo todavía no hay átomos de helio en el mundo. Hay casi tres veces más núcleos de hidrógeno que núcleos de helio en el universo, además de pequeñas trazas de un par de otros núcleos ligeros: pequeñas cantidades de núcleos de deuterio (un isótopo⁶ del hidrógeno, compuesto por un protón y un neutrón ligados de manera inestable) y cantidades diminutas de litio (tres protones y tres neutrones unidos). Y ya está: es todo el material que existe en el universo en este momento. Cuando el universo tenía un segundo de antigüedad, solo había protones y neutrones en él. Transcurridos unos minutos, los protones y neutrones empiezan a evolucionar a materia un poco más compleja. La física de partículas postula que tiene que haber siete protones por cada neutrón en este universo primitivo; y así resultan ser el contenido del universo. La proporción predicha de neutrones y protones en el universo primitivo queda espectacularmente confirmada por la medida de las cantidades de hidrógeno y helio existentes en el espacio interestelar en la actualidad. Esta confirmación experimental es prueba de que la física de partículas y la astrofísica describen la misma realidad. Constituye una prueba más de que nuestras descripciones separadas de cosas pequeñas y grandes pueden conciliarse.

DE 3 MINUTOS A 380.000 AÑOS

Otro cambio en el universo comienza a sentirse transcurridos unos 3 minutos del Big Bang. La aniquilación repetida de electrones y positrones (antielectrones), así como de otras parejas de leptones y antileptones, crea un universo que se llena de fotones (partículas de radiación electromagnética) y partículas W y Z (esas partículas que son indistinguibles de los fotones salvo porque tienen masa).

Después de unos 70.000 años, el universo pasa de estar dominado por la radiación a una situación donde las densidades relativas de la radiación y de la materia son casi iguales.

En determinado momento entre los 240.000 y 310.000 años desde el Big Bang, el universo está lo bastante frío para que los núcleos de hidrógeno y helio empiecen a capturar electrones, proceso llamado «recombinación». Así aparecen los primeros átomos neutros de hidrógeno y helio en el universo. Casi toda la materia del universo tiene la forma de estos dos elementos, con vestigios diseminados de deuterio y litio.

Antes de que hubiera átomos neutros, el plasma de materia cargada que llenaba el universo primitivo difundía continuamente fotones (partículas de luz). Ahora que el universo está lleno de materia neutra, los fotones ya pueden viajar sin impedimentos como rayos de luz. El periodo llamado «Edad Oscura» llega a su fin. Un universo que era opaco se convierte en otro que es transparente. Los rayos de luz se propagan hacia el exterior. Hoy vemos esta reliquia del universo tal como era 380.000 años después del Big Bang como la radiación cósmica de fondo de microondas (CMB, cosmic microwave background): los fotones que se han enfriado desde los 2.700 °C, cuando el universo era mil veces menor de lo que es ahora (hay una correspondencia directa entre el tamaño del universo y su temperatura de fondo), hasta 2,7 °C por encima de la temperatura más baja posible en el universo (–277, 15 °C, o 0 kélvins, también conocido como «cero absoluto»). Esta prueba fósil del universo primigenio es radiación electromagnética que está tan corrida hacia el rojo que hoy día la vemos como microondas con una longitud de onda de unos 1,9 milímetros. A medida que se va cartografiando con mayor precisión la radiación cósmica de fondo de microondas, lo que sabemos de las condiciones iniciales del universo se vuelve menos especulativo.

9

El nacimiento de las estrellas

¿Dónde estabas al fundar yo la Tierra?

JOB 38, 4

Unos cientos de miles de años después del Big Bang, el universo es más parecido a como lo percibimos hoy: hay materia y hay luz. Un universo de materia y luz en expansión evoluciona durante un periodo de 13.700 millones de años hasta convertirse en el universo tal como se manifiesta a nuestro alrededor en la actualidad.

Para el universo, el pasado no desaparece. Vemos cómo era antaño mirando la luz que nos llega desde su pasado, la luz que nos llega de ahí afuera. La luz procedente de estrellas distantes nos convence de que existen esos objetos llamados «estrellas», y el estudio repetido de la luz recibida de muchas estrellas nos convence de que el universo físico se ha convertido en una jerarquía de ellas.

Observar el espacio es lo mismo que mirar hacia atrás en el tiempo. La luz procedente del pasado más profundo del universo llega como radiación de microondas, la CMB, un retrato borroso de cómo era el universo 400.000 años después del Big Bang. También es en parte el retrato más borroso de lo que otrora fuimos. La CMB es un mapa de todo, y de ese todo evolucionó el todo del universo del siglo XXI. Plantear de nuevo la pregunta (¿en qué está contenido el universo?) provocará respuestas curiosas. Nunca podremos alcanzar el lugar donde estábamos hace 13.700 millones de años. El universo está expandiéndose y alejándose cada vez más de sus orígenes. Aunque fuéramos capaces de viajar a la velocidad de la luz, el horizonte goza de una ventaja de 13.700 millones de años. En todo caso, para viajar a la velocidad de la luz tendríamos que ser la luz y, paradójicamente, nos parecería que el tiempo no pasa. No podemos ver la radiación que se aleja de nosotros a la velocidad de la luz. Los objetos más lejanos que aún son visibles son los cuásares que se alejan de nosotros a un 93 % de la velocidad de la luz. El borde del universo es realmente un horizonte, pero es imposible precisar de qué es un horizonte. Si nos aproximáramos físicamente al horizonte con miras a ver más allá de él, lo que hay más allá no tiene por qué parecerse a nada del universo visible tal como lo describimos en la actualidad.

El mapa del universo primitivo que es la CMB se antoja curiosamente uniforme, como si fuera el mismo patrón detallado repetido una y otra vez. El patrón es homogéneo hasta una parte entre mil. La CMB parece confirmar la conjetura de Einstein de que el universo está uniformemente distribuido, al menos en sus escalas más grandes. En el detalle es donde se percibe lo que ha llegado a ser. Ahí existe bastante variación —aunque parezca pequeña— para explicar las grandes estructuras posteriores que encontramos en el universo tal como lo contemplamos hoy. Esa variación se ha heredado de la granularidad del mundo cuántico gracias a la inflación. Después de unos cientos de millones de años, la pequeña cantidad de inhomogeneidad que vemos en la CMB ha evolucionado en un universo lleno de nubes de hidrógeno y moléculas de helio en una jerarquía de todos los tamaños, que tras miles de millones de años evolucionará hasta los complejos ordenamientos de estrellas que vemos hoy en el universo.

Estas nubes son lugares de baja temperatura donde el hidrógeno y el helio pueden existir como gases. Comparadas con otras regiones del espacio exterior, son áreas de densidad relativamente alta, aunque también son menos densas que lo que consideraríamos un vacío en un laboratorio de la Tierra. Tres cuartos del gas del universo primitivo es hidrógeno, y un cuarto, helio. De esas nubes se formarán las estrellas que pueblan el universo, que después se desplazan y evolucionan para formar los agrupamientos gravitatorios conocidos como cúmulos estelares, galaxias, cúmulos de galaxias y cúmulos de cúmulos (supercúmulos) de galaxias.

Una estrella es producto de un gas turbulento, y las leyes de los gases (elaboradas en la Tierra a lo largo de varios siglos) se comprenden bien. Aunque dichas leyes estén claras, todavía no se entiende por completo cómo deben aplicarse a esas vastas nubes moleculares. Sin embargo, sí sabemos que todas las estrellas que vemos nacer hoy surgen de nubes moleculares, y asumimos que también lo hicieron en el pasado.

Donde hay masa, también existe gravedad. Aunque la gravedad es extraordinariamente débil, ahora domina el relato del universo. La ciencia de la cosmología se inició como el estudio de las grandes dimensiones del universo y fue desde el principio, sobre todo, el relato de la gravedad. Es como si la extraña debilidad de la gravedad se correspondiera con la enormidad del universo que vemos, como si la enormidad fuera el quid pro quo de la debilidad; pero por qué motivo es un misterio que persiste.

Si nos sumergimos en nubes turbulentas de diferentes órdenes de magnitud, encontramos nubes comparativamente pequeñas que se condensarán bajo la gravedad para crear estrellas. Por lo general, por cada cien estrellas formadas, unas cuarenta lo serán como sistemas triples y sesenta como sistemas binarios. Se ha conjeturado que muchos tripletes expulsan una estrella y que algunos sistemas binarios se separan; por tanto, el carácter solitario de nuestro Sol no es de por sí un rasgo poco habitual.

La gravedad provoca que esas nubes se condensen y roten; también las aplana en discos. El tamaño final que alcanzan las estrellas individuales depende de lo denso que sea el entorno molecular de la nube. Todas las estrellas empiezan con un núcleo que tiene más o menos una décima parte de la masa del Sol y después aumenta con materia procedente de la nube que tiene alrededor. Cuando la estrella añade masa, tiende a crecer más en densidad que en tamaño.

Los átomos de gas que se encuentran en el núcleo de la estrella van volviéndose más energéticos a medida que se ven obligados a acercarse más, lo que constituye otro modo de expresar que el núcleo de la nube se vuelve cada vez más caliente. La energía de las colisiones provoca que los átomos pierdan a sus electrones recobrados con tanto cuidado para pasar a ser núcleos de nuevo. Estos núcleos son 10.000 veces más pequeños que los átomos, lo que significa que ahora la gravedad puede acercarlos aún más, elevando también la temperatura en el proceso.

Cuando la temperatura central alcanza 10 millones de grados, los núcleos están a punto de unirse por fusión nuclear. Las condiciones se asemejan a las que tenían en el universo primitivo cuando se fusionaron los primeros núcleos, si no fuera porque ahora el proceso de fusión nuclear sucede en muchas bolsas separadas, constituyendo cada una de ellas el centro de una estrella. En lenguaje coloquial, los cosmólogos dicen que las nubes de gas se colapsan y se encienden. Los poetas saludarían el nacimiento de las estrellas. En el corazón de las jóvenes estrellas se fusionan cuatro núcleos de hidrógeno (cuatro protones) para crear un único núcleo¹ de helio (dos protones y dos neutrones) más energía. De manera más precisa, dos de esos cuatro protones se convierten en dos neutrones y la diferencia de energía se libera como dos positrones (antielectrones) y dos neutrinos (partículas asociadas con la producción de electrones o antielectrones).

La humanidad todavía no ha descubierto cómo reproducir la energía del Sol de modo controlado, aunque se han hecho progresos en los últimos cincuenta años. La fusión nuclear eficiente con intervención humana todavía permanece lejana en el futuro, tal vez otros cincuenta años más. Si llegamos a dominar esa técnica, se habrá descubierto el secreto de la producción más limpia de energía. Los productos residuales de la fusión son helio (completamente inocuo) y pequeñas cantidades de un isótopo radiactivo del hidrógeno llamado tritio (un protón y dos neutrones) que tiene un periodo de semidesintegración (el tiempo que tarda en reducirse a la mitad) de solo doce años. En la actualidad, la mayor parte de la energía nuclear que producimos en la Tierra proviene de la fisión nuclear, donde la energía se libera en el proceso de división de los núcleos de los átomos pesados.

Parte de la energía liberada en las reacciones nucleares que ocurren en las estrellas se emite en varios intervalos del espectro electromagnético. Unos observadores distantes podrían percibirla en la parte visible del espectro como puntos de luz, pero, claro está, en el momento de la vida del universo que estamos describiendo, no hay tales observadores distantes. Qué antigüedad tendrá que alcanzar el universo para que aparezca ese observador y cuántos puestos de observación habrá esparcidos por el universo es un tema que suscita gran especulación.

Parte de la energía de las reacciones se libera como calor, provocando que el centro de la estrella se vuelva cada vez más caliente. Cuando la temperatura del centro alcanza 25 millones de grados, la estrella se asienta en un periodo estable: la atracción gravitatoria de su masa es equilibrada por la fuerza de la reacción nuclear que intenta dividirla. La duración de esta fase, como simple crisol de laboratorio que fabrica helio, depende de la masa original de la nube, ahora estrella.

Los cuerpos cuya masa es inferior a un tercio de la masa del Sol son demasiado pequeños para brillar como estrellas, y las estrellas de unas 150 veces la masa del Sol constituyen el límite del tamaño que pueden alcanzar. Estas estrellas tan masivas son muy escasas en el universo tal como lo vemos en la actualidad. Se piensa que las estrellas que tienen más de ocho veces la masa del Sol no se forman por la condensación de nubes, pero todavía no se comprende cómo lo hacen. Sin embargo, es posible que las estrellas más pesadas se formen del mismo modo que las más pequeñas.

Las estrellas con la misma masa que nuestro Sol pueden permanecer en el estado estable de quemado de hidrógeno durante miles de millones de años. El Sol lleva quemando hidrógeno 5.000 millones de años y posee el combustible necesario para seguir haciéndolo otros 5.000 millones de años o incluso más. Las estrellas más grandes agotan su combustible con mayor rapidez. Así, las estrellas que tienen tres veces la masa del Sol podrían permanecer en este estado solo 300 millones de años. Las estrellas que tienen, por ejemplo, treinta veces la masa del Sol habrán quemado todo su hidrógeno en unos 60 millones de años. Una estrella con un tercio del tamaño del Sol podría estar quemando hidrógeno durante 800.000 millones de años, si es que el universo dura tanto.

Llega un punto en el que todo el hidrógeno se ha quemado, y entonces la estrella se desploma. Tras miles de millones de años de estabilidad, la estrella se colapsa al instante sobre sí misma bajo la fuerza de la gravedad. Pero en una fracción de segundo se asienta en un lugar de nueva estabilidad.

Cuando el centro de la estrella se colapsa, sus capas exteriores se alejan más, haciendo que la estrella se vuelva enorme, con un tamaño que puede ser cien veces mayor del que solía ser, y adquiriendo un color rojizo. La estrella se ha convertido en una gigante roja.

El centro de una gigante roja encuentra una nueva estabilidad a una temperatura de 100 millones de grados, calor suficiente para quemar el helio que se ha fabricado durante la fase de quemado de hidrógeno. Una nueva reacción tiene lugar en las estrellas de tamaño suficiente: tres núcleos de helio se unen para crear los primeros núcleos de carbono, y con un núcleo de helio adicional, se fabrican los primeros núcleos de oxígeno.

Las estrellas que comenzaron su vida con una masa treinta veces mayor que la del Sol y quemaron hidrógeno durante 60 millones de años, ahora quemarán helio como una gigante roja durante otros diez millones de años. Nuestro propio Sol tiene el tamaño necesario para entrar en el estadio de quemado de helio, en el que permanecerá durante 300 millones de años. Todas las estrellas que empiezan siendo más pesadas que la mitad, más o menos, de la masa del Sol se convertirán en gigantes rojas. La vasta mayoría de las estrellas son enanas rojas, estrellas menores con la mitad del tamaño del Sol, demasiado tenues y frías incluso para llegar al amarillo de nuestro Sol. Hay estrellas aún más pequeñas y tenues que se llaman «enanas marrones». Estas estrellas más pequeñas no se convierten en gigantes rojas, sino que se desvanecen y enfrían para pasar a ser enanas negras en un proceso que durará varias veces la edad actual del universo, razón por la cual no se verán enanas negras durante un tiempo considerable en el futuro.

De nuevo, dependiendo de la masa de la estrella original, este proceso de colapso y aumento de la temperatura del núcleo crea sucesivas capas de cebolla en las que se queman elementos cada vez más pesados. A altas temperaturas, se quema carbono para crear los primeros neón y magnesio, así como más oxigeno. A temperaturas aún más elevadas, todavía se quema neón, y el proceso continúa, en secuencias de quemado que usan sucesivamente oxígeno, silicio y azufre.

Las estrellas con una masa similar o hasta el doble de la del Sol solo fabricarán carbono y oxígeno a lo largo de su vida. Las estrellas mayores, que tienen hasta cuatro veces la masa del Sol fabrican una secuencia más larga de elementos, entre los que se incluyen neón, magnesio y nitrógeno. Las estrellas con una masa entre ocho y once veces la del Sol finalizan en el estadio de quemado de silicio, proceso que dura un único día y en el que se producen níquel y cobalto.

El ciclo de quemado y colapso gravitatorio no puede proseguir de forma indefinida. Al final, la materia de la estrella está lo más comprimida posible, según una regla llamada «principio de exclusión de Pauli»,² que establece un límite cuántico a la compresión. Las estrellas que tienen más de quince veces la masa del Sol alcanzan este límite final. Para dichas estrellas, el proceso de quemado final se desarrolla fuera de control y se fabrica hierro, el metal más pesado que una estrella puede forjar. Los núcleos del átomo de hierro están más comprimidos que cualquiera de los elementos más pesados.

La creación de estos primeros elementos encerrados en el centro de las estrellas explica el 99,9 % de todos los elementos del universo. El universo que estaba compuesto en su totalidad de hidrógeno (76 %) y helio (24 %) se acaba convirtiendo en otro de hidrógeno (74 %), helio (24 %), oxígeno (1,07 %), carbono (0,46 %), neón (0,13 %), hierro (0,109 %), nitrógeno (0,10 %), silicio (0,065 %), magnesio (0,058 %) y azufre (0,044 %). Hasta este momento, solo se ha quemado en la vida del universo el 2 % del hidrógeno creado en el Big Bang, y la creación y quemado del helio ha dejado invariable la cantidad de este gas. Esta pequeña proporción de hidrógeno se ha transmutado en ocho nuevos elementos o metales. (Por alguna razón, los cosmólogos llaman a todos los productos fabricados en las estrellas «metales», lo sean realmente o no algunos de ellos). Sin embargo, hay al menos otros 84 elementos que aparecen de modo natural en el universo, además de treinta elementos más que solo se han visto en laboratorios de la Tierra (y quizá en culturas alienígenas). Estos otros elementos no artificiales se producen cuando hacen explosión estrellas de suficiente tamaño.

Las estrellas que tienen varias veces el tamaño del Sol pueden en potencia terminar sus vidas de este modo. Tras las etapas finales de quemado fuera de control, dichas estrellas no tienen adónde ir salvo al exterior y hacen explosión como supernovas en un proceso que no se comprende en su totalidad. Estas explosiones son las más masivas del universo y su energía provoca en los elementos del núcleo estelar una serie de reacciones por las que se fabrican, por primera vez y en cantidades diminutas, los restantes elementos hallados en la naturaleza. Durante un tiempo, la explosión brilla con más fuerza que cien galaxias. En 1987 se vio la explosión de una estrella en el cielo meridional. Aunque está a una distancia de 180.000 años luz, durante cuatro meses pareció tan brillante como cualquier estrella cercana. Una vez que se enfrían, los núcleos de todos los elementos recién creados capturan electrones y se convierten en átomos estables, la mayoría de ellos nuevos para el universo.

No se ha determinado de forma absoluta cuán grande ha de ser una estrella para convertirse en supernova. Las estrellas que poseen diez veces la masa del Sol terminan su vida casi con certeza con una explosión, en cambio, una estrella que posee unas pocas veces la masa del Sol no siempre hará explosión. Las inferiores a tres veces la masa del Sol no lo harán nunca. En el caso de una estrella similar a nuestro Sol, las capas más remotas de la gigante roja acabarán dispersándose para revelar un centro pequeño y denso, compuesto de carbono y oxígeno. A este centro se lo denomina «enana blanca» y posee una masa entre la mitad y tres cuartos de la original de la estrella (nuestro Sol acabará siendo del tamaño de la Tierra, pero con la mitad de la masa solar original). Este es el destino del 97 % de las estrellas de nuestra galaxia. Si el universo dura lo suficiente, una enana blanca se irá desvaneciendo de forma gradual para convertirse en una enana negra. La mayoría de las estrellas son parte de un sistema binario o mayor. Las supernovas más comunes se denominan «supernovas de tipo Ia». Se forman cuando una enana blanca, inferior a 1,4 veces la masa de nuestro Sol, añade gradualmente material desde su estrella hermana. Cuando la masa de la enana blanca alcanza este límite crítico, llamado «límite de Chandrasekhar», la estrella hará explosión. Como este tipo común de supernova hace explosión al alcanzar siempre el mismo límite exacto, todas lo hacen con el mismo brillo. Este resplandor absoluto se utiliza como faro para medir distancias lejanas en el universo. Cuanto más remotas se encuentren esas supernovas, menos brillantes parecerán ser. Como las supernovas de tipo Ia son muy comunes, pueden utilizarse para medir la distancia a muchos objetos remotos del universo (porque siempre es probable que exista una supernova de ese tipo en las proximidades).

Las estrellas grandes que alcanzan el estadio de supernovas (llamadas «supernovas de tipo Ib», «de tipo Ic» y «de tipo II») dejan tras de sí un centro pequeño y denso denominado «estrella de neutrones» o, en el caso de las estrellas más grandes, «agujero negro».

Estas estrellas que hacen explosión son las que siembran el universo con los elementos necesarios para la vida. Se piensa que en el primar millar de millones de años de formación de estrellas se crearon solo en nuestra galaxia 500 millones de supernovas. En este tiempo, las estrellas grandes han agotado sus vidas, han hecho explosión, se han reformado como estrellas y han vuelto a hacer explosión —tal vez varias veces—, antes de que una estrella pequeña haya podido siquiera terminar de quemar su combustible de hidrógeno. Las estrellas con una masa entre diez y setenta veces la del Sol se llaman «supergigantes». También hay estrellas raras llamadas «hipergigantes», algunas de las cuales poseen una masa entre cien y 150 veces la del Sol (que una estrella se catalogue como supergigante o hipergigante no depende enteramente de la masa). La Estrella Pistola es una hipergigante próxima al centro de la Vía Láctea; su masa es 150 veces mayor que la del Sol, pero es 1,7 millones de veces más brillante y presenta una esperanza de vida de solo tres millones de años.

Contamos con una asombrosa prueba experimental para determinar que fue así como se forjaron en su origen todos los elementos que encontramos en la Tierra y en el resto del universo. Por razones técnicas que tienen que ver con las propiedades energéticas de los elementos más pesados que el carbono, es fácil describir cómo pueden fabricarse todos los elementos hasta el hierro en el corazón de las estrellas. El escenario que crea los elementos en el crisol de una estrella fusionando cada vez más núcleos de helio funciona bien mientras haya carbono. Lo que no es fácil describir es cómo se crea dicho carbono. En teoría, debería ser posible forjar el elemento berilio partiendo de la fusión de dos núcleos de helio, pero el berilio es muy inestable y retorna de inmediato al estado de dos núcleos de helio antes de que se puedan añadir otros núcleos de helio para hacer carbono. En un experimento famoso en la historia de la ciencia, Fred Hoyle predijo que podría fabricarse carbono partiendo directamente de tres núcleos de helio, sin la intervención del estadio del berilio, si el carbono poseía una propiedad hasta entonces insospechada. Conjeturó que el carbono resuena a una frecuencia energética particular que permitiría a tres núcleos de helio unirse suavemente en el corazón de las estrellas, e ideó un experimento que podría realizarse en la Tierra para probar su tesis. La propiedad que había conjeturado se descubrió; y lo notable es que Hoyle había encontrado un modo de probar en el laboratorio la teoría de la formación de estrellas.

A los científicos les encanta la vulnerabilidad en una teoría (sobre todo en la teoría de otro) porque proporciona una gran oportunidad para probarla. La debilidad aparente puede acabar resultando un camino hacia adelante. Es esta cualidad provisional de la ciencia la que se suele entender mal. La naturaleza provisional de la ciencia es su fortaleza, no una debilidad. Denominar «teoría» a algo no significa afirmar que sea simplemente una idea; una teoría es la forma más elevada de la explicación científica. La ciencia avanza provisionalmente; esa es su naturaleza.

Tras años de teorización y experimentación, resulta tentador pensar que ahora debe ser posible trazar una línea para contener cierto meollo de verdad entre toda la provisionalidad. Después de todo, cada nueva teoría debe abarcar lo que ha habido antes y describir algo nuevo. Cualquiera es libre para decir dónde cabría trazar la línea, pero quien la dibuje no estará haciendo ciencia, ni el método científico lo requiere. La ciencia sale en busca de una verdad mayor (si es que se tiene que usar esa palabra) y no de la verdad. Por desgracia, pocos humanos son capaces de resistir tal incertidumbre, sean científicos o no científicos.

Aunque sabemos bastante acerca de cómo se deben de haber formado las estrellas, quedan muchas lagunas en nuestra comprensión. La teoría da por sentado que las primeras estrellas estaban formadas por hidrógeno y helio, pues eran los únicos materiales que existían, pero esas estrellas (llamadas de «estrellas de la población III») no se han observado en el universo tal como es en la actualidad. Puede que, en general, las estrellas de la población III fueran más grandes que las posteriores y que tuvieran existencias breves, tal vez de menos de un millón de años, antes de hacer explosión como supernovas.

Las estrellas más antiguas que hemos encontrado se denominan «estrellas de la población II» y están formadas del modo que se acaba de describir, con la excepción de que las nubes moleculares de las que se han condensado contienen, además de hidrógeno y helio, pequeñas cantidades de elementos más pesados forjados en el corazón de las estrellas de la población III y esparcidos por el espacio cuando hicieron explosión. La adición de esos elementos añadidos puede acelerar algunos de los procesos; por lo demás, la explicación de cómo se forjan elementos más pesados en el centro de las siguientes generaciones de estrellas permanece invariable. Nuestro Sol constituye un ejemplo de la clase más joven de estrellas. Las estrellas de la población I contienen cantidades mayores de elementos pesados que las de la población II y están formadas por material procedente de varias rondas anteriores de creación de estrellas.

La mayoría de las galaxias que vemos en el universo hoy —la nuestra no es una excepción— se formaron en un estadio temprano. Las galaxias más antiguas observadas hasta el momento se encuentran a una distancia de unos 13.200 millones de años luz;³ esto es, se estaban formando unos 500.000 años después del Big Bang. Hasta fecha reciente se pensaba que las galaxias se constituyeron en un breve lapso de tiempo partiendo de vastas nubes moleculares rotatorias de tamaño galáctico. En esta descripción verticalista, se sostenía que las galaxias surgieron formadas casi por completo. Pero observaciones recientes sugieren que han evolucionado a partir de algunos rasgos básicos. Las primeras galaxias primitivas se denominan «protogalaxias» y en realidad no sabemos mucho acerca de cuál sería su apariencia. Transcurridos en torno a 1.000 millones de años, habrían surgido algunos de los rasgos reconocibles de las galaxias tal como las vemos hoy. Tal vez se hayan formado cúmulos globulares de antiguas estrellas, junto con un aumento de otras estrellas de la población II, en el centro de la galaxia. La forma espiral de las galaxias como la nuestra puede haber tardado 2.000 millones de años en aparecer. Tras este lapso de tiempo las galaxias permanecen relativamente invariables, como lo ha sido nuestra galaxia durante millones de años hasta ahora. Algunas galaxias son elípticas, pero es posible que comenzaran como galaxias espirales como la nuestra y se convirtieran en elípticas como resultado de numerosas colisiones con otras galaxias, lo que asimismo explicaría por qué las galaxias elípticas son también las más masivas del universo. El universo primitivo era más pequeño de lo que es hoy y estaba repleto de galaxias. Las galaxias habrían chocado unas con otras constantemente de un modo que es difícil reproducir en la actualidad.

Estas circunstancias dificultan sobremanera la datación de una galaxia. En cierto sentido, todas son antiguas. Las estrellas más viejas de nuestra galaxia tienen alrededor de 13.200 millones de años (quizá más) y son de las más antiguas observadas. Pero se piensa que el rasgo espiral de nuestra galaxia no resultó evidente hasta determinado momento hace entre 6.600 y 10.100 millones de años. La edad de las galaxias más antiguas se está revisando hacia arriba continuamente.

Rara vez se encuentran galaxias sueltas. De modo invariable, forman parte de alguna compleja jerarquía dinámica de galaxias que refleja la naturaleza fractal del universo. En la actualidad, el universo se contempla como filamentos de galaxias con vastos vacíos entre los ramales donde no hay galaxia alguna.⁴ Donde confluyen los filamentos, se encuentran densos cúmulos de galaxias.

Un rasgo que parecen compartir todas las galaxias jóvenes es que en su centro hay un tipo masivo de agujero negro llamado «cuásar». Un cuásar es un agujero negro que se está alimentando de la materia que se ve atrapada por su influencia gravitatoria. Cuando la materia es arrastrada al agujero negro, se fragmenta y parte de ella se convierte en energía electromagnética: el agujero negro cobra brillo como cuásar. Un cuásar se opaca en un agujero negro normal cuando no queda materia a su alrededor que devorar. En el centro de nuestra propia galaxia se halla un cuásar inactivo de este tipo. Fuera de su influencia gravitatoria, la materia brillante de la Vía Láctea se encuentra a salvo.

Los cuásares aparecieron por todo el universo primitivo probablemente en el corazón de todas las galaxias, aunque nadie sabe cómo. Son un rasgo evolutivo temprano de una galaxia, como las estrellas de la población III, y son difíciles de comprender cuando se estudian. Es posible que estos primeros cuásares se formaran a partir de las nubes más grandes del universo primitivo a las que la gravedad forzó a juntarse tan deprisa —tal vez incitadas por las ondas de choque que resuenan por el universo después del Big Bang—⁵ que se convirtieron directamente en agujeros negros. Cantidades ingentes de materia se retiraron del universo y se encerraron en el corazón de las galaxias. La luz procedente de estos cuerpos masivos y antiguos se ve hoy como radiación electromagnética que se ha corrido hacia el rojo hasta la zona de las ondas de radio y de luz visible del espectro. Se piensa que los cuásares empezaron siendo más grandes que las estrellas que aparecieron con posterioridad y al comerse la materia circundante, se hicieron aún mayores con el paso del tiempo. Algunos de los cuásares que vemos en la actualidad tienen una masa millones de veces mayor que la de nuestro propio Sol.

Es difícil precisar la cercanía a la que se encontraban los cuásares cuando se formaron porque el universo era mucho más pequeño entonces. Hoy vemos a los activos en los confines más remotos del universo y en el centro de las galaxias más jóvenes. A los que han pasado a ser inactivos los vemos en el centro de las galaxias más antiguas como la nuestra. Los cuásares proclaman espectacularmente que el universo había cambiado de uno de energía a otro de materia. Hasta ahora se han identificado unos 100.000 cuásares. Cuántos hay en total es un asunto polémico: puede haber millones o muchísimos más. El más distante descubierto hasta ahora se encuentra a 13.000 millones de años luz. El más brillante se llama 3C 273 y es unos 2.000 millones de veces más brillante que el Sol; aunque se encuentra a 2.440 millones de años luz, es fácil de ver con un equipo de aficionado. El hecho de que los cuásares puedan ser tan luminosos incluso a tales distancias es un indicio de cuán extraordinariamente brillantes son. Se piensa que deben de haber aparecido después de las estrellas de la población III, puesto que hay indicios en ellos de metales más pesados que el hidrógeno y el helio.

Los mapas de la radiación de fondo recibida del universo primitivo son cada vez más detallados. En los más recientes no solo se ven pruebas de la radiación de fondo de microondas, sino también de otra radiación de fondo asociada con una línea espectral del hidrógeno neutro. Se denomina radiación de 21 centímetros por la razón obvia de que esa es su longitud de onda. De momento, es muy difícil de interpretar, pero tiene mucho que contarnos de la historia del principio del universo. Los huecos en el patrón de radiación de 21 centímetros parecen ser prueba de un tiempo en que los átomos de hidrógeno cambiaron de estado: de átomos neutros a un plasma de núcleos y electrones. El universo se volvió a ionizar, se llenó una vez más de partículas cargadas, varios cientos de millones de años después del Big Bang. En este estado reionizado es como vemos el universo hoy (con parches aquí y allá de nubes moleculares neutras con la temperatura adecuada donde se lleva a cabo la formación de estrellas). Se conjetura que las ondas de choque procedentes de las explosiones de las estrellas de la población III pueden haber causado la reionización. La aparición repentina de los cuásares tal vez haya sido otra causa.

A pesar de la falta de pruebas observadas sobre la existencia de las estrellas de la población III y la incertidumbre que rodea la formación de los cuásares, la descripción física de cómo se formaron las estrellas de las poblaciones I y II constituye uno de los triunfos de la física moderna, reuniendo en una sola descripción teorías de lo muy pequeño y lo muy grande.

Así pues, a pesar de sus muchos fallos, contamos con un mapa más o menos hilvanado que nos lleva desde un estado de radiación de alta energía hasta un mundo material de cuerpos físicos llamados «estrellas». El empeño, como siempre, se revalida por nuestra capacidad para fabricar instrumentos tecnológicos cada vez más sofisticados, y los fallos de la teoría, como siempre, señalan el camino hacia mejores teorías.

Los fallos pueden constituir un reto, por no decir más. El fracaso para lograr la plena unificación de la luz y la gravedad en el plano teórico también se manifiesta en el universo en el plano físico de las estrellas. Cuando comprobamos el contenido del universo físico utilizando nuestros dos modos de ver —mediante la luz y mediante la gravedad—, surge un cuadro completamente diferente. La cantidad de masa visible en una galaxia o un cúmulo de galaxias establece una predicción acerca del movimiento de esas estructuras. Por desgracia, las galaxias y cúmulos de galaxias se mueven gravitatoriamente como si contuvieran mucha más masa de la que resulta visible. Las partes exteriores de las galaxias se mueven demasiado deprisa, al igual que las partes exteriores de los cúmulos de galaxias, para la cantidad de masa visible que parecen contener. Nuestra propia galaxia, una espiral plana con dos brazos principales, que gira alrededor de un eje central a 220 kilómetros por segundo, rota más deprisa que este valor en sus extremos, como si hubiera masa adicional en la galaxia que no somos capaces de ver. Es esta masa adicional la que parece mantener su forma espiral. De hecho, para explicar el movimiento observado de cualquiera de las grandes estructuras del universo, cada una tiene que estar rodeada de un enorme halo de materia gravitatoria invisible. Nuestra propia galaxia parece estar rodeada por un halo de materia oscura que tiene diez veces el radio de la galaxia visible. La disparidad en la cantidad de masa del universo que vemos por medio de la luz y la cantidad que predice el movimiento gravitatorio es sorprendente. El universo ha de contener mucha más materia si queremos explicar cómo las estructuras que alberga se han agrupado del modo que lo han hecho. La materia invisible tiene que superar en más de cinco veces la materia visible. Por razones obvias, esta materia invisible se denomina «materia oscura»: «oscura» porque no puede ser descrita por lo que en la actualidad sabemos de la naturaleza de la luz. No podemos arrojar luz sobre la materia oscura. Tampoco puede verse ni entenderse. Para que lleguemos a entenderla, nuestra comprensión de la luz deberá haber cambiado necesariamente a fin de que la veamos.

La materia negra cuelga como una telaraña invisible tendida a lo largo de las estructuras a gran escala del universo. Existen, claro está, teorías acerca de qué podría ser. Durante un tiempo se pensó que tal vez estuviera compuesta de objetos masivos y compactos de halo (o MACHO, por sus siglas en inglés), nombre colectivo para todo el material que sería visible si pudiéramos hacer brillar una luz sobre él: nubes oscuras de gas, estrellas tenues (como la posible compañera de nuestro Sol), planetas no detectados, pequeños agujeros negros, y así sucesivamente. Pero ahora estamos seguros de que en ningún lugar del universo hay suficiente masa no explicada en esta forma. Las partículas masivas débilmente interactuantes (o WIMP, por sus siglas en inglés)* constituyen otra posibilidad. Son el tipo de partículas predichas por la supersimetría. El neutralino, compañero supersimétrico del neutrino, es uno de los candidatos. Pero, como sabemos, nunca se han detectado esos compañeros supersimétricos.

UNOS 9.000 MILLONES DE AÑOS DESPUÉS DEL BIG BANG O HACE 5.000 MILLONES DE AÑOS

A finales de la década de 1990 se descubrió, para sorpresa de muchos, que hace unos 5.000 millones de años el ritmo de aceleración del universo comenzó a aumentar. Así pues, no solo falta materia en el universo, sino que también falta energía, montones de energía. Como es natural, a esta energía «perdida» se la denomina «energía oscura».

Según la teoría general de Einstein, el espacio posee una energía inherente que alimenta el Big Bang. Einstein añadió su constante cosmológica porque al principio no podía aceptar que el espacio no fuera estático. Una vez que quedó claro que no lo era, se retiró la constante y se permitió que el universo se expandiera. En épocas más recientes, los científicos han creído necesario recuperar la constante a fin de asegurarse de que las ecuaciones de Einstein describen un universo que se está expandiendo más deprisa de lo que predice la relatividad general. (Por tanto, tal vez Einstein no cometiera un error garrafal cuando añadió una constante cosmológica, sino que simplemente la añadió por una razón equivocada). Esta nueva modificación otorga al espacio la misma fuerza que tiene la gravedad, con la salvedad de que se trata de una fuerza repulsiva y no atractiva. La naturaleza de esta fuerza inherente en el tejido del espacio solo nos resulta evidente en las escalas más grandes. Un intento de explicar esta fuerza repulsiva postula que la misma gravedad se vuelve repulsiva a esos tamaños. En esos confines remotos del universo, toda materia que no haya empezado ya a ser arrastrada por la gravedad nunca lo será, como si lanzáramos al aire una pelota y comenzara a acelerar su alejamiento de nosotros. A las escalas más grandes, la expansión vence a la gravedad. Las galaxias y los cúmulos de galaxias están ligados gravitatoriamente, pero los supercúmulos empezarán a desaparecer en el horizonte cósmico, llevándose consigo a las galaxias distantes.

El tamaño de la constante cosmológica necesaria para describir la expansión acelerada del universo es muy pequeño. De hecho, se aproxima mucho a cero, en torno a 1 dividido entre 10⁶⁰. Se antoja extraño que estemos en un universo donde la naturaleza ha elegido un número tan cerca del cero, pero que no lo es; y esto preocupa a muchos científicos.

Otros se han preguntado si la energía oscura es tan siquiera constante, en cuyo caso no podría ser la constante cosmológica modificada. Al principio existió cierta esperanza de que la energía del vacío se pudiera utilizar para explicar esta aceleración en la expansión del universo, pero por desgracia la energía del vacío es 10¹²⁰ veces demasiado grande y destrozaría toda la materia en un instante. Una teoría alternativa espera explicar la aceleración del espacio postulando la existencia de un campo cuántico más que impregna el universo: una quinta fuerza, a veces denominada «quintaesencia». Pero tal campo requeriría la existencia de una partícula inobservada más (algo como el bosón de Higgs, pero que no interactúa con la materia).

Atendiendo a las observaciones recientes, nuestra predicción actual es que el universo proseguirá expandiéndose por siempre a un ritmo que se acelera.

Si vamos por buen camino con una teoría del universo basada en el Big Bang, tenemos que creer que el 23 % de la composición del universo es materia que no podemos ver, el 73 % aparece en forma de energía oscura y solo el 4 % es materia normal. De modo alternativo, todo esto que falta podría ser prueba de que la teoría del Big Bang se está viniendo abajo. No obstante, la teoría ha obtenido tanto éxito en aspectos tan diversos, que pocos científicos se arredran ante su fracaso para describir la mayor parte de lo que sea que el universo comprende. En todo caso, no tenemos una alternativa y, en última instancia, queremos que nuestras teorías fallen para poder encontrar otras mejores. La ciencia avanza descubriendo los errores. Es posible que la teoría actual se actualice o sea reemplazada, tal vez por otra teoría que adopte un planteamiento completamente diferente.

En términos generales y dejando por el momento de lado los inquietantes problemas de la materia oscura y la energía oscura, cabe afirmar que unos 500 millones de años después del Big Bang, existía una parcela del universo que denominamos «visible» compuesta por sencillos agrupamientos de estrellas, algo más complejo que el universo de gas del que había evolucionado, pero muy alejado todavía de la diversidad del mundo al que ahora nos asomamos. A pesar de todo su dinamismo, de las carreras de un lado a otro de la materia, acaso todavía nos sintamos inclinados a pensar que ese universo distante es bastante aburrido si es todo lo que hay: solo un número de fuegos remotos ardiendo en la vastedad del espacio. Después de todo, acaso no sea una perspectiva tan aterradora y, sin embargo, quizá estaría justificado sospechar de un relato tan simple. ¿Es simple porque lo es o porque es el único modo en que sabemos contar la historia de cosas distantes que solo se antojan sencillas porque se ven desde muy lejos? Un accidentado paisaje de montaña, cuando se deja atrás, se resuelve de complejidad serrada en simplicidad sinuosa. El universo primitivo se encuentra en los confines más remotos del tiempo y el espacio, en el horizonte de nuestro conocimiento. La historia puede tener un comienzo simple porque acabamos de empezar a desentrañar cómo contarlo, o porque así es como todas las historias deben comenzar.

Nuestro relato de la creación moderno narra cómo sencillas estructuras simétricas evolucionaron en otras más complejas, y la pregunta es: ¿cuáles son las más complejas y cuántas hay? Los científicos buscan estas estructuras y tratan de dilucidar cómo unificar la simplicidad del primer universo con su diversidad y complejidad posteriores. Al contar la parte siguiente del relato de la complejidad emergente, nos vemos obligados a observar más de cerca lo que sucede dentro de una galaxia típica. En nuestra búsqueda de una complejidad creciente, no sabemos dónde más mirar. Y si tenemos que contar ese relato observando lo que sucedió en nuestra propia galaxia, al menos podemos consolarnos sabiendo que creemos que nuestra galaxia es una de las muchas esparcidas por el universo donde se desarrolló una trama similar.

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Habitando el universo

El universo posee la curiosa propiedad de hacer que los seres vivos piensen que sus propiedades inusuales son adversas para la existencia de la vida, cuando en realidad resultan esenciales.

JOHN BARROW

Dentro del mundo visible que constituye nuestro hogar particular, tenemos la plena confianza de que ninguna de las estructuras más grandes nos ha elegido para privilegiarnos. Vivimos en un supercúmulo típico, y el Grupo Local es un cúmulo típico que contiene una galaxia típica. Tampoco creemos que la región de la Vía Láctea que se convirtió en nuestro sistema solar sea diferente de muchas otras regiones de nuestra galaxia, o ni siquiera de muchas otras galaxias con brazos espirales, donde se encuentran las estrellas de la población I.

HACE UNOS 5.000 MILLONES DE AÑOS

Hace unos 5.000 millones de años, en la parte de la galaxia donde nos encontramos hoy, una gran nube¹ de gas formadora de estrellas se condensó en muchos astros, uno de los cuales fue nuestro Sol. La parcela de nube que formó nuestro sistema solar tenía una extensión de unos 24.000 millones de kilómetros y contenía materiales procedentes de las vidas de dos generaciones anteriores de estrellas por lo menos.

El gas caliente de un vivero de estrellas debe primero enfriarse para que se pueda condensar y formar una nueva estrella. Si el gas está demasiado caliente, las moléculas pululan con demasiada rapidez y la gravedad no es capaz de vencer su movimiento. De hecho, la gravedad por sí sola no habría bastado para conseguir que nuestro Sol se condensara. Es probable que ondas de choque de una o más generaciones previas de estrellas, junto con la gravedad, provocaran la precipitación del Sol.

La explosión repetida de muchas generaciones de estrellas hace que algunas nubes de gas estén demasiado calientes para convertirse en viveros de estrellas. Se mantendrán para siempre en forma de nube, como puede que sea el caso de la mayoría de las nubes moleculares que existen en la actualidad. La formación de estrellas se ha aminorado mucho no por falta de hidrógeno, sino porque no logra la temperatura adecuada, y ha llegado a su término en las galaxias elípticas más antiguas. Los días de formación de las estrellas del universo alcanzaron su apogeo unos 10.000 millones de años después del Big Bang y hoy se encuentran en lento declive. Tal vez se hayan acabado por completo en un lapso de 100.000 millones de años.

La gravedad provoca que las nubes de todos los tamaños roten. La nube molecular que se condensa para formar nuestro Sol no constituye una excepción. Su rotación hace que el gas de la parte interna del disco se arremoline para crear una bola cada vez mayor en el centro, y el gas y el polvo de los bordes exteriores forman remolinos que se alejan cada vez más. La gravedad también aplana la nube. Se han observado nuevas estrellas en otras partes de la galaxia rodeadas por halos de polvo como estos. Como ya hemos señalado, el tamaño que alcanzarán las estrellas depende de lo densa que sea la nube molecular circundante y de cuánto polvo contenga. La fusión nuclear comienza cuando el centro se acerca a un quinto de la masa solar.

Los bordes externos de la nube son regiones frías, donde pueden sobrevivir intactas moléculas complejas inestables. Cuando las primeras estrellas hicieron explosión, aparecieron por primera vez todos los elementos que se encuentran de forma natural, pero también lo hicieron moléculas simples como el agua y el dióxido de carbono. Estas moléculas simples aparecen como finas cubiertas de hielo sobre pequeños granos de polvo. Parte del polvo, por ejemplo, podría ser carbono altamente comprimido que existía como diminutas motas de diamantes o como grafito.

Los ciclos de formación y explosión de estrellas son un laboratorio químico que fabrica moléculas cada vez más complejas. Cientos de hidrocarburos (moléculas compuestas casi por entero o en su mayoría por hidrógeno y carbono) aparecen por vez primera en las nebulosas de formación estelar; formaldehído, ácido cianhídrico y otras moléculas denominadas «prebióticas» entre ellos. Se llaman prebióticas porque parecen ser esenciales para la vida, pero todavía no está claro mediante qué mecanismo. Algunos compuestos complejos encontrados en el espacio exterior —glicolaldehído, por ejemplo— se han hecho reaccionar en laboratorios para fabricar un azúcar llamado ribosa, ingrediente clave del ácido ribonucleico (ARN). Si se retira un átomo de oxígeno del ARN, se convierte en ácido desoxirribonucleico (ADN).

Aunque la única vida que conocemos es la que apareció sobre este planeta, las moléculas prebióticas parecen existir por todo el universo. Por raro que resulte, estas moléculas complejas existían antes de que lo hiciera el sistema solar. De un 10 a un 15 % del polvo y gas de la nube molecular a partir de la cual se condensó nuestro Sol está compuesto del material proveniente al menos de dos generaciones previas de formación de estrellas. La vida tal como la conocemos parece haber requerido unos 9.000 millones de años de formación de estrellas para producir las condiciones adecuadas. Y después de este tiempo, en muchas regiones iguales que nuestra galaxia el universo parece mantener una íntima armonía con las condiciones requeridas para la vida.

En términos astronómicos, las estrellas se condensan con rapidez. Una vez que se cumplieron las condiciones adecuadas, nuestro Sol se habría condensado y prendido en unos 100.000 años, dejando atrás un disco de polvo que formará el resto del sistema solar. El Sol contiene el 99,9 % del total de masa disponible. Fuera de la nube de polvo que blinda el centro ardiente, las temperaturas son inferiores a 30 °C, no más calientes que el día más cálido de un típico verano inglés. Es en esta región donde quedan protegidas las moléculas complejas fabricadas en muchas generaciones de formación de estrellas.

De momento tenemos pocos motivos para suponer que el ciclo vital de nuestro Sol haya sido muy diferente de la vida de las estrellas de segunda generación del mismo tamaño o similar.² Podemos estar convencidos de que al contar la historia de nuestro Sol, estamos narrando algo que se repite muchas veces a lo largo y ancho del universo.

La presencia de carbono proveniente de generaciones de estrellas anteriores acelerará ligeramente el proceso de quemado de hidrógeno; por lo demás, el hidrógeno se convierte en helio del modo como se predice que ha ocurrido en las estrellas de la primera generación. La radiación generada en esta reacción es transportada a la superficie del Sol en un proceso que puede durar diez millones de años, donde se libera como luz y calor. El Sol se vuelve más ligero, porque pierde masa, y más brillante. Y continúa haciéndolo. Será un 10 % más brillante cada 1.000 millones de años más o menos. El Sol quema 4 millones de toneladas de hidrógeno cada segundo, pero puesto que su masa supera las 10²⁷ toneladas, tardará, como ya hemos visto, al menos otros 5.000 millones de años en agotar su combustible.

Solo las estrellas de la población I como nuestro Sol (formadas por nubes con alto contenido en metales) tienen planetas. Antes de que el Sol haya alcanzado su masa final, los planetas se están formando con lo que queda. Con el transcurso del tiempo y debido a la gravedad, los restos fríos se agrandan lentamente para formar rocas de todos los tamaños hasta la dimensión de los planetas. Las partículas más grandes atraen a las más pequeñas y van creciendo, como bolas de nieve al rodar. Las estimaciones varían, pero los protoplanetas diminutos llamados «planetesimales», cuya extensión no supera el kilómetro, tardan decenas de miles de años en formarse, y los que tienen de 50 a 500 kilómetros de anchura, tal vez unos cuantos cientos de miles de años.

Solo un millón más o menos de años después de que el Sol se haya estabilizado en el quemado de hidrógeno, el sistema solar ya es dinámico y comprende unos veinte objetos del tamaño de la Luna o mayores, y un millón más o menos de objetos que superan 1 kilómetro de extensión, además de muchos otros objetos menores.

Las teorías sobre la formación de los planteas todavía están en mantillas y las que tratan de la formación de los planetas gaseosos son aún más tentativas. Hasta fechas recientes se pensaba que los satélites mayores comenzaron a capturar, mediante la gravedad, el gas que no entró en la formación del Sol. Uno de esos satélites se encontraba a la distancia óptima del Sol —donde la temperatura es la adecuada— para que tal proceso tuviera lugar. Ese satélite se convirtió en el gran planeta de gas que llamamos Júpiter y que tardó cinco millones de años en alcanzar su masa final. El núcleo rocoso de Júpiter, que presenta 29 veces la masa de la Tierra,³ captura una atmósfera 288 veces la masa de la Tierra. No vemos la superficie terrestre de un planeta gaseoso, solo la parte superior de una vasta atmósfera.

Saturno luchó con Júpiter para crear el siguiente mayor planeta gaseoso, y tardó dos millones de años más que Júpiter en alcanzar su masa final.

Tan pronto como el Sol llega a su masa final, emite un viento solar (protones y electrones de alta energía lanzados desde su superficie) que dispersa los restantes gases de hidrógeno y helio fuera del sistema solar. Se conjetura que, si el viento solar hubiera sido más fuerte, los planetas gaseosos no se habrían formado. Este es uno de los detalles inquietantes que angustian a los copernicanos, partidarios de preservar la falta de centralidad en el universo. Existen pruebas observacionales de que hay estrellas jóvenes a cuyo alrededor no se han formado planetas gaseosos justo por esta razón. Aunque quizá se hayan formado muchos sistemas solares a lo largo del universo, comenzamos a preguntarnos si el nuestro posee cualidades que lo hacen preocupantemente inusual.

Como no estaba tan bien situado, Saturno adquirió una atmósfera cuyo tamaño es un cuarto de la de Júpiter, aunque sus núcleos terrestres son de tamaño similar. La lucha por capturar gas es mucho más ardua para los planetas gaseosos más distantes de Urano y Neptuno. Estos cuatro gigantes gaseosos agotan todo el gas disponible.

Urano y Neptuno se hallan más allá de la línea de congelamiento del sistema solar y sus núcleos son más helados que terrestres, formados de compuestos de hidrógeno volátiles pero congelados. Todavía más allá, Plutón y otros objetos transneptunianos tienen que conformarse con el hielo y los fragmentos sobrantes, que también forman los cometas de hielo que se encuentran alrededor y más allá de Plutón, contenidos en el cinturón de Kuiper o en la remota nube de Oort (si es que existe).

Ha surgido cierta duda acerca de esta teoría. Las pruebas observacionales nos dicen que la mayoría de los grandes planetas gaseosos que hemos descubierto en otros sistemas planetarios se encuentran mucho más cerca de sus soles que Júpiter del nuestro. Las simulaciones de ordenador sugieren que tal vez todos los planetas gaseosos se hayan formado cerca unos de otros y después, debido a los complejos patrones gravitatorios por los que se rigen, se han ido alejando. Según esta teoría reciente, es posible que nuestros propios planetas gaseosos se hayan formado más cerca del Sol de lo que están ahora y que después se hayan trasladado a sus posiciones actuales. En esta explicación verticalista, los grandes planetas gaseosos se condensaron muy deprisa partiendo de bolsas de gas que rodeaban al joven Sol.

La teoría se traslada a terreno más firme cuando describe el destino de otro material rocoso que no forma parte de los núcleos de Júpiter y Saturno. Es empujado más cerca del Sol y forma los planetas terrestres —Mercurio, Venus, la Tierra y Marte— que están compuestos principalmente de metales y minerales llamados «silicatos». Esta parte interna del sistema solar se halla, en este momento, demasiado caliente para los compuestos químicos volátiles. Fragmentos de restos rocosos, de diversos tipos y tamaños, orbitan en una región llamada el «cinturón de asteroides», situada entre los planetas terrestres y los gaseosos.

Todos los planetas orbitan en la misma dirección —en sentido contrario a las manecillas del reloj si nos halláramos en el polo norte del Sol— y casi en el mismo plano, un rasgo a gran escala del sistema solar que ha permanecido invariable desde el inicio de su vida como un disco aplanado de polvo en rotación. Newton y Laplace se dieron cuenta de que tal vez no se tratara de una coincidencia, y estaban en lo cierto. El polvo rotaba en la misma dirección cuando el sistema solar era una nube y continúa haciéndolo todavía cuando el polvo está contenido en el corazón de los planetas. Solo unos cuantos cometas viajan en una dirección inversa después de haber sido arrojados a una nueva órbita. El cometa Halley es uno de ellos.

En esta descripción, el sistema solar se ha reducido a un sencillo sistema dinámico de bolas de materia que colisionan. Antes, el universo era un conjunto de nubes de partículas de gas en colisión que se congregaban por la gravedad, y todavía antes era un plasma de cuarks y gluones. Buena parte de la descripción física del universo parece tratar de partículas de diferentes tamaños que se golpean entre sí.

En regiones del universo similares a nuestro sistema solar, los objetos presentan gran variedad de tamaños macroscópicos y la mejor manera de describir su movimiento es recurriendo a la mecánica newtoniana. Los objetos más pequeños del sistema solar son desperdigados por la gravedad de los objetos mayores, acelerándolos y aumentando las probabilidades de que colisionen y se fragmenten. Los cometas y los planetesimales todavía no se han asentado en sus órbitas definitivas y se desplazan de un lado a otro, chocando entre sí, impulsados y atraídos por varias fuerzas gravitatorias, siendo la más destacada la de Júpiter. Muchos de los objetos grandes del sistema solar tampoco se han asentado aún en órbitas estables. Los cometas acabarán encontrando su lugar en el cinturón de Kuiper o en la nube de Oort, pero en su camino a veces chocan con los planetas.

Siempre que los planetas terrestres son golpeados, se calientan. Si son golpeados muchas veces o por objetos lo bastante grandes, se vuelven tan calientes que el hierro del material rocoso del que están compuestos se funde. Después ese hierro se hunde para crear el núcleo que se halla en su centro. En los primeros 100 millones de años del sistema solar ha habido muchas colisiones y al menos dos muy grandes, una en la que participó Mercurio y otra en la que participó la Tierra.

La Tierra y el sistema solar se han fechado utilizando diversos isótopos radiactivos encontrados en meteoritos y partiendo de rocas recogidas en la Luna. Coincide con la primera datación precisa de la Tierra que realizó en 1953 el geoquímico estadounidense Clair Patterson (1922-1995) de 4.567 millones de años, con un pequeño margen de error. Empleó la vida media del uranio 238, que se encuentra en algunas rocas de la Tierra, para efectuar su datación. El uranio 238 presenta un periodo de semidesintegración de 4.510 millones de años, lo que lo hace muy apropiado para la tarea. En 4.510 millones de años la mitad de cualquier cantidad de uranio 238 se habrá descompuesto de forma natural, mediante la emisión de partículas alfa, en otro elemento, en este caso, torio 234. Este proceso se denomina desintegración alfa y se produce por mediación de la fuerza nuclear fuerte. A su vez, el torio 234 se desintegra en protactinio 234 mediante la emisión de electrones en un proceso natural llamado desintegración beta (por mediación de la fuerza nuclear débil). Al final de esta cadena de productos de desintegración, se llega a un elemento estable (entiéndase no radiactivo). Las cantidades relativas de los productos de desintegración permiten datar la sustancia en la que se encuentran.

Así pues, nos hallamos ante otro maridaje entre nuestro conocimiento del mundo cuántico (en particular, de las fuerzas nucleares) y el mundo macroscópico (la datación del conjunto del sistema solar). La presencia de uranio en el núcleo de la Tierra impide que este se solidifique con tanta rapidez como lo habría hecho de lo contrario. Antes de que se conociera este efecto, el físico nacido en Belfast William Thomson (1824-1907), más tarde lord Kelvin, había utilizado el enfriamiento del núcleo fundido de la Tierra como medio para calcular su edad, que estableció erróneamente en 400 millones de años, si bien más adelante revisó la cifra mucho más hacia abajo. De nuevo, solo entendiendo las propiedades de la materia radiactiva se pudo datar la Tierra con precisión.

Unos diez millones de años después de alcanzar su masa final, la Tierra es golpeada por un objeto del tamaño de Marte. El impacto es tan violento y se produce tanto calor, que los núcleos de hierro de ambos planetas se fusionan y buena parte de la corteza rocosa de la Tierra es lanzada al espacio, donde forma un anillo a su alrededor. Con el paso del tiempo, la gravedad acaba reuniendo el material lanzado y se constituye como una única masa que llamamos Luna. Nadie está convencido de que así fuera como se formó la Luna, pero es la teoría actual que reúne mayor consenso. Como la órbita lunar es casi circular, parece sugerir que el impacto inicial debe de haber sido muy de refilón. Los críticos sostienen que una leve colisión tangencial sería altamente improbable dado el tipo de estado dinámico en el que se hallaba el sistema solar en ese momento, pero un impacto más directo habría impulsado la órbita a una forma más elíptica de la que se observa. Lo que resulta convincente es el hecho de que la Luna, a diferencia de los restantes cuerpos terrestres, no posee núcleo de hierro.

El sistema solar comienza a calmarse con el paso del tiempo. Después de 500 millones de años, el bombardeo ha terminado casi en un 99 %. Pero entonces ocurre algo curioso hace entre 4.100 y 3.800 millones de años. El bombardeo se reanuda durante un periodo conocido como «bombardeo intenso tardío». El número de cráteres de la Luna que datan de ese tiempo es prueba de que el sistema solar se volvió a convertir en un lugar violento. Se desconoce por qué ocurrió ese bombardeo tardío, pero se conjetura que si los principales planetas gaseosos se trasladaron a sus lugares actuales desde otros, complejas mareas gravitatorias habrían alterado al que por lo demás había pasado a ser un sistema solar estable.

Al final de este periodo, el universo ya había recuperado una suerte de equilibrio y había llegado a ser en buena medida como lo vemos hoy en día. Solo hay un puñado de cuerpos orbitantes de importancia; todo lo demás se ha guardado ya en el cinturón de asteroides, el cinturón de Kuiper o la nube de Oort. Para entonces el sistema solar se ha vuelto tan estable —salvo algún acontecimiento catastrófico ocasional— que parece improbable que cambie mucho en los siguientes cientos de millones de años, a menos que la humanidad encuentre un modo de alterar el equilibrio. Vivimos en un entorno donde la probabilidad de ser golpeados por un cometa grande se ha reducido a una cada 10.000 millones de años, y por uno pequeño, a una cada diez millones de años. En el marco de estas lejanas probabilidades de perturbación astronómica, formulamos una ilusión de estabilidad.

Estamos comenzando a encontrar pruebas que apoyan la idea de que nuestro sistema solar también puede ser típico de otros sistemas planetarios a lo largo del universo. Hasta 1992 el sistema solar era el único sistema multiplanetario del que teníamos conocimiento. En ese año se descubrió un segundo sistema planetario, en torno a un púlsar etiquetado como PSR 1257+12, a unos 980 años luz del Sol. En 1995 se descubrió un planeta del tamaño de Júpiter orbitando una estrella semejante al Sol llamada 51 Pegasi. En 1999 se descubrió un sistema solar multiplanetario en el que el Sol se encuentra en su secuencia de quemado de hidrógeno, como el nuestro; el sistema planetario orbita alrededor de la estrella principal en un sistema de estrellas múltiples llamado Upsilon Andromedae, a una distancia de unos 44 años luz. En consecuencia, los astrónomos confían cada vez más en que encontrarán muchos otros sistemas solares, y sistemas solares que se parezcan cada vez más al nuestro.

Se han descubierto varios otros «jupíteres» —con lo que se entiende grandes planetas gaseosos como nuestro Júpiter— ahora que contamos con la tecnología necesaria que nos permite ver lo que siempre ha estado ahí. Nuestro Júpiter tiene más del doble de la masa de todos los restantes planetas juntos. La tecnología actual ha cruzado ahora este límite de los jupíteres, y nuevas técnicas y avances en la tecnología nos acercarán sin duda cada vez más a nuestra esperanza futura de encontrar otras tierras. En particular, estamos buscando lo que se denominan «tierras de Ricitos de Oro»,⁴ donde las condiciones son las adecuadas para la vida.

El primer planeta terrestre que se vio fuera de nuestro sistema solar se descubrió en 2005, y desde esa fecha se han creído identificar unos cuantos más. Denominados «supertierras», estos planetas terrestres poseen al menos cinco veces la masa de la Tierra, más parecidos a nuestros planetas gaseosos menores pero sin el gas. En 2007 se detectó la que puede ser la primera tierra de Ricitos de Oro, uno de los cuatro planetas que orbitan la estrella Gliese 581, una estrella que tiene en torno a un tercio de la masa del Sol y se encuentra a 20,5 años luz; dos de los planetas son del tamaño de la Tierra.

El primer requisito para encontrar otro ejemplo de algo, sea lo que fuere, es haber comprendido lo que ese algo es. No cuesta mucho reconocer otra pelota cuando la vemos, pero para comprender qué apariencia tendría otra Tierra, primero debemos saber qué es lo que hace que esta Tierra parezca especial; solo entonces sabremos qué buscar en otra Tierra. Es el deseo de minar esta sensación de privilegio el que ha impulsado a la ciencia a avanzar en los cuatrocientos años transcurridos desde que Copérnico quitó a la Tierra de su posición en el centro físico del universo e inadvertidamente estableció el principio científico de que nuestro planeta no solo no está en el centro del universo, sino que no es central para el universo en ningún sentido. El descubrimiento de condiciones similares en otras tierras nos alentará en nuestro credo copernicano de que lo que sucedió aquí no solo fue aquí, sino tal vez en muchos otros lugares del universo. El descubrimiento de otras tierras permite convertir la nuestra en un objeto experimental que puede compararse con otros del mismo tipo. La existencia de otras tierras enriquecerá nuestra comprensión de las diferencias que hacen a la nuestra especial o no especial. En qué consiste que sea especial se refina cada vez más.

Por ahora todavía es posible mantener la creencia, si esa es nuestra inclinación, de que solo hay una Tierra. A la inversa, el credo firme de que la Tierra no es única impulsa a avanzar más el esfuerzo materialista, lo que implica que todas las ventanas de oportunidad que proclaman que la Tierra es única se están empequeñeciendo.

Una vez más, partimos con la determinación de socavar nuestra supuesta singularidad, no necesariamente con la intención de poner de relieve nuestra insignificancia, sino porque esta es la única vía de formular la indagación científica, como el deseo de comprender más a fondo qué es lo que nos hace ser como pensamos que somos. De momento, el reducido foco que dirige nuestra atención hacia esta tercera roca desde el Sol arroja toda clase de ejemplos inquietantes o estimulantes de privilegio que la ciencia debe intentar abordar. El debilitamiento de tal privilegio solo traslada la búsqueda a otra parte. Que tal empresa acabe o no llegando a su fin depende de la creencia de cada cual.

La manifiesta cualidad sobresaliente de la Tierra es que alberga vida. Como copernicanos, estamos convencidos de que debe de haber vida en otras partes, pero antes de que podamos salir en busca de dicha vida, tenemos que definir primero qué pensamos que es la vida y qué condiciones requiere.

Si Júpiter no hubiera estado ahí para proteger a la Tierra del bombardeo, cuesta imaginar cómo habría sido posible la vida en ella. Y aquí nos encontramos ya con nuestro primer reto. No son solo las condiciones sobre la Tierra las que parecen hacer la vida posible, sino que las condiciones del mismo sistema solar se antojan peculiarmente necesarias. También sabemos que las condiciones del universo en su conjunto pueden hacer que la vida sea poco frecuente, dado que parece que se requieren unos 10.000 millones de años de formación de estrellas para crear el tipo adecuado de moléculas para la vida, y está el hecho de que la misma formación de estrellas parece haberse reducido drásticamente. Estos argumentos que relacionan las condiciones del universo con las condiciones de la humanidad son ilustraciones del principio antrópico usado tanto por los copernicanos como por los no copernicanos.

El principio antrópico es un modo útil de intentar valorar cuánto margen hay en los parámetros que pensamos que deben haber determinado cómo surgió la complejidad en el universo. El principio antrópico podría utilizarse, por ejemplo, para explicar la planitud peculiar del espacio o la pequeñez casi evanescente de la constante cosmológica. Un copernicano argüiría que la extraordinaria planitud del espacio nos alienta a creer en la existencia de otros universos en los que el espacio esté curvado en toda clase de modos distintos y en el que no haya observadores o los haya muy diferentes de nosotros. Reparamos en un universo de una planitud tan precisa porque solo en él podrían haber evolucionado observadores como nosotros. Este es la única forma —bastante retorcida, quizá— de proteger la idea de que no somos privilegiados. Los universos paralelos y el multiverso son modos de impedir que las leyes cuánticas se antojen inextricablemente unidas a nuestra propia existencia como observadores del universo. Un no copernicano, por su parte, podría sostener que existe muy poca flexibilidad y utilizaría el mismo principio antrópico para evitar el derroche de otros universos y para afirmar la escasez de complejidad. La segunda ley de la termodinámica nos dice que todo sistema debe volverse menos ordenado con el paso del tiempo. El universo puede crear orden solo a expensas de menor orden en otro lugar. La pregunta es cuál es el coste de nuestra congregación como humanos. ¿Nos atreveremos a creer que el coste es un universo precisamente de este tamaño y energía?

El golpe casual que arrancó parte de la Tierra y creó la Luna también parece necesario para la presencia de la vida tal como la conocemos. La Luna impide que la Tierra oscile desaforadamente sobre su eje, reduciendo dicha oscilación a un bamboleo. Sin una luna grande, la Tierra se inclinaría todavía más de lo que lo hace Marte. El modesto bamboleo de la Tierra, junto con su inclinación hacia el Sol, explica el cambio moderado de las estaciones, que de lo contrario sería demasiado variable para sostener el tipo de vida compleja que hay en ella. Sin la presencia paliativa de la Luna, la vida habría tenido que adoptar una forma muy diferente, lo que no quiere decir que se descarte, solo que todavía no podemos imaginarnos qué apariencia tendría una clase diferente de vida. En última instancia, nuestra forma de describir el universo está delimitada por la fuerza de nuestra imaginación. Puesto que somos parte del resultado del universo, no parece probable que seamos capaces de ser más imaginativos que el universo que pretendemos describir. Pensemos lo que pensemos que es el universo, siempre debe encontrarse dentro del límite de nuestra capacidad para imaginar qué podría ser.

A veces los científicos se topan con coincidencias tan extravagantes que resulta difícil saber cómo clasificarlas. Cuando se formó la Luna, se hallaba a un tercio de su distancia actual de la Tierra y, por tanto, un mes lunar solo duraba unos cinco días. La Luna se ha ido alejando de nosotros 38 milímetros al año y, en consecuencia, ha ido aminorando la rotación de la Tierra.⁵ En la actualidad, la Luna ha retrocedido a una distancia donde da la casualidad de que está cuatrocientas veces más cerca de la Tierra que la distancia de la Tierra al Sol. Esto podría no resultar tan notable si no fuera por el hecho de que también da la casualidad de que la Luna tiene 1/400 del diámetro del Sol, lo que significa que durante un eclipse puede cubrir al Sol exactamente. No sucederá en el futuro lejano y no sucedió en el pasado remoto. Los antiguos utilizaron este dato para sugerir el primer cálculo de la distancia al Sol. Parece improbable que podamos obtener nada de tal coincidencia.

Como la Tierra tiene un núcleo de hierro y está girando, genera un campo magnético que la protege de los efectos perjudiciales de la radiación, es decir, perjudiciales para el tipo de vida que existe en ella. Los rayos cósmicos, emitidos por el Sol como vientos de protones y electrones que se desplazan a 400 kilómetros por segundo (tres veces más deprisa en una tormenta solar), son desviados por el campo magnético de la Tierra. Los astronautas deben tener mucho cuidado para evitar esos rayos peligrosos cuando abandonan su nave espacial. Si la vida necesita contar con este tipo de protección magnética, hemos de esperar que encontraremos otras tierras con campos magnéticos. De manera alternativa, tenemos que pensar en otras formas en que la vida podría haber evolucionado que no se vean perjudicadas por altos niveles de radiación.

Si no hubiera sido por la intensidad del campo magnético de la Tierra, los rayos cósmicos también la habrían despojado de su atmósfera. Marte no posee atmósfera porque su campo magnético es demasiado débil. Las formas de vida que existan en tierras con un campo magnético débil también tendrían que salir adelante sin atmósfera.

Incluso la cantidad de uranio que hay en la Tierra parece estar perfectamente equilibrada para la vida. Demasiado poco y la Tierra se habría enfriado muy deprisa; se habría convertido en algo inerte. Demasiada cantidad y los niveles de radiactividad habrían vuelto a hacer imposible este tipo de vida. La cantidad que tenemos ha sugerido que el Sol está compuesto de material proveniente de una tercera ronda de formación de estrellas, lo que de nuevo nos recuerda que las condiciones del sistema solar no solo están equilibradas con precisión para nuestra vida, sino que también lo están las condiciones del universo.⁶

Una vez que el sistema solar se había acomodado y la Tierra estaba protegida de la devastación y los reveses de las frecuentes colisiones cataclísmicas, colisiones más pequeñas con rocas antiguas llamadas «condritas» permiten que el relato de la complejidad creciente prosiga su despliegue. La continuación del relato de la complejidad sigue tratando de bolas de materia que golpean a otras bolas de materia. Las partículas de gas se convirtieron en estrellas; las galaxias colisionaron entre sí para convertirse en el universo tal como lo contemplamos en sus tamaños más grandes. Dentro de las galaxias, encontramos sistemas solares que se comportan como bolas en una mesa de billar. Ahora miramos más de cerca dentro de un solo sistema solar estable —el nuestro— donde los impactos menores nos cuentan un nuevo relato de complejidad emergente.

Las condritas traen a la Tierra las moléculas complejas que otrora flotaban en los fríos confines recónditos de la nube de polvo a partir de la cual se formó el Sol. Sustancias químicas por entonces más antiguas que el Sol y forjadas en generaciones de estrellas son portadas a la Tierra como semillas de vida. Las condritas caen a la Tierra incluso ahora. Una cayó en Murchison (Australia) en 1969 y se descubrió que contenía 411 compuestos orgánicos diferentes, incluidos 74 aminoácidos, ocho de los cuales se hallan en proteínas de organismos vivos. Un estudio de abundancias relativas realizado por Armand Delsemme en la década de 1970 muestra que existe una fuerte correlación entre la abundancia de hidrógeno, oxígeno, carbono, nitrógeno y azufre en organismos vivos y en material encontrado en cometas. La vida delata sus orígenes cometarios. El fósforo constituye la excepción al encontrarse en todos los organismos vivos (aunque solo en una molécula), pero no en los cometas. A la inversa, entre las abundancias cósmicas, la vida no ha encontrado uso únicamente para un elemento: el helio inerte. La vida, pese a toda su complejidad, está urdida con unas treinta moléculas diferentes nada más, elaboradas con los elementos más abundantes en el universo.

Es probable que la vida en la Tierra no comenzara de la nada. En el espacio exterior se formaron primero sofisticadas moléculas, mucho antes de que la Tierra existiera, que parecen integrarse en la vida. Cuando nos preguntamos dónde podríamos encontrar vida alienígena, tal vez estemos buscando en el lugar equivocado. Nosotros somos vida alienígena. Provenimos del exterior, y puede que haya además otra vida alienígena (bacteriana, probablemente) aquí en la Tierra que todavía no hemos descubierto.

Los científicos hablan de la zona «habitable clásica» para la vida, que en muchos aspectos se limita —decepcionante o intrigantemente, dependiendo de dónde hayamos puesto nuestra fe— a la Tierra. Nuestro planeta está situado a una distancia del Sol que permite la existencia del agua como líquido. De hecho, la Tierra es el único lugar que conocemos en el universo donde el agua existe en sus tres estados: como hielo, agua y vapor. El único lugar que conocemos hasta ahora.

El agua (H₂O), la molécula triatómica más común del universo, también la trajeron a la Tierra las condritas y el polvo cometario. Al menos 30.000 toneladas de agua llegan a la Tierra como polvo cometario cada año, incluso ahora.⁷ En determinado momento de la remota historia de la Tierra, la atmósfera se llena de vapor de agua y comienza a llover por primera vez: lluvias torrenciales que llenan los océanos. Las pruebas fósiles de lluvia más antiguas se encuentran como hendiduras en rocas descubiertas en la India que tienen por lo menos una antigüedad de 3.000 millones de años, pero se piensa que ya había estado lloviendo y escampando hacía al menos 1.000 millones de años por entonces. Hasta las propiedades del agua parecen estar sintonizadas a la perfección con la posibilidad de vida. Se ha sugerido que los enlaces cuánticos peculiarmente complejos en el agua podrían estar conectados con la vida. Más prosaicamente, si el hielo no fuera menos denso que el agua —y resulta inusual que un sólido sea menos denso que su forma líquida—, los océanos se habrían congelado de abajo arriba y habrían matado toda la vida marina.

Todos sabemos que el agua es esencial para la existencia de la vida orgánica: «Sin agua, no hay más que química —afirma Felix Franks, de la Universidad de Cambridge—, pero añade agua y obtienes biología». Es menos evidente que también resulta esencial para la vida inorgánica del planeta.

Las masas continentales de la Tierra se han desplazado y han cambiado a lo largo de los años, y son las placas tectónicas las que las transportan. Si no fuera por el agua, las placas tectónicas no se moverían. El agua actúa como el aceite en la máquina que mueve los continentes alrededor del globo. En la actualidad hay siete placas grandes y muchas menores. No sabemos cómo se distribuyó la tierra entre los océanos en los primeros tiempos, pero sí que su faz ha tenido una apariencia muy diferente durante más de 4.000 millones de años de historia. Las placas están compuestas de dos capas superiores, la corteza y la litosfera, que juntas se desplazan lentamente por una capa inferior llamada «astenosfera». Las placas pueden moverse entre 0,66 y 8,5 centímetros al año, lo que no resulta muy diferente de la tasa de crecimiento de la uña de un dedo del pie. La ilusión de que las placas sólidas se mueven como un líquido es debida a la deformación paulatina, en la que los granos de los minerales que componen la litosfera van recobrando la forma en un lugar a medida que son retirados de otro, dando la impresión de desplazamiento hacia adelante. Debido a la acción tectónica ya no existe prueba alguna sobre las masas continentales de los primeros bombardeos de la Tierra, pero sí bajo los océanos y también en la superficie con cráteres de la Luna, que no tiene placas tectónicas.

En la actualidad, el movimiento de las placas tectónicas de la Tierra está ensanchando el océano Atlántico, alejando a la ciudad de Washington y París 30 centímetros cada diez años. En la misma medida, el océano Pacífico está menguando. La parte más viajada del mundo moderno es el llamado «mango de Alaska» (la estrecha franja suroriental de este estado), que otrora estaba unida a lo que ahora es Australia oriental. Se separó hace 375 millones de años —fecha bastante reciente si nos atenemos al intervalo de varios miles de millones de años en que nos estamos centrando— para iniciar su recorrido hacia el norte. Otras masas continentales han viajado distancias aún mayores en el pasado remoto, pero a esta historia no tenemos acceso, al menos por ahora.

A lo largo de las fronteras de las placas tectónicas se sucede la violencia: terremotos y actividad volcánica. Es allí donde se erigen las montañas y se excavan las fosas oceánicas. En mil años, en el mundo tal como lo contemplamos hoy, la cordillera del Himalaya puede crecer en algunas partes hasta 1 metro y erosionarse en otras más de 1 metro. En el pasado remoto, por supuesto, el Himalaya no existía.

Si la Tierra perdiera de pronto su agua, probablemente pasaría a ser como Venus es ahora, un lugar con placas tectónicas que ya no se mueven. Venus tuvo un violento pasado tectónico, y si su atmósfera cambia, tal vez lo vuelva a tener en el futuro. En la actualidad su atmósfera es sobre todo dióxido de carbono que ha encerrado al planeta en un clima extremo de invernadero. El dióxido de carbono permite pasar la luz, salvo en la parte del espectro alrededor de la región infrarroja. La radiación solar que pasa llega al suelo y se devuelve como la parte que falta del espectro, esto es, en la región infrarroja. La radiación infrarroja no puede escapar por la misma razón que en un principio no pudo entrar: la presencia de dióxido de carbono en la atmósfera. Como la radiación infrarroja es calor, es este el que queda atrapado dentro de la atmósfera del planeta. El vidrio posee la misma propiedad: filtra la región infrarroja de la luz solar, y así es como los invernaderos se mantienen calientes y el motivo por el cual este proceso se denomina «efecto invernadero».

El efecto invernadero ha elevado la temperatura de la superficie de Venus a 400 °C. En el otro extremo, Marte es un planeta desierto y frío sin el magma fundido que alimenta la acción volcánica. La Tierra está suspendida entre estos dos paisajes, y es la atmósfera la que conserva este delicado equilibrio. Por extraño que resulte, si la formación de la Luna no hubiera arrancado una gran parte de la superficie terrestre, dicha superficie habría sido demasiado gruesa para que hubieran ocurrido movimientos tectónicos. Una vez más, la Luna tiene un papel importante en el relato de por qué hay vida en la Tierra.

El campo gravitatorio de la Tierra es justo del tamaño adecuado para mantener una atmósfera, al igual que su campo magnético. La Luna no tiene atmósfera porque la gravedad es demasiado débil. A pesar de estar cerca, es un lugar inhóspito. Las temperaturas bajan a –170 °C por la noche y suben a 100 °C durante el día. La primera atmósfera de la Tierra estaba compuesta en su mayoría por el hidrógeno que se liberó cuando el planeta empezó a enfriarse hace unos 4.300 millones de años. Esta atmósfera cambió con la adición de gases bombeados desde los volcanes: amoniaco, metano, dióxido de carbono y vapor de agua.

Cuando la Tierra era joven, el Sol era un tercio menos brillante que en la actualidad, pero debido a las altas concentraciones de CO₂ y a la atmósfera más pesada, la temperatura superficial era de 100 °C y los océanos estaban a punto de ebullición.

Aunque el campo magnético protege a la Tierra de los peores efectos de la radiación, en los tiempos modernos hemos alcanzado mayor protección gracias a las complejidades de una atmósfera evolucionada. La atmósfera es una serie de caparazones dentro de otros caparazones: magnetosfera, exosfera, ionosfera, mesosfera, estratosfera (que a su vez contiene la capa de ozono) y troposfera. La tierra sólida consta de otra serie de capas: corteza, manto superior e inferior y una capa de hierro fundido que rodea un núcleo de hierro sólido. La ionosfera, la capa superior de la atmósfera a 80 kilómetros sobre la superficie, absorbe los rayos X y parte de la radiación ultravioleta. La capa de ozono, a unos 20 kilómetros sobre la superficie está compuesta de átomos de oxígeno inusuales, O₃ en lugar de O₂, que son particularmente proclives a absorber la radiación ultravioleta. Las moléculas de oxígeno más pesadas son producto del efecto disociativo que tiene la radiación ultravioleta sobre las moléculas de agua. La capa de ozono comenzó a formarse muy pronto en la existencia de la Tierra, aunque no había oxígeno ordinario en el planeta en ese momento.

La Tierra se formó con material rocoso que se fue añadiendo a partir de un disco de polvo espacial, pero en la actualidad no existen tales rocas en nuestro planeta. Este material primordial se ha convertido por las acciones de la Tierra en su conjunto en las rocas que todos conocemos. Los volcanes transmutaron la corteza en varias formas de roca llamadas «ígneas», siendo las dos principales el basalto y el granito. El basalto es lava que se enfría rápidamente mientras surge de los volcanes y crea los fondos oceánicos. El granito es lava que se enfría lentamente en el subsuelo y se encuentra bajo la mayoría de los continentes.

Es difícil precisar la edad de las rocas más antiguas. Las violentas colisiones de los primeros 500 millones de años de la vida terrestre fundieron repetidas veces la superficie del planeta y volvieron a poner a cero el reloj geológico. Lo más que cabe afirmar es que las rocas tienen la antigüedad máxima posible para la forma en que las encontramos. El tiempo geológico empieza con estas primeras rocas formadas en la Tierra. Las rocas ígneas más antiguas del planeta se han encontrado en Canadá y se piensa que contienen granos de rocas con más de 4.000 millones de años de antigüedad, motivo por el que sabemos que debe de haber habido agua al menos desde entonces, puesto que la acción tectónica requiere su presencia. El mejor lugar para encontrar rocas antiguas es la Luna, donde, por supuesto, no existe acción tectónica. Se ha demostrado que algunas rocas lunares presentan una antigüedad de unos 4.000 millones de años.

En lo concerniente a algunas de las condiciones físicas de la Tierra, puede o no que sean prerrequisitos para el surgimiento de la vida en otro lugar. Pero antes de que empecemos a decidir sobre la necesidad de esas condiciones para la vida tal como la conocemos, debemos resolver cómo la Tierra física se convirtió en una Tierra viva a fin de comprender más de lleno qué es lo que entendemos por vida.

La vida, como la Mona Lisa, puede ser «más vieja que las rocas entre las que se sienta».⁸ A la inversa, se ha sugerido que alguna vida bacteriana sencilla llegó primero desde el espacio exterior, tal vez traída a la Tierra por algún cometa de paso. Los microbios podrían haber hecho autostop sobre rocas antiguas. De manera menos polémica, se piensa que durante los primeros cientos de millones de años de la historia terrestre, la vida puede haber comenzado varias veces para desaparecer después por la violencia del entorno en ese tiempo. La vida, como cualquier otra forma de complejidad emergente que despliega el universo, no tiene más remedio que surgir a la primera oportunidad y persistir mientras las condiciones sigan siendo favorables. Sea lo que fuere y cómo llegara hasta aquí, en cuanto no hay moros en la costa, la vida emerge.

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Genealogías

Ahora estoy dispuesto a deciros cómo los cuerpos se cambian en cuerpos diferentes.

TED HUGHES,

Tales from Ovid

Je suis un ancêtre.

NAPOLEÓN

Algunos grandes americanos remontan sus antepasados hasta el Mayflower. Y hay quienes dicen que es aún más grande tener antepasados en el barco que le siguió, pues los criados habían sido enviados por delante. Como cualquiera que haya intentado armar un árbol genealógico sabe, es difícil rellenar una línea de descendencia familiar ininterrumpida remontándose apenas unos siglos. Las familias elegantes inglesas buscan parientes que habrían llegado con los normandos, pero incluso esos raros hallazgos detallan una genealogía de solo mil años de antigüedad.

Unas seiscientas generaciones nos remontarían a las primeras comunidades agrícolas de en torno al año 10000 a. C. Pero nadie ha seguido la historia familiar hasta tan lejos. La Biblia, en uno de sus pasajes más tediosos, intenta trazar la línea de descendencia desde las antiguas tribus hebreas, y durante un tiempo este fue el modo como algunas culturas determinaron su antigüedad. A comienzos del siglo XVII, informes enviados desde China empezaron a hablar de un emperador que se remontaba al año 3000 a. C. y de una historia tal vez mucho más antigua aún. Relatos similares llegaban de la India, pareciendo sugerir que esas civilizaciones eran tan antiguas como la hebrea, si no más. Fue esta inquietante perspectiva la que indujo a Newton a dedicar buena parte de su tiempo a determinar la genealogía de las familias del Antiguo Testamento. Una generación más tarde, el escritor y filósofo francés Voltaire (1694-1778) declaró que las culturas orientales eran superiores, postura herética que la Iglesia trató de socavar minando la fama de Voltaire, aunque, en contra de la creencia popular, este no era ateo, sino que solo se oponía a la religión organizada.

En sus Anales del Antiguo Testamento, publicados en 1650, el arzobispo de Armagh, James Ussher (1581-1656), elaboró una cronología de la Creación. En un suplemento a esta obra publicado en 1654, calculaba que la Creación había ocurrido la tarde antes del domingo 23 de octubre del año 4004 a. C., fecha que no difiere mucho de los intentos de otros, al menos desde la época de Beda el Venerable (c. 672-735), para establecer la fecha de la Creación. Es frecuente tomar hoy a Ussher por loco, pero fue un erudito muy respetado en su época, conocido en toda Europa. Según algunos estudiosos bíblicos, el reino del hombre se suponía que no iba a durar más de seis mil años, tomando como prueba una línea de las epístolas de san Pedro: «un solo día es como mil años, y mil años como un solo día» (II Pedro 3, 8). La Creación, que comenzó en torno al año 4000 a. C., se había establecido que terminaría seis mil años más tarde. Hoy creemos que en el año 4000 a. C. se estaba descubriendo la rueda en Mesopotamia. La fecha de Ussher se insertó en los márgenes de las ediciones de la Biblia del Rey Jaime a partir de 1701. Con esta versión de la Biblia es con la que los fundamentalistas mantienen su curiosa relación.

En la época de Newton, algunos creyentes ya sabían que la Tierra tenía que ser mucho más antigua de lo que esta datación sugeriría. Newton pensaba que la Tierra alcanzaba una antigüedad de 50.000 años y el naturalista francés Georges Buffon (1707-1788) aventuraba 70.000 años. A mediados del siglo XVIII, Kant se preguntó si la Tierra podría tener un millón de años (y el universo, una antigüedad de miríadas de millones de siglos). El matemático y físico francés Joseph Fourier (1768-1830), a través del análisis matemático de la pérdida de calor, calculó que la Tierra tenía unos 100 millones de años. Ahora sabemos, por lo que conocemos del universo en sus dimensiones más pequeñas y más grandes, que la Tierra tiene unos 4.600 millones de años, y solo lo sabemos desde la década de 1950.

Si los caminos para adentrarse en el tiempo histórico están mal definidos, mucho más borrosos resultan los que conducen al tiempo geológico. Los organismos viven y mueren, y la mayoría desaparecen para siempre. Tenemos suerte de poder trazar algún camino por el pasado geológico de cientos de millones de años. Una vez que abandonamos la historia y nos introducimos en el tiempo remoto de la evolución, nos vemos obligados a afrontar el hecho de que, al parecer, todo lo que sobrevive para guiarnos es una escasa colección de fósiles; y resulta notable que por lo menos haya eso, siendo tan extraordinarias las condiciones requeridas para su formación. Un organismo con esqueleto debe verse atrapado por la muerte en lugares donde pueda ocurrir una descomposición lenta y donde puedan fijarse depósitos minerales en un proceso de sedimentación que reemplaza gradualmente los minerales del esqueleto del organismo para efectuar una copia casi perfecta. Aún más raramente, las partes blandas de los animales y plantas pueden quedar apresadas por la sedimentación o en la resina de un árbol que de algún modo ha logrado guardar una pequeña criatura o una parte de una planta antes de endurecerse y fosilizarse en ámbar. Sin estas rarezas es difícil imaginar cómo podríamos haber comenzado a probar una teoría de la evolución. Se han encontrado fósiles en cámaras funerarias etruscas; por tanto, probablemente se conocía su importancia desde los inicios de la civilización.

Dado que hay tan pocos fósiles, ¿cómo cabe esperar que sepamos cuál podría ser un antepasado? Tenemos que renunciar a la idea de que somos capaces de establecer una conexión directa entre algo que vive ahora y el fósil de algo que vivió en el pasado remoto. La extinción es la regla de la evolución, y la supervivencia, la excepción. Los fósiles no solo son extremadamente escasos, sino que la vida ha sido increíblemente abundante. Lo vemos en la naturaleza tal como se manifiesta a nuestro alrededor, en huevas de rana o semillas, pero apenas somos capaces de empezar a imaginar la abundancia de los tiempos remotos. La idea de que podríamos trazar una línea directa de descendencia a través de los miles de millones de organismos que han vivido alguna vez, si no es imposible en teoría, sí lo es sin lugar a dudas en la práctica.

La evolución es la convicción, según lo expresó el naturalista inglés Charles Darwin (1809-1882) en La descendencia del hombre (1872), de que toda vida puede seguirse desde «alguna forma menos altamente organizada». Se trata, con palabras del filósofo estadounidense Daniel Dennett (n. 1924- ), «de la mejor idea que cualquiera haya tenido jamás».¹

Todas las formas vivas poseen antepasados comunes y, en última instancia, un único antepasado común que vivió en los extremos más remotos del pasado geológico. En lugar de buscar un camino directo de descendencia, y a pesar del título del famoso libro de Darwin, la teoría de la evolución tantea en la oscuridad de los tiempos recónditos en busca de antepasados comunes. Si creemos que hay un único antepasado común del que toda la vida evolucionó, también debemos creer que es posible ordenar a todos sus descendientes en una jerarquía de parentesco que converge en ese único antepasado recorriendo hacia atrás el tiempo geológico. Nunca encontraremos el único antepasado común —fue hace demasiado tiempo—, pero resulta que es posible determinar cuán estrecha es nuestra relación con los seres vivos y con cualquier cosa que viviera alguna vez.

No fue con la teoría de la evolución como se comenzó a poner nombres y a relacionar las diferentes formas vivas. En el siglo XVIII el naturalista sueco Carlos Linneo (1707-1778) ya estaba clasificando las cosas vivas en géneros y especies. Ni siquiera entonces la idea de la clasificación era nueva,² si bien nadie había sido nunca tan sistemático como Linneo. Organizó y dio nombre a unas 7.700 especies de plantas (concentrándose en las diferencias de sus órganos sexuales) y 4.400 especies de animales. Por primera vez, los humanos fueron incluidos en una clasificación junto a otras formas de vida. Pero Linneo se mantuvo firme en la ortodoxia de su época de que las especies son «tantas [...] como las originalmente creadas por el Ser Infinito» y que todas las especies habían existido invariables desde la Creación, cuando habían cobrado existencia de una sola vez. Linneo pensaba que los monos eran humanos con cola mucho antes de la época de Darwin, pero no había concepto de cambio, de evolución en su visión del mundo, sino todo lo contrario. Antes de Darwin, se contemplaba la vida como «una gran cadena de seres» fija, ordenada desde las formas inferiores hasta las superiores, con el hombre en la cúspide. En 1837, solo veintidós años antes de que se publicara El origen de las especies, el filósofo británico William Whewell (1794-1866) insistió en que «las especies tienen una existencia real en la naturaleza, y la transición de una a otra no existe».

Fue esta noción de la inmutabilidad de las especies la que la revolución darwiniana derrocó y, así, puso de nuevo a la ciencia en conflicto directo con la Iglesia. El hombre no es el objetivo de la Creación ni su punto último. La finalidad se vuelve redundante ante la dispersión aleatoria de la naturaleza y el tiempo. La vida animal no está ordenada en una jerarquía de inferioridad ante el hombre para su explotación: el hombre también es un animal. El principio de Darwin retira a la humanidad, una vez más, de una posición de privilegio, lo que convierte a la evolución en otra forma del principio copernicano. El hombre surge sangrientamente y por azar de entre los animales brutales y, en última instancia, del cieno.

La idea de una Creación única llevaba algún tiempo sufriendo críticas antes de Darwin. Para explicar las pruebas fósiles de formas de vida otrora existentes y su ausencia en las formas de vida actuales, el naturalista francés barón de Cuvier (1769-1832), el más importante de su época, había adelantado la idea de que había habido muchas (de hecho, 32) extinciones y creaciones (aunque esta idea se abandonó más adelante en favor de la postura ortodoxa de que las especies eran invariables). Otros, en un intento de salvar el relato bíblico de la Creación, asumieron que los fósiles eran prueba de animales que habían perecido antes del Diluvio, hipótesis que, antes de que existiera la teoría del levantamiento tectónico, parecía estar apoyada por el hecho de que los fósiles se encontraban a menudo en terreno elevado.

El barón de Cuvier también adelantó el estudio de la anatomía comparada, confrontando especies vivas y fósiles. Se decía que podía reconstruir un animal partiendo de un solo hueso. La organización del reino animal por rasgos comunes ya se había puesto en marcha mucho antes de la época de Darwin. Ahora estamos convencidos, por ejemplo, de que hay un rasgo peculiar en el oído medio, entre otras particularidades, que reúne a perros, zorros, osos y mapaches en una única familia, los cánidos. Un tipo particular de muela llamada «muela carnicera» es uno de los rasgos que caracteriza a un orden diverso de mamíferos placentarios llamado Carnivora. Por confuso que resulte, no todas las especies pertenecientes al orden Carnivora son carnívoros; los osos panda, por ejemplo, son casi exclusivamente herbívoros. Y a la inversa, no todas las especies carnívoras pertenecen al orden Carnivora. Pero todos los animales del orden Carnivora son mamíferos, al igual que los humanos. Los pájaros, las lagartijas, las serpientes y las tortugas no son mamíferos, pero comparten con los mamíferos su desarrollo a partir de un huevo que dispone de líquido amniótico protector. Los vertebrados son un grupo mayor que incluye a los amniotas y a todos los restantes animales con columna vertebral. Ordenar a los organismos por rasgos estructurales visibles y compartidos resulta altamente indicador de que existen antepasados comunes compartidos, pero dicho ordenamiento no prueba la evolución por muy sugestiva que se antoje, ni proporciona una explicación acerca de cómo ocurrió dicha evolución. El estudio del desarrollo embrionario también insinúa la descendencia de un antepasado común. Las branquias que aparecen en un estadio del desarrollo embrionario de los mamíferos son una pista hacia nuestro linaje común con los peces. O podemos relacionar cómo funciona el corazón en los mamíferos con su origen en los peces, donde sigue el mismo plan básico.

Charles Darwin no fue el primero en sugerir que hay evolución. Su abuelo Erasmus Darwin (1731-1802) se había preguntado si todos los animales eran descendientes de un «único filamento vivo», y Georges Buffon, más en concreto, si el bisonte norteamericano era descendiente de una forma ancestral del buey europeo. El naturalista francés Jean-Baptiste Pierre Antoine de Monet, caballero de Lamarck (1744-1829), fue un primer postulante de la teoría de la evolución, pero su explicación no ha encontrado respaldo en los tiempos modernos. El lamarckismo es la idea de que las características desarrolladas en una vida —un cuerpo musculoso como resultado de visitas frecuentes al gimnasio, por ejemplo— pueden transmitirse a generaciones futuras. Darwin tenía una explicación diferente acerca de cómo se transmite el cambio de generación en generación. La naturaleza selecciona las características más adecuadas para un entorno cambiante. A su idea de la selección natural, añadió la selección sexual: los dos principios que describen cómo funciona la evolución en el plano macroscópico. La hembra anodina del pájaro utiliza el sexo como medio de controlar la selección natural. Elige entre los machos quién procreará y quién no.

A menudo parece que la selección sexual actúa en contra de la selección natural. Las plumas largas y de brillantes colores de la cola del pavo real le entorpecen el vuelo y lo convierten en blanco vulnerable, pero dentro del nicho ambiental en el que habita, y que ha sido configurado por la selección natural, esta extravagancia sexual se presenta como una suerte de lujo de la complejidad.

Darwin reduce la naturaleza a la aleatoriedad, la falta de finalidad, el sexo, la violencia y la muerte. En un campo diferente y unas cuantas décadas más tarde, Sigmund Freud (1856-1939) llegaría a una reducción similar.

La idea de la selección natural, su amoralidad aleatoria —«el asesinato y la muerte repentina están a la orden del día»—³ causó un enorme impacto en la sociedad victoriana. La noción de que solo los más aptos sobrevivían llevó al capitalismo desenfrenado del darwinismo social, filosofía desarrollada por el economista inglés Herbert Spencer (1820-1903), quien acuñó la expresión «supervivencia de los más aptos» e inventó la economía del laissez-faire. El hecho de que las especies eran perfectibles a través de la procreación generó la ciencia de la eugenesia, propuesta por primera vez por el erudito Francis Galton (1822-1911), medio primo de Darwin. Este último se mostró preocupado por la lobreguez de su visión: «Cuesta creer en la guerra atroz que se libra en los bosques pacíficos y los campos tranquilos». Acabó perdiendo la fe en Dios, reemplazándola con un estoicismo que encontraba consuelo en la contemplación de la majestuosidad del universo.

Darwin creía que, poco a poco y de forma constante a lo largo de largos lapsos de tiempo, la selección natural y sexual cambia una especie en otra. Sostenía que, en definitiva, la selección artificial realizada por la humanidad en, pongamos por caso, la cría de perros y gatos puede tomarse como prueba en favor de la selección natural. En solo unas cuantas generaciones, la humanidad puede producir criaturas de aspecto muy diferente. La selección natural que actúa sobre vastos tramos de tiempo podría llevar a cabo un cambio aún más considerable. Pero los argumentos de Darwin no suponen una prueba. La selección artificial también podría emplearse como argumento en contra de la selección natural. En la selección artificial la humanidad logra decidir quién vive y quién no, lo que no es diferente del tipo de intervención que un Dios todopoderoso podría efectuar. Tampoco es alentador que algunas características destacadas seleccionadas por los criadores conlleven con frecuencia ciertas debilidades inherentes: en los perros pequineses son problemas respiratorios, en los gatos de pelo blanco y ojos azules, sordera, y así sucesivamente. Un gato sordo y un perrillo jadeante constituirían unas desventajas decisivas en el mundo salvaje. La selección artificial muestra los problemas que surgen si los cambios que se hacen son demasiado grandes.

Si, como sostuvo Darwin, la selección natural efectúa cambios diminutos a lo largo de lapsos de tiempo muy prolongados, se hace necesario demostrar que la Tierra cuenta con bastante antigüedad para que haya tenido lugar la evolución. La selección natural también carecía de un mecanismo, sin el cual la teoría de Darwin sería inútil. Y había un problema más: no se habían encontrado fósiles de ninguna de las formas de transición entre una especie y otra que constituyeran una prueba de cambio gradual.

De la cuestión del tiempo comenzó a ocuparse la ciencia emergente de la geología. James Hutton (1726-1797), granjero escocés, había establecido la noción de cambio gradual, llamada uniformitarismo, dentro de la geología. Se había dado cuenta de que las calzadas romanas, aunque habían sido construidas hacía unos dos mil años, todavía eran visibles. Había habido erosión, pero lentamente, lo que le llevó a conjeturar que los lentos procesos de erosión y sedimentación de las rocas podían utilizarse para medir el tiempo geológico. Aunque estos procesos geológicos uniformes se ven interrumpidos por acontecimientos violentos como terremotos y erupciones volcánicas, siempre que entendamos que los procesos subyacentes son incesantes y uniformes, dicha uniformidad podría utilizarse como una especie de reloj. El principio de Hutton posibilitó datar las rocas sedimentarias por vez primera. Y al datar las rocas, los fósiles contenidos en ellas también podían fecharse. Sus ideas fueron popularizadas por el geólogo escocés Charles Lyell (1797-1875) en su obra de tres volúmenes Principios de geología, publicada entre 1830 y 1833. En estos libros fue donde Darwin descubrió las influyentes ideas de Hutton.

El débil argumento de Darwin para explicar la falta de formas intermedias en el registro de fósiles era que dichas formas intermedias entre especies estaban extinguidas y como el registro de fósiles era tan escaso y la naturaleza tan prolífica, se habían perdido de vista. A pesar del título de su otro famoso libro, Darwin no sabía en realidad cómo explicar el origen de las especies. Más bien describe la evolución de las formas complejas, que parece suceder por selección natural y sexual. Pero sin un mecanismo para explicar cómo sucede, la bonita teoría de Darwin habría acabado fracasando. A pesar de su gran impacto inicial, el darwinismo pasó de moda.

A finales del siglo XIX y comienzos del XX, el descubrimiento casi simultáneo por parte de tres biólogos de la obra de Gregor Mendel (1822-1884) pareció arrojar más dudas sobre la teoría de la evolución de Darwin. Mendel se hizo monje agustino y entre 1856 y 1863 cultivó en el monasterio de Brno unas 29.000 plantas de guisante en una parcela de tierra de unos 35 metros de largo y 7 metros de ancho. Analizó unas trece mil de ellas, recogiendo qué rasgos se transmitían de generación en generación. Los datos de Mendel parecían sugerir que existe cierto tipo de cantidad fija (o «cuanto») de herencia, una idea en pugna con la teoría del cambio suave y gradual de Darwin. Este conflicto acaso nos recuerde los problemas que surgen al tratar de conciliar la teoría grumosa de la física cuántica y la teoría uniforme de la relatividad general. Mirando hacia atrás, uno de los indicios más claros de que la procreación no mezcla características resulta evidente en el sencillo hecho de que de un macho y una hembra surge de manera invariable un macho o una hembra, y no un hermafrodita mezclado. Que hay cosas discretas en la planta de guisante que determinan sus propiedades generales fue el primer paso hacia el descubrimiento de los genes.

En las décadas de 1930 y 1940, el biólogo estadounidense Sewall Wright (1889-1988) y los biólogos británicos J. B. S. Haldane (1892-1964) y Ronald Fisher (1890-1962), entre otros, realizaron una síntesis de los dos mecanismos de la evolución: la herencia de la variación (más que la mezcla) y la selección natural. El darwinismo se reivindicó unos noventa años después de la primera publicación de El origen de las especies. Los científicos que fraguaron la síntesis evolucionista moderna demostraron que las dos teorías no son incompatibles. La nueva ciencia de la genética describe un espectro de variación posible y la selección natural garantiza que se conservan las variaciones que mejor se adaptan al entorno. El espectro de variación no es continuo, como pensaba Darwin, sino que está compuesto por bandas discretas. En el plano microscópico esa distinción son los genes, de los que ahora sabemos que son paquetes separados de información guardada en una molécula muy larga y compleja llamada ADN, contenida en todas y cada una de las células de todos los seres vivos.

Ya en la década de 1940, en su libro ¿Qué es la vida?, el físico Erwin Schrödinger se había preguntado si la biología podía reducirse a moléculas. La lectura de este libro persuadió al joven inglés Francis Crick (1916-2004) para dejar la física y pasarse a la biología. Crick y el biólogo estadounidense James Watson (n. 1928- ) descubrieron la estructura de doble hélice del ADN en la década de 1950, poniendo en marcha la revolución molecular de la biología. La búsqueda de los orígenes de la vida parece llevarnos, una vez más, a un viaje por las estructuras más pequeñas.

El átomo, a pesar de su pequeñez, es una especie de barrera entre dos mundos: el mundo cotidiano que parece estar compuesto de objetos separados en movimiento, y el extraño mundo de la física cuántica. El átomo resulta ser una barrera difícil de salvar, pues requiere la inyección de enormes cantidades de energía. Al otro lado de la barrera se halla el mundo de la física de partículas. El ADN es otro útil lugar de descanso conceptual que separa lo vivo de lo inanimado. Pero cuando investigamos el ADN, ya no necesitamos saber de átomos o partes de átomos. El viaje por las estructuras más pequeñas no nos sirve ahora. El ADN es un código que debe leerse para comprenderse, lo que lo convierte en una clase de barrera diferente de la del átomo, y una clase de estructura diferente de todas las que nos hemos encontrado hasta el momento en el universo. Con el ADN el universo da un paso hacia lo simbólico.

El código del ADN está escrito en cuatro bases químicas nada más: adenina, guanina, citosina y timina. Para aclarar aún más que no nos interesa la estructura de esos elementos químicos, sino que constituyen un alfabeto de la vida, suelen reducirse a sus primeras letras: AGCT. La vida es un código que puede traducirse y leerse como si estuviéramos leyendo un libro. Toda la vida (de la que tenemos conocimiento) está escrita en este código, otra pista para su origen común. El ADN es una molécula muy larga que puede leerse como una cadena de estas cuatro letras.

Hay palabras en el lenguaje de la vida y cada una tiene una longitud de tres letras: ggg (guanina guanina guanina), ctg, atc, y así sucesivamente. Esto debe significar que el lenguaje contiene 64 palabras diferentes (4 × 4 × 4), pero algunas de las palabras significan lo mismo, con el resultado de que en la práctica el lenguaje contiene solo veinte palabras. Además, tres de las «palabras» son signos de puntuación, lo que lo hace un poco diferente de los lenguajes con los que estamos más familiarizados.

También hay oraciones en el lenguaje de la vida. Las oraciones son lo que denominamos «genes». Buena parte de la larga cadena de letras que está escrita en la larga molécula de ADN son las oraciones, o recetas, que son los genes. Están separados del ADN no codificante, como lo están las oraciones, por el uso de puntuación. Un gen es una oración que tiene sentido, oculto entre el ADN no codificante. El conjunto de los genes y el ADN no codificante se denomina «genoma». En algunas bacterias el 90 % del genoma son secuencias de genes, en la mosca de la fruta es el 20 % y en los humanos es menos del 2 %. Estamos empezando a comprender qué hace el ADN no codificante. Parte de él cumple funciones importantes y parte parece ser basura. Por ejemplo, muchos de los genes del olor que están activos en los animales son genes basura inactivos en los humanos; estos genes se han degradado en los humanos, volviéndose cada vez más inútiles una mutación tras otra.

Las máquinas diminutas denominadas ribosomas encuentran y leen las oraciones de los genes y las convierten en algo físico. La palabra se hace carne. Cada palabra de la oración representa un aminoácido. Hay muchas clases diferentes de aminoácido, pero todo lo que necesitamos saber es que la vida está construida solo con veinte de ellos (representados por los veinte significados diferentes de las palabras del código del ADN). Para nuestro objetivo no necesitamos saber qué son los aminoácidos, sino nada más que se trata de una clase de moléculas con una estructura particular. No es solo que toda la vida esté escrita en un código que usa las mismas cuatro letras, sino que toda la vida está escrita en el mismo lenguaje de 64 palabras. Y esas palabras siempre expresan los mismos veinte aminoácidos.

La oración que es el gen también es una receta que puede leerse y convertirse en una cadena de aminoácidos. Cuando el cocinero llega al final de la oración y ha realizado la cadena de aminoácidos en el orden particular especificado por el orden de las palabras en la oración, la cadena se despliega en una compleja forma tridimensional llamada proteína.⁴ Así pues, cada gen es una receta para una proteína. El cuerpo humano puede fabricar en torno a 25.000 tipos diferentes de proteínas, una por cada gen.

Las células son fábricas repletas de máquinas diminutas que hacen proteínas leyendo recetas seleccionadas (genes) encontradas en la molécula de ADN. Las células de un organismo cumplen diferentes funciones porque el ADN les dice a cuáles se deben dedicar. Las células expresan proteínas diferentes porque se activan partes diferentes de nuestra molécula de ADN. Una célula humana podría llegar a ser un glóbulo rojo porque la proteína que fabrica hemoglobina está activada, y permanece desactivada en las células que pasan a ser, pongamos por caso, neuronas. La hemoglobina es una proteína compleja (fabricada por una proteína compleja) que posee la capacidad de transportar oxígeno, en el torrente sanguíneo, a los órganos del cuerpo. Las células del hígado producen una proteína que descompone la comida. Algunas células fabrican queratina, una proteína de la que están hechos el cabello y las uñas. Algunas hormonas, las sexuales y adrenales, por ejemplo, son proteínas.

Las proteínas que activan y desactivan el ADN están unidas a una parte del ADN no codificante, pero no se entiende por completo cómo se lleva a cabo esta operación. El proceso de activar y desactivar genes supone cierta cantidad de circularidad. ¿Cómo sabe el ADN activarse y desactivarse? Tal vez sea algo que sucede más en el plano celular: una célula indicando a otra célula cómo decirse mutuamente qué son, dónde están en el cuerpo y qué genes deben activarse para producir las proteínas necesarias para cumplir la función de la célula. El ADN parece saber qué genes activar o desactivar debido al contexto en que se halla el ADN dentro de la composición química de una célula particular.

Organismos como los seres humanos están compuestos de muchas células (también hay muchos organismos unicelulares). Los organismos multicelulares complejos como las moscas y los seres humanos se reproducen mediante un proceso que llamamos «sexo». Los padres donan la mitad de la información genética que será transmitida a la generación siguiente. La molécula de ADN es tan larga que se rompe en pedazos llamados «cromosomas» sobre los que los genes se distribuyen al azar. Varios genes que describen una única característica pueden albergarse en cromosomas diferentes. Cada célula contiene dos juegos de cromosomas (dos juegos de ADN), salvo los óvulos y los espermatozoides, que contienen un solo juego cada uno.⁵ El sexo permite que un juego de cada progenitor se recombine para hacer dos nuevos juegos, ligeramente diferentes, en la generación siguiente.⁶ Las pequeñas diferencias explican en parte los pequeños cambios que en general vemos entre una generación de organismos y la siguiente. En los humanos podría ser un color de ojos diferente. La mezcla de la información genética mediante la reproducción da como resultado mayor variación, lo que confiere una ventaja selectiva en un entorno cambiante y permite que surja una mayor complejidad. Un nuevo organismo se crea por la repetida división y réplica de una única célula: un solo óvulo fertilizado. Los humanos están compuestos por unos 100 billones de células. La duplicación lleva enseguida a cifras muy grandes, como vimos cuando el universo se infló. Aunque el ADN de cada célula es casi idéntico, no todas las células contienen los mismos compuestos químicos. Durante el proceso de división surgen tipos distintos de células. En los humanos hay varios cientos de tipos diferentes.

Antes de que una célula se divida, su ADN se duplica. La estructura de la molécula de ADN ha evolucionado de modo que está peculiarmente bien dotada para la duplicación. Las famosas hebras de doble hélice de la molécula de ADN siempre se ensamblan del mismo modo: la adenina (A) siempre se une con la timina (T), y la citosina (C), siempre con la guanina (G). Estas conexiones se denominan «pares de bases». En el ADN humano hay unos 10.000 millones de pares de bases. Si una hebra de la hélice doble del ADN se lee ATGGCGGAG, sabemos de inmediato que esa hebra está unida a una hebra correspondiente en la otra espiral que se lee TACCGCCTC. Cada vez que la molécula de ADN se duplica —cuando sus 10.000 millones de pares de bases se copian—, solo se producen en torno a una docena de errores. La evolución ha llevado a un sofisticado mecanismo de comprobación para asegurarse de que, en general, los errores se corrigen. Cada célula contiene enzimas que podríamos decir que son correctoras de errores. Aunque una letra de la secuencia de ADN se cambie, no varía necesariamente el significado de la palabra en la oración del gen (porque una proporción considerable de las palabras significan lo mismo). Pero aun cuando el cambio de una letra varíe el significado de la palabra y se exprese un aminoácido diferente, la función general de la proteína producida suele permanecer en buena medida inalterada. Pueden fabricarse proteínas de cien o más aminoácidos, pero a menudo solo unos cuantos controlan la función de la proteína y el resto actúa como una especie de andamiaje. Estos errores de copia se denominan «mutaciones». Aunque ocurra una mutación, es aún más raro que suceda en ambos pares de genes. Un gen no mutante suele bastar para cerciorarse de que se expresa la proteína «correcta».

Así pues, en general las mutaciones dan como resultado pequeñas variaciones entre los organismos. Los tipos de sangre diferentes en los humanos son el resultado de diminutas diferencias en la proteína que controla la estructura superficial de los glóbulos rojos. Un pequeño cambio en la secuencia de una proteína particular implicada en la producción de melanina (la proteína que determina el color de la piel) da como resultado que algunas personas sean pelirrojas. Las mutaciones desastrosas se evitan en su mayoría, pero cuando no sucede así, el organismo expresado por esos genes desaparece de inmediato del acervo genético mediante la selección natural. Las mutaciones son esos cambios en su mayoría pequeños que Darwin argumentaba, y no los grandes cambios que son el resultado de la selección artificial.

El Proyecto del Genoma Humano se estableció en 1990 con el objetivo de identificar todos los genes del genoma humano y de leer la secuencia de ADN del genoma completo (para comprender mejor las secuencias que aparecen entre los genes). Por entonces se pensó que habría 100.000 genes, pero cuando se publicó el mapa completo de los genes en 2003, se descubrió que en realidad hay menos de 25.000. El tamaño del genoma de las moscas de la fruta y los nematodos es al menos la mitad del nuestro, y el arroz contiene 40.000 genes. Pero incluso nuestro número de genes relativamente modesto basta para describir nuestra complejidad. Cuando hablamos de cifras muy grandes, decimos que son astronómicas, pero sería mejor llamarlas las cifras más grandes del universo biológico. Las posibilidades combinatorias de 25.000 genes son muchísimos órdenes de magnitud mayores que cualquier cifra con la que nos hayamos topado hasta ahora en nuestro viaje por el universo. Pero incluso esto viene poco al caso. La complejidad de un organismo es una consecuencia del hecho de que crece. Son el orden y el patrón de la expresión genética los que explican buena parte de la diferencia entre las especies, no el número relativo de genes del genoma. Un gen llamado HOXC8 se activa durante más tiempo en un pollo que en un ratón y es el que hace que el pollo tenga el cuello más largo. Los genes que determinan los planes corporales generales se denominan «genes homeóticos». El plan de un ojo es bastante similar entre organismos tan diferentes como los humanos y las moscas. De hecho, todos los ojos han expresado un gen llamado PAX6. Las medusas poseen genes homeóticos que son notablemente similares a los genes que determinan nuestro propio plan corporal, y la máxima expresión de dicha similitud la constituye la evolución. Nuestra apariencia es distinta a la de la medusa en buena medida porque los genes están expresados de forma diferente. No es el tamaño del vocabulario lo que distingue a una gran obra de teatro (aunque algunas cuentan con grandes vocabularios); es posible escribir grandes obras con un vocabulario muy limitado. Lo que importa es cómo se unen las palabras, y eso es indudablemente cierto en el lenguaje de la vida, que tiene un vocabulario muy pequeño y se escribe con pocas oraciones.

Las comparaciones del genoma (molécula de ADN) de todas las criaturas vivas nos dice que tienen un origen común. La evolución explica por qué el código genético —los 64 tripletes y los veinte aminoácidos que codifican— es el mismo en todos los seres vivos. Y la evolución también explica cómo los mensajes escritos en ese código han cambiado (a veces con dificultad) a lo largo del tiempo y de las especies. Algunos genes se conservan durante miles de millones de años porque cualquier cambio inutilizaría alguna función vital y ese organismo desfavorecido sería suprimido por la selección natural. Los cambios del DNA no codificante a lo largo del tiempo debidos a errores de copia (mutaciones) se denominan «deriva genética» y puede emplearse como reloj biológico que marca la aparición de antepasados comunes.

Puesto que las proteínas se forman a partir de recetas de genes, comparar estas en diferentes especies es equivalente a mostrar que todas las especies están relacionadas. Hay proteínas en los humanos y en las levaduras que cumplen funciones muy similares pero que están compuestas de aminoácidos ordenados de modos completamente diferentes. La comparación de estas proteínas en especies distintas cuenta el relato de cómo dichas proteínas han evolucionado con el paso del tiempo. La función similar de las proteínas en los humanos y en la levadura señala la existencia de un antepasado común en estas dos formas de vida diferentes.

El evolucionismo dispone ahora de dos técnicas para clasificar las formas vivas: la comparación de rasgos anatómicos de diferentes organismos fosilizados y vivos, y la comparación del ADN de organismos vivos.⁷ En conjunto, estas dos técnicas convierten la biología evolutiva en una ciencia plenamente formada y verificable. Las pruebas de similitudes en el plano del ADN pueden ayudar a confirmar el parentesco evolutivo a escala macroscópica. A finales del siglo XX, la biología molecular se ha convertido en una herramienta que puede proporcionar confirmación independiente de pruebas fósiles. Darwin pensaba que los perros descendían de varios caninos diferentes, pero recientemente, mediante comparaciones genéticas efectuadas a escala del ADN, se ha descubierto que todos descienden del lobo gris. Hubo un tiempo en que se pensaba que el hipopótamo estaba estrechamente relacionado con el cerdo, pero las pruebas genéticas nos dicen ahora que lo está mucho más con las ballenas, los delfines y las marsopas, los cetáceos. A veces los organismos se parecen porque han evolucionado en condiciones similares. La morfología puede resultar engañosa. Las lombrices de tierra y las tenias tal vez se antojen parecidas, pero pertenecen a filos diferentes (la mayor agrupación de organismos por debajo de reino). Un análisis del ADN puede contar un relato diferente del que indican las apariencias externas. Las comparaciones anatómicas sugirieron antaño que el gorila era el pariente más cercano de la humanidad, pero los análisis de ADN muestran que estamos ligeramente más próximos al chimpancé. La biología molecular revolucionó el modo de clasificar los organismos. El ADN ha resultado ser otro tipo de prueba fósil.

Las dos técnicas de fechado nos permiten clasificar la vida en una jerarquía de conexiones que se remonta a lo largo del tiempo. Realizando el viaje en dirección opuesta, resulta tentador conjeturar que lo que vemos es la complejidad en evolución. Cuesta sacudirse de encima la noción de que las bacterias son de algún modo más primitivas que nosotros, pero también estamos apegados a la idea de la apariencia que pensamos que ha de tener la complejidad. Estamos sesgados hacia la complejidad contemplada en el plano macroscópico.

Quizá nunca encontremos el ancestro común de todos los seres vivos actuales; será una parte ausente de la historia de la evolución. Pero sí sabemos que el ancestro común de todos los organismos pluricelulares era unicelular. Podemos hallar un amplio abanico de formas unicelulares en el pasado remoto y nuestra mejor teoría actual nos dice que debieron tener un antepasado común en un pasado aún más remoto. La mayoría de ramas que surgieron de la vida unicelular se han extinguido, pero una de ellas lleva a la vida pluricelular y el resto a las otras formas unicelulares que han ido evolucionando y existen actualmente.

HACE 4.000 MILLONES DE AÑOS

En un tiempo se pensó que toda la vida era parte de una cadena que requería luz solar para medrar. La luz solar penetra solo hasta los 50 metros superiores de los océanos, lo que se conoce como la zona fótica, pero en la década de 1970 se descubrió vida unicelular que vivía cerca de las fuentes hidrotermales de las profundidades marinas, que son fisuras en la corteza terrestre por donde se escapa gas, casi a 2 kilómetros de profundidad. En lugar de luz solar, los organismos utilizan las sustancias químicas que hay en el agua como fuente de energía. Debido a la presión del agua, las temperaturas pueden alcanzar cientos de grados Celsius en esas fuentes. (El punto de ebullición del agua es de 100 °C a nivel del mar y a presión atmosférica normal. Cuando la presión es más alta, también lo es el punto de ebullición. En las fuentes hidrotermales, la presión del agua puede ser 25 veces la presión atmosférica). Se acepta que ahí es donde vivieron las primeras formas de vida, el único lugar en que pudieron prosperar, pues estaba protegido de la radiación dañina proveniente del espacio exterior. Las formas de vida unicelular encontradas junto a las fuentes hidrotermales o en otras condiciones extremas se llaman «arqueas» (es una denominación reciente) y solían agruparse con las bacterias. En otro tiempo se pensó que las arqueas solo vivían en condiciones extremas, pero ahora se sabe que esos organismos viven en una variedad de condiciones y hoy constituyen en torno al 20 % de la biomasa del planeta.

Los compuestos químicos encontrados en rocas con una antigüedad de 3.800 millones de años procedentes de Akila, en Groenlandia occidental, tal vez constituyan la primera prueba de vida que tenemos hasta ahora, pero los hallazgos son polémicos. Otra prueba física polémica se presenta en forma de fósiles de una fecha similar llamados «estromatolitos». Se encuentran en Australia occidental y al parecer constituyen otra forma unicelular primitiva, llamadas «cianobacterias»,⁸ básicamente, algas de estanque.

Cuando los mares se enfriaron, evolucionaron formas de vida que emplean la energía de la luz solar para convertir el dióxido de carbono en azúcar y oxígeno, proceso denominado «fotosíntesis». Las cianobacterias evolucionaron a partir del tipo de vida no fotosintetizador encontrado alrededor de las fuentes hidrotermales (las arqueas) o bien ambas lo hicieron de forma independiente partiendo de antepasados comunes perdidos para nosotros. Las cianobacterias son la primera vida de aguas marinas superficiales y aportan, como producto de desecho de la fotosíntesis, el primer oxígeno del planeta. Hay pruebas de que las cianobacterias disociaban dióxido de carbono y liberaban oxígeno hace 3.500 millones de años. Todo el oxígeno del mundo está aquí como un regalo de los reinos de las bacterias fotosintetizadoras. Sin bacterias no habría oxígeno.

El primer oxígeno de la Tierra no va a parar a la atmósfera. Como la Tierra nunca estuvo antes en presencia de oxígeno, debe oxidarse. Todo lo que hay sobre la Tierra que es capaz de oxidarse, se oxida. Vemos pruebas de este oxidado en bandas de óxido rojo en el subsuelo profundo. Cuando este proceso de oxidación ha llegado a su término, las concentraciones de oxígeno en la atmósfera comienzan a subir. Pero se tarda mucho tiempo. Hace 2.400 millones de años la concentración de oxígeno de la atmósfera solo había ascendido a un 0,1 %; hace 2.000 millones de años había alcanzado el 3 %. El valor actual es del 20 %.

La primeras arqueas se protegieron del efecto esterilizador de la radiación ultravioleta viviendo en las profundidades marinas; los primeros organismos de aguas superficiales encontraron protección ocultándose detrás de granos de carbonato cálcico o creta. El dióxido de carbono se disuelve en el agua como varios carbonatos. Las primeras formas bacterianas fotosintetizadoras usan carbonato cálcico como una especie de concha. Cuando la bacteria muere, los granos de carbonato cálcico se hunden y forman lo que acabará convirtiéndose en capas de creta. Toda creta se forma gracias a este proceso vital, a partir de lo que en la práctica son diminutos esqueletos invisibles a simple vista. La piedra caliza es otra forma de carbonato cálcico, pero al estar hecha con las conchas de criaturas más complejas, no se encuentra sobre la Tierra hasta miles de millones de años después. Este uso temprano del carbonato cálcico por parte de las bacterias constituye una pista de la relación existente entre todas las formas vivas y prueba que hay evolución. Las conchas de las bacterias primitivas se convirtieron después en las conchas protectoras de organismos más desarrollados y luego en los huesos —una ingeniosa adaptación de una concha llevada en el interior y utilizada para soportar peso— de criaturas que acabarían abandonando el mundo boyante del mar para salir a tierra firme.

Uno de los efectos de la formación de creta es encerrar ingentes cantidades de carbono y, de este modo, ayudar a impedir que el efecto invernadero se descontrole. Más tarde también se encerrará carbono en el carbón y el petróleo, otros productos de procesos de la vida y de edades geológicas de compresión. La actividad volcánica redistribuye parte de este carbono en un bucle de retroalimentación que es prueba de lo que el científico y librepensador inglés James Lovelock (n. 1919- ) denominó Gaia. Lovelock adelantó por primera vez su hipótesis, hoy ampliamente aceptada, en la década de 1960, momento en el que pasó inadvertida para después convertirse en tema de polémica en la década de 1970. Gaia es una personificación griega de la Tierra, que significa literalmente «madre de la Tierra». Gaia es el entendimiento de que existe una conexión íntima entre los procesos vivos y no vivos de la Tierra. Los océanos trasladan el calor por toda la Tierra, y las montañas crean sistemas climáticos como parte de este modelo equilibrado de retroalimentación global, que se extiende para incluir las actividades de la Luna y el Sol. El efecto invernadero y las concentraciones de oxígeno en nuestro entorno, con el paso de miles de millones de años, han conseguido una armonización muy precisa como resultado de la actividad tectónica y de los seres vivos. Si no fuera por el efecto invernadero, las temperaturas serían un 15 % más bajas de lo que lo son hoy, por mucho que en la actualidad nos preocupe más que la humanidad haga, o ya haya hecho, aumentar demasiado la temperatura del invernadero.

Las arqueas y las bacterias desarrollaron una maquinaria molecular elaborada en un tiempo relativamente corto (tal vez solo unos cuantos cientos de millones de años) después de que la Tierra se convirtiera en un hábitat adecuado para la vida. En la década de 1980, Fred Hoyle y el astrónomo de Sri Lanka Chandra Wickramasinghe (n. 1939- ) sostuvieron que no era posible construir tal máquina compleja, ni siquiera la bacteria más básica, en el tiempo disponible. Dijeron que sería como si un torbellino pudiera ensamblar un Boeing 747 partiendo de las piezas que hay en un desguace. Calcularon que la probabilidad de ensamblar un aminoácido por azar es de 1 entre 10²⁰ y puesto que una simple bacteria podría estar formada por 2.000 proteínas, la probabilidad de ensamblar una bacteria por casualidad es de al menos 1 entre 1020×2.000 o de 1 entre 1040.000. Una vez más, esto demuestra que los números biológicos son muchísimo mayores que los astronómicos. El número de partículas elementales en el universo visible es «solo» 10⁸⁰. Pero hay un fallo en el argumento de Hoyle y Wickramasinghe. La naturaleza no ensambla cosas complejas de la nada. La selección natural es la única explicación que se necesita. Siempre que exista alguna pequeña ventaja, por diminuta que sea, dicha ventaja tiene una posibilidad mayor de ser seleccionada. Si una proteína provoca que una reacción vaya un poquito más deprisa, tiene mayor posibilidad de ser seleccionada que otra que no causa cambios en la reacción (igual de importante es que toda proteína causante de que la reacción vaya más despacio será apartada de la competencia). La naturaleza no selecciona de todas las configuraciones posibles; selecciona de lo que hay. No importa lo primitiva que sea una proteína; lo que cuenta es que ese algo primitivo existe y funciona ligeramente mejor que lo demás que hay a su alrededor.

Cómo la vida química se convirtió en vida biológica sigue siendo una parte que falta en el relato del universo en evolución, pero pocos científicos dudan de que pronto descubriremos cómo los átomos inanimados evolucionaron a estructuras moleculares animadas. La vida es un proceso de autoorganización y autorreplicación. La vida son complejas cadenas de sustancias químicas llamadas «polímeros» que se reproducen a sí mismas. Se conjetura que durante unos cientos de millones de años de evolución, las moléculas prebióticas evolucionaron en moléculas autorreplicantes por selección natural. Cómo sucedió es algo que de momento se desconoce, pero pocos científicos dudan de que sucedió.

La frontera entre vida geológica y orgánica es borrosa. No solo parece que la vida ha surgido de la naturaleza inorgánica, sino que lo que distinguimos como vida está inextricablemente entrelazado con las actividades inorgánicas del planeta: los océanos, los volcanes, las montañas y los procesos vitales están tejidos en una red de interconexión.

Newton pensaba que la alquimia le revelaría el algo divino que hace que la materia viva, y que ese algo también se encontraría en las plantas, animales y ciertas formas inorgánicas como los cristales. Pero cuando sepamos cómo surge la vida de lo inanimado, los mundos orgánico e inorgánico se habrán convertido en un espectro continuo. La vida será una distinción artificial que realizamos a partir de lo inanimado. Seremos capaces de seguir nuestra evolución hacia atrás no solo hasta el antepasado común de arqueas y bacterias, sino hasta el hidrógeno primordial, hasta el Big Bang y tal vez incluso hasta un multiverso o alguna condición de partida de nuestro universo local. Sabremos cómo está escrita la vida en las leyes de la naturaleza. Estaremos más cerca de responder a las preguntas de qué entendemos por vida y qué otras formas podría adoptar. Nuestra imaginación puede volar para conjeturar otros modos como la vida podría haber sido, otros modos como la vida podría ser.

HACE 3.000 MILLONES DE AÑOS

Mil millones de años después de que la vida emergiera por primera vez sobre la Tierra, estaba formada por completo por arqueas y bacterias unicelulares. De hecho, buena parte de la vida actual sigue siendo arqueas y bacterias. La persistencia de formas de vida unicelulares ilustra cuán íntima puede llegar a ser la relación entre procesos vivos y no vivos. Las arqueas y las bacterias son solo las formas de vida más sencillas en el sentido de que están compuestas por una única célula, aunque incluso una bacteria unicelular contiene 10⁹-10¹¹ átomos. Pero al haber estado por aquí durante más tiempo, son las formas de vida más resistentes y tienen cierto derecho a reclamar que son las más evolucionadas.

Las bacterias son esenciales para la existencia continuada de la vida en el planeta. Equilibran no solo las concentraciones de oxígeno en el ecosistema, sino también las de nitrógeno, carbono y azufre. Se sabe que las bacterias participan en la formación de petróleo. La madera no se pudriría si no fuera por las bacterias. Algunas se han encontrado en rocas a 1.000 metros bajo tierra digiriendo lentamente material orgánico sin la ayuda de oxígeno y dividiéndose solo una vez cada mil años aproximadamente, lo que las convierte sin duda en las formas de vida más relajadas de la Tierra. Las bacterias puede que incluso participen en el depósito de metales en el subsuelo.

Las formas de vida bacteriana no se volvieron redundantes cuando surgieron las formas de vida superiores, sino todo lo contrario: medraron y puede que estén mejor adaptadas para sobrevivir que las formas de vida multicelulares. Las bacterias son las que tienen más probabilidades de sobrevivir a una catástrofe futura. Se ha descubierto que pueden vivir en ácido sulfúrico o incluso en desechos nucleares. Los cristales de magnetita encontrados en algunas bacterias las ayudan a orientarse mediante el campo magnético de la Tierra. Hay pruebas de que existen algunas formas de vida que podrían medrar en lugares muy diferentes de la Tierra, pruebas de que la vida denominada «sencilla» no requiere en realidad el privilegio de una Tierra precisamente como esta.

Se podría saber qué clase de forma de vida es más apropiada ante una futura catástrofe. Tendríamos que usar nuestros cerebros altamente evolucionados y complejos para burlar a la naturaleza, pero como es de esta de donde surge nuestra complejidad, sin duda es una contienda que no podemos ganar. Las bacterias, por su parte, se han probado durante mucho tiempo frente a lo que la naturaleza les ha arrojado, existiendo desde el principio en un mundo mucho más violento que el actual.

La humanidad se ha puesto en competencia con los volcanes en las actividades que equilibran el carbono del planeta. Cuando Gaia necesite reequilibrar el planeta para hacerse cargo de estas y otras actividades perturbadoras, no es probable que sea en beneficio de la humanidad. Si los seres humanos desaparecen, puede que las formas bacterianas permanezcan y evolucionen más mientras las condiciones lo permitan. Escapemos o no los humanos a la ira de Gaia, no lograremos sobrevivir si las bacterias desaparecen. No disponemos de una existencia independiente de las bacterias. No solo están integradas en la vida del planeta, sino que también lo están en el funcionamiento del cuerpo humano. Hay diez veces más células bacterianas en el cuerpo humano que células humanas, en su mayoría en la piel y en el tubo digestivo.

HACE 2.000 MILLONES DE AÑOS

Las arqueas y las bacterias fotosintéticas son organismos unicelulares sin núcleo denominadas colectivamente «procariotas», que significa de forma literal «antes de la nuez»: la palabra griega para ‘nuez’, ‘almendra’ o ‘semilla’ es karyon. Hace entre 2.000 y 1.500 millones de años, surgió la primera vida unicelular eucariótica, es decir, células que poseen un núcleo. Este alberga y protege el ADN. No se sabe si las eucariotas evolucionaron de las procariotas, pero han de haber tenido un antepasado común que tal vez fuera muy distinto de ambas. El análisis del ADN moderno sugiere que no hay una definición significativa de una procariota; no es más que el nombre colectivo que otorgamos a dos líneas ancestrales completamente diferentes llamadas arqueas y bacterias. Incluso comienza a resultar posible que las arqueas estén más estrechamente relacionadas con las eucariotas que con las bacterias. La vida unicelular eucariótica parece haber surgido cuando los valores de oxígeno alcanzaron la altura necesaria (en torno al 0,4 %) para sostener esta vida más compleja.

Hay una teoría ampliamente aceptada que fue popularizada por la bióloga estadounidense Lynn Margulis (1938-2011) a finales de la década de 1960. Postula la idea de que algunas bacterias procarióticas se insertaron en la vida eucariótica como orgánulos, nombre colectivo con el que se designan dos tipos de nuevas estructuras: cloroplastos y mitocondrias. Lynn Margulis sugiere que, a través de la unión simbiótica, las protocariotas se convirtieron en los orgánulos de alguna otra forma unicelular. La prueba en respaldo de tal teoría parte del hecho de que el ADN en los orgánulos (que proviene de las procariotas invasoras) es completamente distinto del ADN encontrado en el núcleo anfitrión.

Las eucariotas con cloroplastos se denominan «protofitos» y las eucariotas con mitocondrias se denominan «protozoos». Un cloroplasto es lo que en el futuro hará eficiente la fotosíntesis en las plantas. En los protozoos, la mitocondria permite que las células utilicen oxígeno como combustible por vez primera. Son estos orgánulos los que distinguirán a los reinos animal y vegetal, cuando existan tales cosas.

Toda la vida continúa siendo unicelular y está confinada en los océanos.

HACE 1.000 MILLONES DE AÑOS

Se piensa que la vida multicelular surgió por vez primera hace unos 1.200 millones de años. La masa continental de la Tierra era un único continente llamado Rodinia.⁹ La vida multicelular probablemente comenzó como otra clase de simbiosis, cooperación laxa entre células únicas que se volvieron cada vez más complejas. Algunas eucariotas fotosintéticas se desarrollaron en colonias como las primeras algas marinas (parte de un grupo llamado «algas rojas»). Las esponjas son otro ejemplo de forma de vida multicelular primitiva. Todavía queda por descubrir el mecanismo detallado de cómo se efectuó el salto de la vida unicelular a la multicelular. Algún tiempo después, aunque tampoco sabemos mediante qué mecanismo, algunas eucariotas inventaron el sexo: el proceso en el que un óvulo (un tipo de célula) es fertilizado antes de que ocurra la división.

Puede que la vida haya sido unicelular durante 3.000 millones de años, pero cuando aparece el mecanismo que permite el surgimiento de la vida multicelular, no hay razón para que no lo haga de la noche a la mañana, en términos geológicos. De hecho, debe surgir tan pronto como las condiciones lo permiten.

La evolución pareció acelerarse de nuevo hace unos 550 millones de años con la aparición repentina de animales de cuerpo duro en el registro fósil. El hecho de que no haya fósiles anteriores a esta fecha ha constituido un problema desde antes de la época de Darwin, quien pensaba que suponía la mayor amenaza para la teoría de la evolución. Si le había costado explicar la ausencia de formas intermedias entre las especies, mucho más difícil sería justificar la falta de fósiles más antiguos que los encontrados en rocas con 500 millones de años de antigüedad.

Hasta la década de 1980, antes de que la biología molecular hubiera arrancado de verdad, un escaso registro fósil era cuanto había para cartografiar el desarrollo evolutivo, pero, además, dicho registro era problemático: no solo no existían fósiles con una antigüedad superior a 550 millones de años, sino que parecía que de pronto se había producido una explosión de formas vivas. Las pruebas de la denominada «explosión cámbrica» son sorprendentes, en particular en los esquistos de Burgess, yacimiento de fósiles descubierto en las Rocosas canadienses en 1909, aunque el significado de lo allí encontrado no resultó patente hasta que se volvieron a examinar los fósiles en la década de 1980. El hallazgo de los esquistos de Burgess fue presentado a la atención pública por el biólogo estadounidense Stephen Jay Gould (1941-2002) en su libro La vida maravillosa, publicado en 1989. Se puso de manifiesto que hay largos periodos de tiempo geológico en los que no parece que haya cambios, seguidos de rápidos periodos de desarrollo evolutivo.

En 1954 el biólogo estadounidense Ernst Mayr (1904-2005) había observado que las poblaciones grandes permanecen estables: no exhiben el tipo de cambios evolutivos que la teoría de la selección natural parece predecir. Lo que esta prueba de estasis evolutiva significa fue discutido por vez primera por Gould y el biólogo estadounidense Niles Eldredge (n. 1943- ) en la década de 1970. El hallazgo de los esquistos de Burgess parece ser una prueba más de que la estabilidad es la norma, seguida por periodos repentinos de cambio, lo que Eldredge y Gould denominaron «equilibrio intermitente». Cómo explicar por qué la población permanece estable durante millones de años aun cuando hay cambio en el plano genético se convirtió en un tema de vivo debate, a veces enconado.

La evolución se puede reducir a la competencia entre genes, percepción popularizada por el biólogo evolucionista inglés Richard Dawkins (n. 1941- ) en su famoso libro El gen egoísta (1976). La evolución tiene que suceder en el plano genético porque los genes son el único modo en que un rasgo puede transmitirse de generación en generación. Pero la selección natural no actúa solo en los genes, sino en todos los órdenes de tamaño. Eldredge afirma que el punto de vista de Dawkins funciona a la perfección cuando se investiga la evolución de una generación a otra, pero resulta «inútil como teoría general evolutiva que abarque los acontecimientos a gran escala de la historia de la vida». Es muy difícil relacionar cambios evolutivos en el plano del organismo (o de la población) con cambios en el plano genético. Lo que falta, y todavía se polemiza al respecto, es un mecanismo que explique la interacción entre el entorno, los genes y los organismos expresados por los genes.

Tiene poco sentido plantearse qué es más fundamental: el gen o la población. Es como preguntar qué es más fundamental: la silla o los átomos de los que está compuesta. Si hablamos de sillas, una silla no tiene significado en el plano atómico, puesto que los átomos no poseen propiedades de «silledad». Las estructuras grandes (sillas y gatos) poseen cualidades («silledad» y «gatedad») que solo existen en el mundo macroscópico y no son cualidades de las partes de las que están compuestas. Pero si queremos saber de qué está compuesta una silla, debemos hablar en última instancia de átomos y partículas subatómicas.

Tal vez solo parezca que hubo una explosión cámbrica porque surge a una escala de tamaño que los humanos reconocen visualmente como compleja. Nos concedemos una posición privilegiada si pensamos que estas nuevas formas son más complejas que las que aparecieron antes, cuya complejidad quizá solo resultara evidente en planos moleculares. Corremos el peligro de ser anticopernicanos si conferimos un carácter especial a algo solo porque da la casualidad de que es de la misma clase de tamaño que nosotros. El cambio por el que surgieron por primera vez formas de vida multicelulares es la prueba de que la evolución parece acelerarse. Y la primera aparición de organismos de cuerpo duro es una prueba más. Sin embargo, tal vez sea cuestión de énfasis si la evolución se acelera o solo lo aparenta. Parece acelerarse porque los humanos percibimos mejor los organismos multicelulares o los de cuerpo duro.

Debido a su significado histórico y visual, el periodo Cámbrico se ha convertido en el centro a cuyo alrededor se lleva a cabo la datación geológica. La franja de medio millón aproximado de años desde la explosión cámbrica se denomina eón Fanerozoico y llega hasta nuestros días. Fanerozoico significa literalmente «vida visible». Todo el tiempo geológico que hubo antes de la explosión cámbrica se denomina eón Precámbrico y es una extensión de tiempo desproporcionalmente grande que se remonta hasta cuando la Tierra se formó hace 4.500 millones de años.

Los eones se dividen además en eras. La última era del eón Precámbrico se denomina era Neoproterozoica y comprende desde hace 1.000 millones de años hasta el comienzo del eón Fanerozoico hace 542 millones de años, que también constituye el inicio de la era Paleozoica y el comienzo (otra subdivisión más) del periodo Cámbrico. Hasta hace poco, las pruebas de formas de vida independientes a gran escala comenzaban con el Cámbrico, pero durante el siglo XX se fueron reuniendo pruebas de organismos a gran escala que vivieron en el periodo precedente al Cámbrico, aunque se tardó algún tiempo en interpretar los hallazgos. A este periodo, llamado Ediacárico, se le dio nombre en 2004. En este punto nos incorporamos al tiempo geológico con nombre.

EL FIN DEL EÓN PRECÁMBRICO

LA ERA NEOPROTEROZOICA (DESDE HACE 1.000 MILLONES DE AÑOS HASTA HACE 542 AÑOS)

Periodo Ediacárico (de 630 a 542 millones de años atrás)

Aunque no hay pruebas de formas de vida independientes a gran escala provenientes de antes de este periodo, ello no significa que no existan. Las primeras criaturas macroscópicas que conocemos son pegotes de materia llamados «biota ediacárica» que se asemejan a «bolsas llenas de barro o colchones guateados». La vida ediacárica apareció en juncales poco profundos que permitían a la gran área superficial de estos organismos absorber la mayor cantidad de oxígeno posible. Algunas de estas formas de vida son las primeras criaturas excavadoras del barro, una destreza adquirida vía la evolución de un celoma, saco que contiene los órganos. No solo permite a los cuerpos de las primeras criaturas perforar túneles, sino que más tarde facultará a organismos más grandes con esqueleto que se doblen y giren. En esta época no hay vida compleja sobre tierra firme. La biota ediacárica parece carecer de relación con todas las formas que llegaron después, lo que significa que dicha biota ediacárica y los restantes organismos ya están separados por largos linajes y tienen antepasados comunes en el pasado remoto que no se han conservado en el registro fósil, posiblemente porque esos antepasados eran demasiado blandos para fosilizarse, o sí se hicieron fósiles pero todavía no se han descubierto.

Puede que en esta época surgieran criaturas similares a las medusas (hasta hace poco, se pensaba que aparecieron más tarde). Los animales relacionados con las medusas pertenecen a un filo llamado Cnidaria. Ciertas simetrías en el plan corporal de la medusa la relacionan con la que creemos que es la forma de vida más compleja que la siguió.

Una medusa no dispone de órganos respiratorio, circulatorio o excretor, ni sistema nervioso, así como tampoco de una cabeza evidente, salvo por donde tiene la boca, y sin embargo sí cuenta con órganos discretos. La medusa no tiene cerebro, pero sí varios ojos; ve mucho mejor de lejos, pero su visión es lo bastante buena para distinguir la noche del día y arriba de abajo.

Parece que desde los primeros tiempos, el ojo y el cerebro se han desarrollado juntos. Nuestros dos modos de ver, con los ojos (donde se recibe la luz) y con el cerebro (donde se interpreta y comprende la luz) están conectados. Hay grupos de moléculas dentro de las células de muchos organismos, incluidas muchas formas de vida unicelulares, que están compuestas por una proteína sensible a la luz llamada rodopsina. Una vez que esta proteína evolucionó, aparece siempre en todos los ojos. Aunque todavía no se comprende cómo la rodopsina en las procariotas se relaciona con la encontrada en las eucariotas evolucionadas, parece probable que dicha relación exista y que esta familia de proteínas pase a ser una prueba más de la evolución partiendo de formas comunes.

La Tierra se había vuelto a convertir en una única masa continental, llamada Pannotia, hace unos 600 millones de años. No duró mucho, pues se dividió de nuevo transcurridos 60 millones de años.

LOS COMIENZOS DEL EÓN FANEROZOICO

ERA PALEOZOICA (DESDE HACE 542 MILLONES DE AÑOS HASTA HACE 251 MILLONES DE AÑOS)

Periodo Cámbrico (de 542 a 488 millones de años atrás)

La datación del periodo Cámbrico ha cambiado de manera considerable incluso en el siglo XXI. Algunas autoridades en la materia postulan que el Cámbrico comenzó hace 570 millones de años o antes, pero en 2002 la International Subcomission on Global Stratigraphy, organismo de prestigio internacional que se ocupa de definir esos parámetros, estableció el inicio del Cámbrico en torno a 545 millones de años antes del presente, fecha que se revisó a 542 millones de años en 2004. Las rocas provenientes de este periodo se descubrieron por primera vez en Gales y la denominación «cámbrico» toma su nombre de una antigua tribu galesa.

Los primeros animales con concha aparecieron en el periodo Cámbrico. Se trata de un orden particular de animales con concha llamados «artrópodos», caracterizados por sus exoesqueletos duros y sus cuerpos segmentados. Los planes corporales de todos los animales que viven hoy se han heredado de animales que aparecieron por primera vez en el periodo Cámbrico. Los trilobites —criaturas extrañas que parecen cochinillas muy grandes— son los primeros artrópodos; sobrevivieron más de 200 millones de años y son probablemente los fósiles más famosos después de los dinosaurios. En un tiempo poblaron los mares como una de las formas de vida más prolíficas. Los artrópodos son el mayor filo de animales no extinguidos e incluye insectos, arañas y crustáceos (todos los cuales aparecieron mucho después); muchos filos que surgieron en el Cámbrico están ahora extinguidos. Es posible que algunos animales realizaran los primeros recorridos por tierra firme durante este periodo; por lo demás, toda la vida animal se confina en los océanos. No hay plantas terrestres; la superficie de la Tierra está compuesta de desiertos yermos y océanos.

Durante el Cámbrico, la masa continental de la Tierra está dispuesta como dos grandes continentes, llamados Gondwana y Laurentia.

Al término del Cámbrico se piensa que hubo un periodo de extinción durante el cual muchas especies son eliminadas o diezmadas intensamente.

Las divisiones entre periodos geológicos están marcadas por extinciones masivas, que dan como resultado un cambio patente en el registro de fósiles. Las razones para las extinciones son en buena medida conjeturas, pero en general deben de haberse producido como resultado del aumento de la actividad volcánica y los cambios posteriores en el efecto invernadero. Se necesita un cataclismo de esta escala para alterar la gran estabilidad de la población. Cualquier cambio menos drástico de un sistema ecológico no propulsa la evolución. Los incendios y las tormentas no causan más que trastornos temporales. Los ecosistemas pueden volver a armarse con la información contenida en las poblaciones cercanas, donde la historia evolutiva apenas difiere de la vivida por la población local que se ha destruido. Una población se ajustará con facilidad a un glaciar que avanza lentamente siempre que se encuentre un nuevo lugar de procreación para conservar el statu quo. Se requiere una alteración tan intensa que implique al planeta entero para que ocurra una evolución rápida de nuevas formas: un terremoto, el impacto de un meteorito o un cambio repentino en las cantidades de gases de invernadero de la atmósfera. Es esta estabilidad general a escala de la población la que explica por qué la evolución parece avanzar con rapidez cuando suceden cambios cataclísmicos en el planeta.

Periodo Ordovícico (de 488 a 444 millones de años atrás)

En su comienzo, la geología estuvo dominada por geólogos ingleses. Este periodo, así como el siguiente, también recibe el nombre por una antigua tribu británica. Hay fósiles de hepáticas —ser entre un musgo y un alga marina— que tienen 475 millones de años de antigüedad. Aparece el primer pez primitivo, que es el primer animal vertebrado (animales con columna vertebral). Entre los periodos Ordovícico y Silúrico ocurre el primero de los denominados cinco grandes acontecimientos de extinción, durante el cual se extingue la mitad de la fauna existente. No hay un consenso generalizado sobre la razón para dicha extinción, si bien pudo haber coincidido con el inicio de una edad de hielo especialmente intensa.

Periodo Silúrico (de 444 a 416 millones de años atrás)

Hace unos 440 millones de años, los primeros animales que respiraban aire empiezan a colonizar tierra firme. Son criaturas diminutas semejantes a las garrapatas. Al mismo tiempo, las primeras plantas verdaderas también comienzan a colonizar la tierra, aunque existen explicaciones más polémicas que sugieren que hubo plantas terrestres desde tiempos muy anteriores. Los primeros animales terrestres empiezan a descomponer la primera materia vegetal para fabricar el primer compost.

Se han encontrado fósiles de plantas terrestres macroscópicas en Irlanda que poseen una antigüedad de 425 millones de años.

Durante este periodo la mayor parte de la masa continental terrestre se hallaba en el hemisferio sur. Lo que ahora es el desierto del Sahara estaba en el Polo Sur.

Periodo Devónico (de 416 a 359 millones de años atrás)

Hace unos 400 millones de años, hay helechos, milpiés y arañas, así como tiburones primitivos. Hay pruebas de la primera vida de agua dulce. Proliferan los peces con mandíbulas y esqueletos. El celacanto es uno de ellos. Surge hace unos 390 millones de años y externamente permanece invariable hasta nuestros días. Hubo un tiempo en el que se pensó que se había extinguido hace más de 60 millones de años, hasta que se capturó un espécimen frente a las costas de Sudáfrica en 1938. Aparecen las semillas por primera vez. La biomasa pasa del mar a la tierra. El suelo está repleto de garrapatas y milpiés, y hay carnívoros que se los comen, la primera vez que los animales comienzan a comerse unos a otros. Surgen los anfibios a partir de peces similares al celacanto. Al final del periodo ya hay anfibios semejantes a las salamandras entre los primeros de los vertebrados terrestres. Al término del periodo Devónico ocurre la segunda de las cinco grandes extinciones. En fecha reciente se ha planteado que la extinción sucedió en intervalos durante un periodo de tres millones de años, y por varias razones. Al final del Devónico, un tercio de todas las familias de seres vivos se ha extinguido.

Periodo Carbonífero (de 359 a 299 millones de años atrás)

Las concentraciones de oxígeno ascendieron hasta un máximo del 35 %. Aparecen árboles gruesos parecidos a los helechos, sin relación con los árboles modernos, que se fosilizarán como carbón. Hay milpiés con una longitud de hasta 2 metros. La prueba física más antigua de vida animal, aparte de los huesos fosilizados, es una huella de milpiés fosilizado marcada hace 350 millones de años y encontrada en Escocia. Aparecen los primeros reptiles, evolucionados de un antepasado común con los anfibios. El fósil más antiguo hasta la fecha tiene 315 millones de años de antigüedad y fue hallado en Nueva Escocia; se trata de un fósil de Hylonomus, una especie de lagarto que solía medir entre 20 y 30 centímetros. Al final de este periodo, los reptiles han pasado a ser completamente independientes del agua. Los artrópodos comienzan a abandonar el mar. Algunos reptiles primitivos evolucionaron para convertirse en la primera «megafauna», llegando a medir más de 3 metros de longitud. Las primeras criaturas que desarrollaron la capacidad de volar eran una especie primitiva de libélula; una de ellas, la Meganeura, fue uno de los insectos de mayor tamaño de los que tenemos constancia, con una envergadura de unos 70 centímetros.

Periodo Pérmico (de 299 a 251 millones de años atrás)

Las libélulas (Odonata) prosperaron hasta dominar el reino de los insectos. Durante este periodo, los primeros ascendientes de las cucarachas también prosperaron y aparecieron numerosos grupos nuevos de insectos, incluidos los escarabajos (Coleoptera) y las moscas (Dipthera). Los primeros árboles (coníferas) también aparecieron a mediados del Pérmico, y la megafauna reptil se diversificó. Al término del Pérmico ocurre la mayor extinción, destruyendo hasta el 96 % de todas las especies. La Tierra es una sola masa continental en esta época, llamada Pangea, y está en gran medida desértica. La Extinción Masiva dura 60 millones de años. Existe alguna prueba tentativa de que un meteoro puede haber sido la causa.

ERA MESOZOICA (DESDE HACE 251 MILLONES DE AÑOS HASTA HACE 66 MILLONES DE AÑOS)

Periodo Triásico (de 251 a 200 millones de años atrás)

Algunas especies de lagarto evolucionan a cocodrilos y otras a dinosaurios. Los dinosaurios son la especie vertebrada dominante hasta su extinción, al final del Cretácico. Ocurre otra gran extinción al final de este periodo.

Periodo Jurásico (de 200 a 146 millones de años atrás)

Hace unos 200 millones de años, Pangea comienza a dividirse. El periodo Jurásico está dominado por reptiles, en particular por los dinosaurios. Evolucionan el Arqueopterix y los reptiles voladores, precursores de los pájaros.

Periodo Cretácico (de 146 a 66 millones de años atrás)

Aparecen los himenópteros sociales, grupo hoy formado por los sínfitos, las avispas, las abejas y las hormigas; formas más primitivas de himenópteros no sociales evolucionaron antes, en el Triásico. La evidencia fósil más antigua de una planta con flor (angiospermas) data de principios del Cretáceo; pruebas moleculares sugieren que estas eran ancestros próximos de las angiospermas del Triásico tardío. Algunos de los primeros mamíferos son marsupiales. Hay canguros primitivos hace 136 millones de años. Aunque otrora se pensó que los mamíferos no aparecieron hasta la desaparición de los dinosaurios, se solaparon durante al menos 65 millones de años, pero no florecieron. Todos los principales grupos de insectos existen ya. Las plantas con flor son de las últimas en llegar, hace unos 75 millones de años. Los dinosaurios avianos evolucionaron a pájaros.

La última gran extinción, aparte de la que está sucediendo en la actualidad, ocurrió hace 65 millones de años cuando se extinguieron los dinosaurios. Aunque las razones para la mayoría de las grandes extinciones son conjeturas, en el caso concreto de esta existe un amplio consenso al respecto. En 1978 el geólogo estadounidense Walter Alvarez (n. 1940- ) y su padre físico, Luis Alvarez (1911-1988), plantearon la idea de que un cometa de 10 kilómetros de diámetro chocó con la Tierra en torno a esa época. En mayo de 1984 se descubrieron pruebas de un cometa de 30 kilómetros de extensión que cayó en la península de Yucatán, en México, hace 64,4 millones de años, la mayor colisión en el sistema solar desde el fin del bombardeo tardío. Todavía hay quienes defienden la teoría de que fue un volcán el que acabó con los dinosaurios. Una catástrofe global interrumpe periodos de estasis evolutiva y abre un nicho para que ocurra una evolución rápida. La desaparición de los dinosaurios, así como de la mitad de las restantes especies animales, permite florecer a los mamíferos, aunque la mayoría de los que habían evolucionado antes murieron.

ERA CENOZOICA (DESDE HACE 66 MILLONES DE AÑOS HASTA LA ACTUALIDAD)

Periodo Paleoceno (de 66 a 23 millones de años atrás)

No se sabe a ciencia cierta cuándo aparecieron los primeros mamíferos con placenta, pero las pruebas fósiles nos dicen que ya estaban bien asentados a comienzos del Paleoceno. Las pruebas de ADN sugerirían que hubo un antepasado común de todos los órdenes placentarios hace entre 100 y 85 millones de años. Sin confirmación fósil, esta predicción continúa siendo polémica. Los primeros primates aparecen a comienzos del Paleoceno. De nuevo, el reloj de ADN molecular sugiere que hubo un antepasado común muy anterior, probablemente a mediados del Cretácico.

Los conejos y las liebres aparecen hace 55 millones de años. El Himalaya empieza a elevarse hace 50 millones de años. La faz de la Tierra se asemeja a la actual, salvo por el hecho de que Australasia está unida a la Antártida. Murciélagos, ratones, ardillas y muchos pájaros acuáticos (incluidas garzas y cigüeñas) aparecen durante este periodo, así como musarañas, ballenas y los peces modernos. Surgen todas las plantas modernas importantes y las gramíneas evolucionan.

Hace unos 30 millones de años o más, las edades de hielo se convierten en un rasgo regular de la vida sobre la Tierra. Con anterioridad, esas edades de hielo habían sido trágicas pero esporádicas. Una edad de hielo es un periodo en el que hay placas de hielo en los hemisferios norte y sur, lo que significa que técnicamente todavía estamos en una.

Hace 26 millones de años ya había praderas por toda Norteamérica. Con la llegada de los pastos, evolucionan animales que se alimentan de ellos, por ejemplo, los caballos. Monos primitivos también habitan las praderas; y también hay cerdos, ciervos, camellos y elefantes.

Periodo Neogeno (de 23 millones de años atrás a la actualidad)

• Época del Mioceno (de 23 a 5,3 millones de años atrás)

Los periodos se dividen además en épocas. Ahora que nos vamos acercando a nuestro propio tiempo, podemos contemplar el tiempo geológico con mayor detenimiento. Están presentes todas las familias de pájaros modernas. Muchos mamíferos evolucionan a los géneros modernos reconocibles: para las ballenas es el género de los cachalotes. Surgen las algas marrones, también llamadas kelp, que permiten la evolución de nuevas especies de criaturas marinas, como las nutrias.

Hay unas cien especies de simios que viven durante esta época. Las pruebas moleculares sugieren que los chimpancés y gorilas comienzan a divergir en algún punto hace entre quince y doce millones de años.

El Mediterráneo se seca repetidas veces durante un periodo de 1,5 millones de años: unas cuarenta veces desde hace unos seis millones de años. No disponemos de este tipo de detalles del pasado remoto, razón por la cual nuestro relato solo parece alcanzar complejidad a medida que nos acercamos a nuestro propio tiempo.

• Época del Plioceno (de 5,3 a 1,8 millones de años atrás)

Al comienzo del Plioceno el antepasado común de humanos y chimpancés vaga por la sabana. Nuestros antepasados bípedos empiezan a surgir hace entre cinco y tres millones de años.

Hace unos dos millones de años, se inicia la edad de hielo más reciente. Los periodos interglaciales duran entre 60.000 y 100.000 años, y tardan diez mil años en asentarse (de nuevo, no se dispone de detalles de este tipo para el pasado remoto). En el apogeo de esta edad de hielo, este cubre tres veces más superficie del globo que en la actualidad. El nivel del mar desciende hasta 130 metros. Los periodos interglaciales de esta edad de hielo actual podrían ser un efecto del Himalaya, que actúa como barrera para la circulación atmosférica. De forma alternativa, se conjetura que estos periodos interglaciales son en buena parte resultado de ligeros cambios en la órbita y eje terrestres más que, como lo fue en el pasado remoto, el cambio de temperatura del Sol o del efecto invernadero.

• Época del Pleistoceno (de 1,8 millones de años a 11.800 años atrás)

Las grandes placas de hielo avanzan y se retiran repetidas veces por Norteamérica y Eurasia, en algunos lugares alcanzando el paralelo 40, hasta Denver o Madrid. La temperatura varía mucho durante los últimos 900.000 años. Siempre hace más frío que en la actualidad, a veces muchísimo más. Las praderas retroceden y hay desiertos fríos y secos. El periodo glacial más reciente empieza hace unos 70.000 años y alcanza su pico helado hace 21.000 años.

• Época del Holoceno (de 11.800 años atrás al presente)

Al comienzo de esta época, el clima se hace más cálido. La humanidad empieza a dedicarse a la agricultura por primera vez.

Todavía estamos saliendo del último periodo glacial, lo que explica en parte por qué se están derritiendo el casquete de hielo del Polo Norte, el hielo de Groenlandia y los glaciares alpinos. Pero hay un consenso generalizado acerca de que se están derritiendo mucho más deprisa de lo debido a causa de la influencia de la humanidad.

En la actualidad hay 1,8 millones de especies conocidas para la ciencia y hay millones de especies de microorganismos todavía sin nombre. Las especies que viven hoy son una fracción muy diminuta de todas las que han vivido alguna vez.

La humanidad ha surgido por casualidad de la vastedad del tiempo remoto y la multiplicidad de las formas de vida en evolución. En este sentido, el relato de la complejidad que se va desplegando en el universo no trata en absoluto de nosotros. Así pues, ¿hemos perdido nuestro camino entre la diversidad de la naturaleza? ¿Nos encontramos sin dirección ni privilegio? No enteramente, o al menos todavía no. Somos la primera especie conocida que posee la facultad de describir el mundo del que formamos parte. Eso nos haría parecer, sin duda, muy privilegiados.

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Dentro y fuera de África

Supe a primera vista que lo que tenía en mis manos no era un cerebro de antropoide ordinario. Allí, en arena endurecida con cal, estaba la réplica de un cerebro tres veces mayor que el de un babuino y considerablemente más grande que el de cualquier chimpancé adulto.¹

RAIMOND DART en 1925, al sostener por primera vez

el cráneo del que más tarde se denominaría

Australopithecus africanus.

¿Existe alguna razón para suponer que un relato de complejidad creciente deba centrar nuestra atención en los humanos? ¿Por qué no en otras formas de vida —bacterias, por ejemplo— y por qué incluso en las formas de vida? Percibimos de manera instintiva que el universo ha hecho evolucionar estructuras cada vez más complejas, pero probarlo no es fácil. Como ha observado el físico Eric Chasson, «la mala hierba más primitiva [...] es seguramente más compleja que la nebulosa más intrincada de la Vía Láctea». Pero aunque sospechemos que es cierto, es difícil precisar por qué. Chasson ha ideado un modo de organizar una jerarquía de la complejidad basado en la cantidad de energía procesada por un sistema determinado en relación con su tamaño, sea una mala hierba o una galaxia. Como era de sospechar, las malas hierbas procesan más energía en relación con su tamaño que las galaxias. Tales estrategias permiten creer que los cerebros son las estructuras más complejas del universo, al menos de las que conocemos. Incluso existen razones para suponer que el cerebro humano —una red de unos 100.000 millones de neuronas en la que cada una está conectada al menos con otras 10.000— es el más grande o casi el más grande de todos los organismos vivos en relación con el tamaño corporal, si bien, en sentido estricto, siguiendo este criterio el laurel debería corresponderle a la musaraña.

El hecho es que este relato existe porque los humanos lo estamos contando. Tenemos que pensar para describir el mundo, y los pensamientos pertenecen a la mente, que como materialistas creemos que es una propiedad emergente del cerebro. Si el cerebro es una parte inextricable del relato de la complejidad que se va desplegando, puede que resulte justificado ocuparnos del aumento del tamaño cerebral en nuestros antepasados antropoides. Como copernicanos, queremos creer que hay otros muchos narradores ahí fuera contando un relato similar.

Todo lo que queda de nuestros antepasados humanoides es un conjunto modesto de huesos fosilizados. La mayoría de estos pocos miles de especímenes son fragmentos y solo rara vez un cráneo o un esqueleto completos. Y de estos pocos miles solo con unos cuantos cientos los paleoantropólogos² han construido un relato de la descendencia humana. Por irónico que resulte, debido precisamente a la escasez de pruebas físicas en las que basarse, son el ingenio y la imaginación, junto con una enorme dosis de especulación, los que propulsan la investigación en este campo relativamente nuevo de investigación científica.³

Los paleoantropólogos muestran un interés especial no solo por los fósiles de los cráneos o partes de los cráneos, sino también de la pelvis y partes de la pelvis. Estos fósiles cuentan el relato del tamaño cerebral creciente y del bipedismo.

Las lagunas del registro fósil resultan más patentes y debilitadoras ahora que nuestro foco de atención se reduce a las pocas decenas de millones de años que siguen el desarrollo de los humanos desde los primeros primates. En las últimas décadas se han complementado las pruebas fósiles con pruebas de ADN que están empezando a rellenar algunos huecos. Dichas pruebas de ADN no suelen ser recuperables de los fósiles⁴ y, por tanto, de momento sabemos más de nuestra relación con otras especies vivas⁵ que con las muchas especies antropoides que solo sobrevivieron como huesos fosilizados o de las que no quedó nada. Pero esta situación está cambiando. En 2006, en el noreste de España, se descubrió la primera médula ósea fosilizada, conservada en los huesos fosilizados de ranas y salamandras con una antigüedad de diez millones de años. Los huesos no siempre se petrifican por completo en el proceso de fosilización y en casos muy raros, como este, puede conservarse tejido blando dentro del hueso parcialmente petrificado. Cabe concebir que se puedan realizar hallazgos semejantes al reexaminar las colecciones existentes, aunque es probable que los conservadores se muestren reacios a permitir que se abran sus raros artefactos ante la insólita probabilidad de efectuar un descubrimiento aún más raro.

Utilizando las diversas técnicas disponibles, el relato prosigue narrando que en determinado momento hace entre 100 y 65 millones de años, un primate semejante a un lémur evolucionó de sus antepasados insectívoros. Hace unos 25 millones de años, este antepasado del lémur empezó a diversificarse en los simios: los monos del Viejo Mundo (o cercopitécidos), los monos del Nuevo Mundo (o platirrinos) y los hominoideos. Los humanos, finalmente, descienden de la última rama: los hominoideos.

Hace unos 19 millones de años, los hominoideos habían divergido en dos grandes grupos: los grandes simios y los simios menores; el gibón, por ejemplo, es un simio menor. En un tiempo hubo docenas de hominoideos; después se diversificaron y una rama son los grandes simios africanos y asiáticos, así como sus parientes extinguidos, llamados colectivamente «homínidos». El orangután es el único superviviente de los grandes simios asiáticos. Las pruebas moleculares sugieren que se diversificó de un antepasado común con los hominoideos africanos hace entre 12 y 16 millones de años. Las pruebas fósiles no pueden ayudarnos aquí porque el registro fósil desaparece de África hace unos 16 millones de años y no se recupera hasta hace cinco o seis millones de años. Entretanto, aparecen fósiles de grandes simios en Europa y Asia. Se asume que los grandes simios continuaron evolucionando en África y que quizá el suelo ácido de las selvas tropicales lluviosas no era un entorno adecuado para la formación de fósiles. Una propuesta alternativa mucho menos popular es que los grandes simios abandonaron África para evolucionar más en Europa y Asia antes de regresar al punto de partida, donde continuó el relato. Pasara lo que pasase, todos los fósiles de homínidos cuya fecha corresponde a los últimos millones de años se han encontrado en África, señalando allí nuestro origen, como Darwin había sospechado.

Los grandes simios africanos solo tuvieron tres descendientes que sobrevivieron: los chimpancés, los gorilas y los humanos, un grupo (incluidos sus muchos parientes extintos) que recibe el nombre de «homíninos». Existen dos especies supervivientes de chimpancés: Pan troglodytes, el chimpancé común, y Pan paniscus, conocido como bonobo (o arcaicamente como chimpancé pigmeo). Por desgracia, no hay pruebas de chimpancés en el registro fósil.

La biología molecular nos dice que los humanos y los gorilas divergieron hace entre ocho y seis millones de años, y los humanos y los chimpancés, hace unos cinco millones de años.⁶ Los muchos antepasados bípedos extinguidos que divergieron de los antepasados de los gorilas y los chimpancés se denominan «homininos».*

Los humanos son los únicos supervivientes del género Homo. También son los únicos supervivientes de la especie Homo sapiens y los únicos miembros de la subespecie Homo sapiens sapiens. En algunos relatos, los neandertales son la subespecie Homo sapiens neanderthalensis, pero quizá resulte más convincente el argumento que los declara una especie separada, Homo neanderthalensis.

Para desarmar este juego de muñecas rusas, el paleoantropólogo debe decidir de algún modo si un fósil se asemeja más a un simio (por lo que se entiende que se parece más a un chimpancé o un gorila) que a un humano, y a veces se antoja que estas distinciones están hechas con cierta arbitrariedad. La similitud entre hombre y simio probablemente siempre había resultado evidente cuando ambos se encontraban. Cuando la reina Victoria visitó a Jenny, un orangután que se exhibía en Londres en 1839, anotó en su diario que la criatura era «aterradora y dolorosa y desagradablemente humana». A lo mejor Jenny sintió el mismo asombro. La reina reconoció un temor que ni siquiera podía disipar la idea predarwiniana de que las especies son fijas y se crearon de manera independiente. Para una reina, cuya misma existencia depende de que se crea en la superioridad del nacimiento, la cercanía que le repelía tiene que haber resultado de lo más desconcertante. Darwin también visitó a Jenny y tuvo una experiencia diferente, escribiendo en su diario, con términos francamente antropomórficos, que estaba llena de la alegría de un niño travieso. «El hombre, en su arrogancia, se cree una gran obra [...]. Creo que es más humilde, y yo creo que también lo justo, considerarlo creado de los animales». Esta respuesta al impacto visceral de hallarse en presencia de un primo distante fue anotada veinte días antes de la publicación de su teoría sobre la evolución.

No es posible declarar de manera categórica que los antepasados homininos más antiguos se encuentren entre los pocos aspirantes conocidos. Los fósiles de Sahelanthropus tchadensis datan de hace siete millones de años. Algunas autoridades lo citan como el antepasado conocido más antiguo del género Homo, pero se basan en la asunción de que los chimpancés y los humanos divergieron hace más de siete millones de años y no hace cinco millones de años, como podría sugerir el análisis molecular. Si se acepta la fecha más reciente, la especie Sahelanthropus tchadensis podría muy bien estar en la rama que descendió hasta los chimpancés y no hasta los humanos. De modo similar, un fósil de Ardipithecus ramidus kadabba, cuya datación le otorga una antigüedad entre 5,8 y 5,2 millones de años, probablemente se encuentra en la rama del chimpancé y no en la humana. Un caso parecido es el del Orrorin tugenensis, otro ejemplo de un antepasado hominino que puede que corresponda más a la rama del chimpancé o del gorila. El Orrorin tugenensis vivió hace entre 6,1 y 5,8 millones de años.

Hay un consenso más generalizado acerca de que los humanos se encuentran en alguna rama que descendió de un género de homininos llamado Australopithecus. Los australopitecos aparecieron por vez primera hace unos cuatro millones de años.

Pero hay dos tipos de Australopithecus: los relativamente esbeltos (los antropólogos utilizan el término «gráciles») que quizá estuvieran muy relacionados con los que fueran nuestros antepasados directos, y los más robustos, los parántropos (miembros del género Paranthropus), con sus grandes molares para masticar alimentos vegetales, que se dividieron de los gráciles hace unos 2,7 millones de años y desaparecieron transcurrido algo más de medio millón de años, mucho después de que los humanos hubieran surgido de forma paralela.

Un género de australopitecinos llamado Australopithecus afarensis parece haber vivido hace entre cuatro y tres millones de años y evolucionó en varios otros homininos. La más famosa Australopithecus afarensis es Lucy, también conocida como AL288-1. Fue descubierta en 1974 en Etiopía y sus huesos fosilizados tienen una antigüedad de 3,18 millones de años. Su capacidad cerebral era de 380 a 430 mililitros, entre un cuarto y un tercio del tamaño de un cerebro humano.

El Australopithecus africanus presentaba una altura aproximada de 1,2 metros y según las pruebas de huesos pélvicos y dientes, parece que tenía más apariencia humana que de mono, con un cerebro del tamaño más o menos de un chimpancé, y más grande, con 485 mililitros, que el de A. afarensis. Se desconoce el linaje de los A. africanus, así como en qué evolucionaron, pero se sabe que existían cuando la especie A. afarensis estaba desapareciendo, y ellos mismos desaparecieron hace 2,5 millones de años.

Hace entre 2,5 y 1,5 millones de años había al menos cinco especies de Australopithecus y Paranthropus coexistiendo en África, pero se piensa que ninguna desempeñó un papel directo en la evolución del género Homo. Se piensa que los humanos no han descendido directamente de ninguno de estos homininos extinguidos. Todos fueron formas transitorias y existen demasiadas lagunas en el registro fósil para realizar cualquier otra aseveración que no sea demasiado especulativa. Lo más que cabe rastrear es un parentesco distante, no una descendencia directa. Todo lo que se puede afirmar es que hace unos dos millones de años algún género de hominino, cuya existencia precisa casi con seguridad permanecerá oculta para nosotros por siempre, evolucionó hacia el género que llamamos Homo.

Podría decirse que la primera especie conocida del género Homo es Homo habilis, cuyo nombre se lo adjudicó el arqueólogo keniano Louis Leakey (1903-1972) en 1964. Su tamaño cerebral medio se encontraba entre los 590 y los 650 mililitros, algo mayor que los cerebros de los australopitecinos. Se piensa que surgió hace unos 2,2 millones de años. Se han encontrado útiles de piedra alrededor de los restos de Homo habilis (aunque el uso de dichas herramientas no es únicamente característico del género Homo y es previo incluso al Homo habilis en al menos 300.000 años). En otros aspectos, Homo habilis es la especie que presenta menor apariencia humana de todas las antiguas especies de Homo, y autoridades como el paleontólogo keniano Richard Leakey (n. 1944- ) lo excluyen del género Homo (debido a su pequeño tamaño, brazos desproporcionadamente largos y otras características no humanas). Para ellos se denomina Australopithecus habilis.

Para añadir confusión, Homo rudolfensis puede ser una especie anterior del género Homo (aunque la atribución es muy discutida) y de la que desciende la especie Homo habilis. A los Homo rudolfensis se les dio nombre en virtud de un único cráneo y al principio se pensó que eran ejemplares de Homo habilis. En 2007, el antropólogo Timothy Bromage rectificó su capacidad cerebral relativamente grande de 752 mililitros a 526 mililitros.

La escasez del registro fósil ilustra la fragilidad de construir algo en este campo con lo que pueda contarse como prueba científica. No se trata de mala ciencia, sino de una rama científica que lucha por sacar el mayor partido a las pocas pruebas que existan. Se ha afirmado, quizá de manera apócrifa, que algunos fragmentos óseos se han dispuesto en todas las permutaciones posibles de descendencia a fin de reforzar diferentes teorías. El paleoantropólogo John Reader ha observado con ironía: «Es notable con cuánta frecuencia las primeras interpretaciones de nuevas pruebas han confirmado las concepciones previas de su descubridor», lo que podría tomarse como una prueba en apoyo de la observación de Nietzsche de que toda teoría es una confesión privada. Hasta hace muy poco, los fósiles y las herramientas líticas eran el único modo que teníamos de datar nuestro pasado evolutivo, pero ahora los análisis de ADN están ayudando a afianzar las descripciones científicas del pasado arqueológico.

La especie Homo ergaster surgió hace unos 1,9 millones de años. Hay consenso general en que, en este caso al menos, se trata de una especie que pertenece sin duda al género Homo. Tenía un cerebro de unos 1.000 mililitros, más del doble del tamaño del de los A. africanus, y su apariencia era bastante semejante a la nuestra. Esto no significa que fuera un antepasado directo, pero lo que sí sabemos es que en el espacio de un millón de años o menos, el tamaño cerebral de algunos homínidos se había duplicado, como poco. Los Homo ergaster ya habían desaparecido, tal vez pasando a la especie Homo erectus, hace 1,4 millones de años.

La datación del esqueleto del Niño de Turkana, descubierto en el lago Turkana de Kenia en 1984, le otorga una antigüedad de 1,6 millones de años y a veces se le clasifica como Homo ergaster y otras, como Homo erectus. El esqueleto corresponde a un niño de once o doce años que tenía una altura de 1,60 metros cuando murió. Se piensa que, si hubiera vivido más, podría haber crecido hasta 1,85 metros.

El Homo erectus se solapó con el Homo ergaster y le sobrevivió, dominando la Tierra durante millones de años (puede que el Homo erectus fuera en lo que evolucionó el Homo ergaster). Hace unos 1,5 millones de años, el Homo erectus abandona África y se extiende por todo el mundo. Entre los especímenes fosilizados famosos del Homo erectus se encuentran el Hombre de Java, descubierto en Indonesia, y el Hombre de Pekín, descubierto en China. Sin embargo, desde la década de 1990 se ha puesto en duda incluso esta teoría.

Los primeros fósiles de especies pertenecientes al género Homo comienzan a encontrarse a lo largo de Eurasia: en Indonesia, Georgia y España, por ejemplo. Algunos de estos fósiles parecen predatar a los del Homo erectus. Si esta parte del relato africano se sostiene, hubo especies africanas pertenecientes al género Homo que se marcharon antes de lo que se pensaba; de lo contrario, necesitamos un nuevo relato. Para muchos científicos, Eurasia está reemplazando a África como nuevo punto caliente donde floreció la primera evolución humana.

Sin embargo, hace unos 350.000 años, el relato regresa a África, donde surge una nueva especie perteneciente al género Homo, llamada Homo heidelbergensis. Algún tiempo después, parte de la población migra y evoluciona en la especie Homo neanderthalensis, conocida popularmente como «los neandertales». Algunas autoridades en la materia denominan a los neandertales Homo sapiens neanderthalensis,⁷ pero en 1997 las pruebas sugirieron que los neandertales eran genéticamente muy distintos de los humanos y, por tanto, no parecen ser la misma especie ni tampoco antepasados directos.⁸

Hace entre 150.000 y 200.000 años, el relato vuelve a regresar a África, donde una población de alguna especie desconocida del género Homo evoluciona en Homo sapiens. Los restos fosilizados más antiguos se piensa que tienen entre 130.000 y 195.000 años y se denominan «restos de Omo», por el río Omo de Etiopía donde fueron encontrados. Hay varios hallazgos de restos humanos en Oriente Medio que datan de hace 100.000 años, pero esas poblaciones parecen haber muerto o regresado a África. Los siguientes restos fósiles más antiguos de un humano moderno se encontraron en Mungo, Australia, y datan de hace solo 42.000 años.

Los paleoantropólogos nos dicen que la humanidad surgió de África, y sin duda todos los especímenes fosilizados más antiguos de humanos modernos se han encontrado en ese continente. Los biólogos moleculares ayudan a confirmar este relato. En cada célula portamos dos tipos de ADN. Está el ADN contenido en el núcleo y está un ADN distinto llamado «mitocondrial», que se encuentra fuera del núcleo. Lo crucial es que el ADN mitocondrial permanece invariable, salvo por mutación genética, de una generación a otra. A diferencia del ADN proveniente del núcleo, que se divide en dos de una generación a la siguiente, el mitocondrial se hereda casi por entero de la madre. Calculando cuánta deriva mutacional ha ocurrido a lo largo del ADN mitocondrial de la población mundial, ha sido posible, deduciendo qué partes del mundo han heredado determinadas mutaciones en su ADN mitocondrial, dividir dicha población mundial en una serie de clanes maternos. Del mismo modo que los hermanos que comparten madre pertenecen al clan de esa madre, podemos conectar a todos los primos que comparten abuela y a todos los descendientes que comparten bisabuela, y así sucesivamente. Los 6.600 millones de habitantes del mundo pueden ordenarse en solo 33 clanes maternos, de los que 13 están en África. Y, asimismo, estos clanes convergen en un único clan y una única madre que vivió en África hace unos 150.000 años.

La deriva del ADN nuclear también tiene algo que añadir al relato. Aunque los humanos están estrechamente relacionados con los gorilas y los chimpancés, una comparación efectuada entre estos diferentes homínidos revela una diferencia sorprendente. Como poblaciones separadas, los gorilas y los chimpancés no son diversos geográficamente, pero sí genéticamente. No obstante, los humanos, que se han esparcido a lo largo del globo, están genéticamente muy relacionados entre sí. La única conclusión parece ser que todos nuestros antepasados desaparecieron, salvo un único grupo del que todos los humanos vivos hoy somos descendientes. Este único grupo no era mayor que unos cuantos cientos de personas que vivían en una sola región del mundo hace unos 50.000 años, tal vez incluso antes. Se piensa que este grupo vivió en África oriental, se marchó junto y emigró al noreste, delta del Nilo arriba y al otro lado o, lo que resulta más polémico, atajando por el mar Rojo. Hace 50.000 años el mar Rojo era 70 metros menos profundo que en la actualidad y también era más estrecho. Este pequeño grupo prosperó, y sus descendientes poblaron el resto del mundo durante un periodo de unas cuantas decenas de miles de años, reemplazando a las otras especies del género Homo que se encontraron en vez de reproducirse con ellas. El problema de esta teoría, aunque es la que concita mayor aceptación de las modernas, es que no es capaz de explicar el descubrimiento reciente de que hay población aborigen viva en la actualidad con un claro ADN que muestra que no tienen el antepasado común compartido por el resto del mundo.

Solo en los últimos 40.000 años, en un proceso que ha durado quince mil años, el ser humano moderno se extendió hasta la lejana región que ahora llamamos Europa, llegando desde Levante o, lo que es más polémico, desde India.⁹ Parece que los humanos poblaron Australia mucho antes de alcanzar Europa. La idea de un primer asentamiento en Australia se sostiene por la repentina y misteriosa desaparición de todos los animales que había allí con un peso superior a 100 kilogramos hace unos 50.000 años. Los plácidos grandes mamíferos habrían sido blancos fáciles para los cazadores. No existen pruebas reales de que la humanidad fuera la causa de estas extinciones, pero siempre ha habido humanos alrededor cuando se han producido estas extinciones en masa a lo largo del globo. América recibió a sus primeros visitantes humanos justo hace once mil años,¹⁰ coincidiendo con la abrupta desaparición del 70 % de todos los grandes mamíferos en Norteamérica. Después de 33,7 millones de años de existencia, el tigre de dientes de sable desaparece hace unos nueve mil años. Tras cuatro millones de años de existencia, el mastodonte desaparece hace diez mil años. El alce irlandés apareció por primera vez hace unos 400.000 años y se extingue hace ocho mil años. El mamut, que vivió en el Pleistoceno hace 4.800 millones de años, desaparece hace tan solo 4.500 años.

Se desconoce por qué prosperó esta pequeña banda de Homo sapiens que dejó África hace 50.000 años y cómo reemplazó a las restantes especies del género Homo. No hay pruebas de que se empleara la violencia, aunque nuestra naturaleza actual sin duda la convierte en una hipótesis de bastante peso. Una explicación, que su misma progenitora, la psicóloga estadounidense Judith Rich Harris (n. 1938- ) presenta como una mera suposición, es que los Homo sapiens cazaran a los Homo neanderthalensis y se los comieran, tomando sus cuerpos más peludos como confirmación de que eran animales.¹¹ El problema es que sabemos menos acerca del primer Homo sapiens de lo que sabemos acerca de algunas otras especies del género Homo, y sin duda de lo que sabemos acerca de los neandertales. Por ahora, el consenso de la opinión científica establece a la especie Homo neanderthalensis como la última del género Homo que se solapa con la especie humana. Hace unos años se sugirió que el Homo floresiensis es más reciente y vivió junto al Homo sapiens en fecha tan cercana como hace doce mil años. Como el acceso a las pruebas se ha visto rodeado de polémica, esta atribución resulta más discutible de lo que es la norma incluso en este campo. El argumento en contra es que la prueba fósil no es de una especie separada, sino que evidencia enanismo o enfermedad. La población más reciente de neandertales que conocemos vivió en la costa meridional de Gibraltar y desapareció hace unos 30.000 años.

Si el aumento del tamaño cerebral es prueba de que está evolucionando mayor complejidad en el universo, los neandertales constituyeron la cima de la creación hasta ese momento, o al menos entre los productos de la creación que conocemos, puesto que eran los que tenían los cerebros más grandes de todas las especies del género Homo conocidas hasta la fecha. También se piensa que los neandertales eran más fuertes que nosotros.

Pero el tamaño cerebral y la fortaleza tal vez no hayan bastado. La naturaleza no selecciona al más cerebral, sino al más apto. Tampoco más apto significa más fuerte, sino más capaz de adaptarse al entorno que habita. El psicólogo británico Nicholas Humphrey (n. 1943- ) ha escrito sobre una especie de monos, algunos de los cuales son lo bastante inteligentes para lograr abrir una nuez que es particularmente difícil de cascar. Por desgracia, el fruto del interior resulta que es venenoso. En este caso, los monos más aptos de esa población son los que no tienen la inteligencia necesaria para idear cómo hacerse con el fruto del interior.

Muchos cambios culturales significativos parecen haber sucedido a la población humana al mismo tiempo que el último éxodo africano o poco después. El enterramiento ritual y la ingesta de pescado parecen haber sido algunos de los primeros denominados «universales culturales», algo compartido por todas las tribus humanas pero no con ninguna otra especie. Incluso cuando los neandertales vivían cerca de ricas fuentes de peces, no hay pruebas de que los comieran. El enterramiento ritual y la ingesta de pescado parecen haber surgido hace más de 110.000 años en el Levante mediterráneo. El arte es otro universal cultural. Las excavaciones de 1991 en la cueva de Blombos en Sudáfrica han desenterrado cuentas talladas hechas de conchas. Con unos 75.000 años, son los ejemplos de arte¹² más antiguos encontrados hasta ahora. Las pinturas rupestres son más difíciles de fechar. Aunque algunas pueden alcanzar los 50.000 años de antigüedad, la más antigua que se ha fechado de manera definitiva tiene 32.000 años y se encuentra en Francia.

El primer uso de útiles y herramientas, que son de piedra, por parte de los humanos no se puede diferenciar del que hacen los neandertales hasta hace unos 50.000 años. De hecho, el uso de herramientas había permanecido invariable durante un par de millones de años, hasta que de repente, hace unos 50.000 años, se alcanza un mayor desarrollo tecnológico. También comienzan a aparecer herramientas fabricadas con hueso y cuerno.¹³ Es posible que el lenguaje empezara a desarrollarse en los humanos en este tiempo, aunque, como es natural, existen diferentes teorías, algunas de las cuales sostienen que hubo un cambio gradual durante un lapso de tiempo mucho más largo (tal vez incluso millones de años). No hay consenso acerca de si los neandertales poseían la facultad de hablar.

Durante las decenas de miles de años siguientes, los humanos modernos fueron desarrollando otros universales culturales: la religión, la música, las bromas, el tabú del incesto y la cocina,¹⁴ por ejemplo. El conflicto estratégico que denominamos «guerra» dio lugar al conflicto estratégico que denominamos «juegos» (o viceversa).

La civilización parece haber empezado en el Mediterráneo y, en particular, en el Levante. La tribu de Kebara de cazadores y recolectores nómadas, los primeros humanos modernos desde el punto de vista anatómico, vivió allí desde en torno al año 18.000 hasta el año 10.000 a. C. y fueron sucedidos por el pueblo natufiano.

Hace unos doce mil años, el clima cambió, y la cultura humana se modificó para siempre. En diversos lugares, pero tal vez primero entre ese pueblo natufiano, el clima más templado permitió que comenzara la agricultura. Se cultivaron cereales y se domesticaron animales. Esta fue la primera vez que una especie empezó a controlar el entorno y el ecosistema. La humanidad seleccionó solo unas cuantas plantas y animales, y se puso a cambiar el mundo para siempre.

13

Estamos aquí

Dulce es el saber que la Naturaleza ofrece;

Nuestro entrometido intelecto

Desfigura las hermosas formas de las cosas:

Asesinamos para disecar.

Basta de ciencia y de Arte;

Cierra estas áridas hojas;

Sal fuera y lleva contigo un corazón

Que observa y que recibe.

WILLIAM WORDSWORTH,

«Cambio de tornas»

Y el resto es historia.

La historia llega a su fin cuando se encuentra con el presente, el punto en el que el relato se reúne con el narrador. El ahora, ese eje a cuyo alrededor oscilan el pasado y el futuro, es donde nos hallamos. Sin embargo, las leyes de la naturaleza describen un universo indiferenciado en pasado y futuro. En lo que al destino del universo se refiere, es difícil evitar la conclusión de que, si la raza humana desapareciera mañana, nada cambiaría. James Lovelock ha predicho que miles de millones de humanos ya habrán muerto al final del siglo como resultado directo del calentamiento global, y que Gaia muy bien puede encontrar un nuevo equilibrio para el planeta que excluya la vida humana. El biólogo estadounidense Jared Diamond (n. 1937- ) nos recuerda que en la historia todas las sociedades que han destrozado sus entornos se han extinguido, y cita ejemplos de civilizaciones que otrora florecieron en la isla de Pascua y en Groenlandia. En un lapso de unos cientos de millones de años, los continentes se habrán aglutinado, como lo han hecho muchas veces antes. En 1.000 millones de años el Sol será un 10 % más brillante que ahora. En 3.000 millones de años el núcleo de hierro de la Tierra se habrá solidificado. En 5.000 millones de años el Sol habrá agotado su hidrógeno y se convertirá en una gigante roja. En un lapso de miles de millones de años nuestra galaxia se habrá unido con la vecina galaxia de Andrómeda. En decenas de miles de millones de años los miles de millones de galaxias que ahora vemos desde nuestra posición ventajosa en la Tierra (que para entonces llevará mucho tiempo siendo un hábitat poco idóneo para la vida) habrán desaparecido más allá del horizonte del universo visible. El cielo nocturno (lo que quiera que signifique para entonces) se irá vaciando gradualmente hasta la completa oscuridad.

El destino a largo plazo del universo lo describen teorías que se encuentran en los límites más lejanos del esfuerzo científico actual. Estas teorías son necesariamente especulativas. Lo que quizá resulta sorprendente es lo divergentes que podrían ser los posibles destinos del universo y lo sensibles que son a cambios insignificantes en un pequeño número de parámetros. Lo que vaya a ser del universo depende en buena medida de cuánta masa y energía oscura haya en él, lo que determina su tasa futura de aceleración (o desaceleración). Se piensa que el resultado más probable será la muerte térmica (o Gran Congelación). Las estrellas se apagan. Las galaxias se desploman en agujeros negros que luego se evaporan lentamente. El universo se convierte en un caldo de radiación que poco a poco se va enfriando hasta el cero absoluto, la temperatura teórica a la que los átomos se acercan a no tener movimiento, tanto como permite el principio de incertidumbre de Heisenberg. Un universo que se inició como radiación a la temperatura más alta posible, una cualidad de su pasado más remoto, terminará como radiación a la temperatura más baja posible, una cualidad de su futuro más distante. Tal universo estaría dominado por agujeros negros 10⁴⁰ años después del Big Bang, que podrían haberse evaporado todos tras otros 1,7 × 10¹⁰⁶ años. Después de eso llega la Era Oscura, que dura para siempre.

Si la interpretación de los muchos mundos de la física cuántica se sostiene, todos los destinos posibles del universo visible se ponen en práctica. Y si el multiverso existe, y de él surgió nuestra parcela local de universo visible, hay muchos otros universos (tal vez un número infinito) que sobrevivirán a la muerte de este, otros universos en los que las leyes de la naturaleza pueden ser muy diferentes de como son aquí.

Aunque el universo tal como lo describen esas escuetas leyes físicas se nos antoja ajeno a nosotros, podemos dejar nuestra marca en él. El exastrónomo real Martin Rees (n. 1942- ) ha predicho que la humanidad encontrará modos de desgarrar el tejido del espacio-tiempo, de desgarrar el universo. Paradójicamente, si logramos destruir el universo, cabría sostener que nos habremos demostrado a nosotros mismos que, después de todo, sí gozamos de privilegios singulares. Si hubiera por ahí algún anticopernicano, podría afirmar: «Os lo dije». Pero ni siquiera este acto violento es concluyente. La existencia del multiverso supondría que solo hemos conseguido destruir la parcela local que denominamos universo visible. Nuestro acto se reduciría a la total insignificancia. Una vez más, contemplar el universo es encontrarnos en dos polos al mismo tiempo: somos singularmente especiales y somos insignificantes. El método progresa insistiendo en la insignificancia, pero descubre una y otra vez privilegio. Para avanzar, los científicos se ven obligados a encontrar modos cada vez más ingeniosos de restablecer nuestra falta de consecuencia, y el universo responde por su parte rehusándose a renegar de nuestra centralidad. No está claro si el juego llegará a un final. Sin embargo, anhelamos una resolución. Queremos creer que existe alguna respuesta suprema para poner fin a nuestra indagación. Creer que la ciencia llegará a detenerse por completo es ansiar la certeza de un final; es creer que hay leyes de la naturaleza que describen plenamente el universo y que esas leyes pueden descubrirse.

Pero en un plano filosófico hay algo inquietante en aquellas leyes de la naturaleza que están escritas en piedra. ¿Por qué, cuando socava todas las restantes formas de incertidumbre, debe la ciencia creer que las leyes de la naturaleza son eternas? Galileo y Newton creían que Dios creó las leyes de la naturaleza y que la labor de los científicos era desvelar su funcionamiento. En este sentido, el método científico fluía de un sistema de creencia compartido con el monoteísmo: que existe algo inmutable y eterno respecto al universo. Fue John Wheeler, hace unos treinta años, quien comenzó a cuestionar qué entendemos por leyes eternas, y sus ideas vuelven a estar de moda. Se preguntó si en el futuro podríamos descubrir que las leyes mismas de la naturaleza han evolucionado. Lo que denominamos «leyes» podría haber comenzado como algo borroso para evolucionar a través de un proceso de selección natural y terminar deviniendo tal como las encontramos en la actualidad. Y, sin embargo, si las leyes de la naturaleza evolucionan a través de la selección natural, ¿dónde coloca esto a la misma selección natural? ¿Se convierte la selección natural en la ley suprema de la naturaleza? ¿O es algo más, una suerte de inevitabilidad lógica, una consecuencia ineludible, tal vez, de contar un relato? Por ahora son preguntas para los filósofos. Los materialistas pragmáticos se dispondrán a esperar respuestas materiales.

Las leyes eternas no contienen comprensión alguna de lo que significa hablar del presente, del momento que denominamos «ahora». Si las leyes de la naturaleza son en efecto eternas, nuestra experiencia humana del presente ha de ser una ilusión. Un universo de leyes eternas está planteado a la perfección. Todo lo que existe, existe para siempre como una red de fenómenos interconectados e inseparables. Einstein creía que sus teorías de la relatividad describían una realidad así: que el pasado y el futuro existen eternamente y que nuestros yoes no lo reconocen. Un mes antes de su propia muerte, Einstein escribió acerca del fallecimiento reciente de su amigo de toda la vida Michele Besso: «Ahora él ha partido de este mundo extraño un poco antes que yo. Eso no significa nada. Para nosotros, físicos creyentes, la distinción entre pasado, presente y futuro no es más que una ilusión tenazmente persistente». Si esta es la naturaleza de la realidad, cabría afirmar que el tiempo no fluye, solo es. La impresión de la flecha del tiempo es una ilusión de la existencia, una cualidad emergente que experimentamos a la escala del tamaño que da la casualidad que habitamos en el universo, del mismo modo que es una ilusión que el tiempo y el espacio están separados si existe el continuo espacio-tiempo de Einstein.

Si el momento presente no es una ilusión, nos elige para privilegiarnos. Nuestra experiencia del aquí y ahora devuelve la historia al narrador. Para diluir ese privilegio y proporcionar algún consuelo a los copernicanos, hemos de esperar que haya muchos otros narradores en otras partes del universo, esparcidos por el espacio y a través del tiempo, contando el mismo relato. Pero como Enrico Fermi observó una vez, si hay alienígenas, ¿dónde están? ¿Debería preocuparnos que ninguno se haya puesto en contacto, puesto que su existencia es tan a menudo la defensa de los materialistas contra el privilegio humano? Una razón por la que parece que no nos han visitado es la vastedad y densidad extremadamente baja del espacio. Un modelo de ordenador creado por el físico Rasmus Björk en 2007 predice que se tardarían 10.000 millones de años en explorar solo el 4 % del universo, incluso si pudiéramos viajar a una décima parte de la velocidad de la luz, velocidad que está mucho más allá de nuestras capacidades para el futuro previsible y quizá para siempre.

Por el momento, al menos, el relato del mundo material continúa siendo solo el nuestro. Comienza con una descripción de un universo demasiado simple para ser aprehendido de lleno y termina con narradores demasiado complejos para ser descritos por completo. En la balanza colocamos en un platillo el universo en su conjunto y en el otro el cerebro humano que lo concibe. Si hay algo referente a nuestro cerebro que parezca concedernos privilegio en el universo, podríamos preguntarnos si es posible establecer alguna separación significativa entre cerebro y universo. En última instancia, podríamos preguntarnos si es posible establecer alguna separación significativa entre algo. Solo parecemos especiales porque no somos capaces de establecer una separación entre el relato y el narrador. Sin embargo, como copernicanos y materialistas, el relato continúa porque nos planteamos: ¿qué es contar un relato? ¿Y qué apariencia tendrían los otros narradores? ¿Hay algo especial en nuestros cerebros que permite a los humanos encontrar significado en objetos y símbolos, y organizar el pasado y el presente en una concepción del futuro? Si es así, ¿qué es ese algo?

La indagación para comprender el mundo material que nos rodea comenzó probablemente en la Tierra tan pronto como la humanidad cobró conciencia. Así pues, ¿qué entendemos por conciencia?

Durante más de trescientos años, el método científico ha dividido el mundo en cuerpo y alma. La ciencia tomó el cuerpo y dejó la mente y el alma a la religión. En un lado está el mundo de los valores subjetivos, de la estética, la moral y el credo; del otro está la ciencia. «La ciencia obtuvo la mejor parte del trato —afirma el biólogo británico Rupert Sheldrake (n. 1942- )— puesto que se quedó prácticamente con todo.»

Aunque la filosofía del dualismo de Descartes ha mantenido al cuerpo mecánico separado de una mente que no puede ser descrita por leyes físicas, no era su intención llegar a esta rígida separación. Pretendía sostener la singularidad de los humanos en el universo: que solo los humanos poseen este misterioso material mental. Cómo la mente podía interactuar con el cuerpo era un problema que no logró resolver. Creía, erróneamente, que la glándula pineal era un punto de encuentro físico entre esos dos mundos. La concepción cartesiana de la mente concede a los humanos el tipo de privilegio que a los copernicanos les resulta desagradable, pero al renunciar a la mente durante tanto tiempo, la ciencia ha estado en peligro de no lograr explicarla.

El neurobiólogo estadounidense Roger W. Sperry (1913-1994) sostenía que la conciencia es una propiedad emergente, como la propiedad de la «silledad» que es inherente en la silla tal como la vemos en el mundo macroscópico, pero desaparece cuando observamos la silla de cerca. Entornando los ojos, vemos que las moléculas de las que está construida la silla no poseen cualidades que en el mundo más grande reconozcamos que son una silla. Sperry, que fue el primero en describir las funciones separadas de los hemisferios izquierdo y derecho del cerebro, afirmó que la conciencia es así: no es reducible a procesos físicos, sino que surge como consecuencia de una complejidad suficiente en el funcionamiento del cerebro, pero que desaparece si esa complejidad física se rebate.

El método científico ha tratado a la mente y la materia como si pertenecieran a dos mundos separados, pero la íntima conexión entre el cuerpo y la mente está clara para todos los humanos vivos. Nietzsche escribió: «El cuerpo es una gran inteligencia, una multiplicidad con sentido, una guerra y una paz, un rebaño y un pastor [...]. Hay más razón en tu cuerpo que en tu mejor sabiduría». De momento, es en el cerebro y no en el cuerpo en su conjunto donde los científicos han buscado la mente. Investigaciones recientes dirigidas a los estados mentales comienzan a mostrar pruebas de conexión física entre el cerebro y aspectos del mundo que otrora separábamos como pertenecientes al dominio de la mente. La estimulación eléctrica del cerebro puede cambiar (mientras dicha estimulación dura) el sistema de creencias de un individuo; el estudio de los monjes budistas muestra que la meditación cambia las estructuras físicas del cerebro, y en los taxistas londinenses la parte del cerebro relacionada con la memoria es mayor que la de la mayoría de las personas.

Lo que distingue a un cerebro humano del que posee incluso nuestro pariente más cercano, el chimpancé, es su capacidad para establecer conexiones entre las células. Esta maleabilidad nos es peculiar. Ahí, entonces, hay una prueba de que la mente tiene una base material. Sin embargo, algunos científicos han comenzado a preguntarse —si bien se trata de un punto de vista minoritario— si en realidad el mundo es el contenido de la mente y no al contrario. «Yo creo —declara el filósofo cognitivo Donald D. Hoffman— que la conciencia y sus contenidos son todo lo que existe. El espacio-tiempo, la materia y los campos nunca fueron los moradores fundamentales del universo, sino que siempre han estado entre los contenidos más humildes de la conciencia, dependientes de ella para su mera existencia.» El carácter esencial de las cosas materiales, según esta opinión, es que en cierto sentido son una manifestación de la conciencia, punto de vista al que Proust ya había llegado y que desarrolló en su larga novela En busca del tiempo perdido (1909-1922). «Tal vez la inmovilidad de las cosas que nos rodean esté impuesta por nuestra certeza de que son ellas mismas y no otras, por la inmovilidad de nuestras mentes frente a ellas.»

Incluso si asumimos que la mente es una propiedad emergente del cerebro, solo nosotros los humanos entre todas las formas de vida de las que tenemos conocimiento poseemos conexiones neuronales con la complejidad suficiente para que haya surgido un tipo de conciencia que nos permite abarcar el universo. Cabría preguntarse incluso qué significaría el universo si no fuera observado por cerebros tan complejos como los nuestros. «Es imposible que haya una realidad totalmente independiente de la mente que la concibe, la ve o la siente —escribió el matemático francés Henri Poincaré (1854-1912)—. Aunque tal mundo exista, sería completamente inaccesible para nosotros.» Si no hubiera una conciencia comprensora en el universo, la gran actuación, como una vez dijo Schrödinger, se representa ante un patio de butacas vacío. ¿Es la conciencia el universo percatándose de sí mismo por primera vez? Si es así, una vez más coloca el peso del privilegio sobre el cerebro y su cualidad emergente de mente (si eso es, en efecto, lo que asumimos que es la mente). El cerebro pasa a ser primordial en una descripción materialista del universo. Y, sin embargo, no es fácil separar al cerebro incluso del resto del cuerpo físico que lo contiene, conectado como está con el sistema nervioso. Aparentemente, el cuerpo y su entorno son inextricables. La percepción se antoja como una actividad dinámica que no puede desgajarse en partes. En lugar de estar separado de lo que experimentamos, el mismo mundo físico se convierte en parte de la experiencia. Freeman Dyson lo expresa del siguiente modo: «La mente está entretejida en la urdimbre del universo». Nosotros no estamos separados del mundo. El mundo físico es una manifestación del acto de percibirlo.

Si el momento presente de estar leyendo estas palabras es real y no está predicho por las leyes de la naturaleza, cabría tomarlo por una prueba de que el método científico es incompleto y nunca describirá plenamente la naturaleza de la realidad. Los científicos realizan medidas en la creencia de que, si la medida coincide con una predicción efectuada por una teoría, dicha medida es de un mundo de ahí fuera que existe independientemente de nosotros. Mediante la afirmación repetida de esta realidad externa —la marca de la fe de los científicos—, la teoría se enriquece y la medida se refina. La ciencia es una reunión de hechos y percepciones que sigue la pista de su metodología, ilumina lo que llamamos el mundo material y define lo que entendemos por progreso. No se entra en si la ciencia desvela o no la verdad. El éxito se juzga en sus propios términos y se funda en misterios profundos y sin respuesta (¿qué es la energía?, ¿qué es un campo?) que podrían colocarse al lado del tipo de misterios revelados por el artista, el filósofo y el místico. Los materialistas se sienten tentados a mirar al futuro, donde se encuentra un mayor conocimiento;¹ los místicos, al pasado, donde ven mayor sabiduría. Pero Einstein ya advirtió: «La risa de los dioses hace naufragar a quien intente proclamarse juez en el campo de la verdad y el saber». Por fortuna, hay científicos y artistas felices de no «disputar o afirmar, sino solo susurrar resultados a su vecino».² La fe se convierte en dogma cuando hay partes y una de ella insiste en que ve la Verdad no vista por la otra. Y el dogma conduce a la guerra: yo estoy en lo cierto, y tú, equivocado; nosotros somos invencibles, ellos son el enemigo. La fe es «la firme seguridad de lo que esperamos, la convicción de lo que no vemos».³ El dogma es la insistencia en que lo que es invisible está realmente ahí. Un punto de vista alienígena no tendría nada más importante que decirnos que lo que nos conviene a nosotros, tal vez no convenga a otros. «Intentad llevaros bien», les decimos a los niños cuando se pelean, desde una perspectiva que podría no ser tan diferente de la de un alienígena.

La ciencia y la religión han parecido estar en pugna a lo largo de los siglos. La historia de la ciencia se ha visto salpicada por una serie de conflictos con la Iglesia, pero el modo de interpretar dichos conflictos es parcial. Vemos los conflictos a posteriori, desde la perspectiva de lo que ha llegado a ser el método científico. Cuando Copérnico quitó a la Tierra del centro del cosmos, inició un proceso que precisa ser comprendido como los comienzos históricos del método científico, no solo como una reacción ante la Iglesia. Como está incorporado en su metodología, a la ciencia le preocupa la idea del privilegio. Pero desvía la atención de su preocupación al declarar que es realmente un correctivo a una ideología a la que se opone. Es cierto que la Tierra está en el centro del cosmos de Aristóteles, pero la Tierra aristotélica también está en el fondo del montón. Es el lugar al que caen las cosas terrenales, las cosas que contienen el material degradado de la tierra; este es literalmente el lugar de las cosas caídas. En la cosmología adoptada por la Iglesia, la Tierra se hallaba en el centro físico del cosmos, pero no se trataba de un lugar privilegiado. La oposición de la Iglesia al modelo copernicano no fue por temor a degradar a la Tierra. Es el método científico el que iba a equiparar centralidad física con privilegio.

En ese otro gran pulso, Darwin destruyó sin lugar a dudas la noción de que la humanidad se coloca a la cabeza de una gran cadena de seres; pero la noción de que la Tierra y el reino animal existen con objeto de ser explotados por una especie superior está implícita en el método científico, así como en la doctrina judeocristiana. Cabría argüir incluso que la ciencia ha extendido el territorio de explotación para incluir al universo entero. La religión monoteísta y la ciencia se dirigen, una de manera más explícita que la otra, a los pueblos del universo.⁴ La ciencia intenta y logra hacer la vida más cómoda para algunos, pero también facilita el aumento demográfico y solo proporciona parcialmente los medios para sostenerlo, y a un coste cada vez mayor para el planeta. Con el tiempo, la ciencia espera poblar otros planetas del universo. De hecho, no puede tener otra esperanza. La ciencia y la religión alivian el sufrimiento en el mundo, pero también lo aumentan. Si la religión proporciona con frecuencia la razón para la guerra, es la ciencia la que proporciona medios cada vez más sofisticados de matar a la gente.

Cuando nuestro deseo es conquistar el espacio, ¿cuál otra puede ser la naturaleza de este deseo más que sojuzgar? La naturaleza resiste nuestros intentos de descubrir sus secretos. Se requieren vastas cantidades de energía para alcanzar el espacio exterior, y se necesitan también grandes cantidades de energía para romper la barrera del átomo. Sin oposición, la ciencia y el monoteísmo pretenden vencer a la naturaleza. Pero si queremos librar una guerra contra la naturaleza, no debe sorprendernos descubrir que esta se apresta a la batalla.

No podemos desentrañar el mundo material, ¿y quién querría hacerlo? El materialismo es el relato más grande jamás contado. Pero podemos tratar de precisar qué entendemos por mundo material y cuál es nuestra relación con él. El materialismo es el relato de un universo que está repleto de significado pero que carece de objetivo. Prescindiendo de lo que entendamos por significado, se trata de un fenómeno local que está centrado en nosotros. Nosotros, que somos observadores humanos viviendo el aquí y ahora, vivimos en medio del universo; parece que vivimos a mitad de camino entre lo que podemos ver o entender de las cosas más grandes y de las más pequeñas. Apenas sorprende entonces que el significado se agote en los bordes del universo. Debe hacerlo. Somos nosotros quienes definimos sus bordes. El significado es inextricable de nuestra interacción con el mundo. El significado que es independiente de nosotros carece de sentido. El universo tiene que parecer y significar algo muy diferente contemplado desde la perspectiva, pongamos por caso, de un átomo. Si nos percatáramos del transcurrir más ínfimo del tiempo, podríamos ver evolucionar los procesos nucleares. En el otro extremo del espectro del tiempo, un tipo diferente de conciencia podría ver crecer a las plantas, llegar y marcharse a los planetas, o a las galaxias colisionar y fundirse. Si se antoja que la complejidad está expresada con mayor plenitud en los cuerpos de tamaño medio, puede que solo sea porque pensamos que nos encontramos entre esos cuerpos de tamaño medio. Cuando miramos hacia el horizonte, nos engañamos para creer que nos hallamos en el centro de todo lo que inspeccionamos.

Tratando a nuestro universo de 10⁸⁰ partículas como una máquina para procesar información (medida en dígitos binarios 1 o 0, conocidos como «bits»), se ha calculado que hasta ahora se han procesado 10¹²⁰ bits de información y que quedan otros 10¹²⁰ bits de información por procesar. Como máquina de procesamiento, cabría afirmar que el universo visible está a medio hacer. Por lo demás, vivimos en los últimos días de la creación de estrellas del universo, en los primeros días del largo declive del universo. Los científicos se preocupan por lo que va a ser de la vida humana más allá incluso de la larga existencia del Sol. Pero acaso este sea nuestro tiempo en el universo. Inquietarse por el destino de la humanidad al final de los tiempos es una tapadera para ese temor eterno: nuestra propia mortalidad. No nos preocupamos por los primeros días del universo cuando no existíamos como humanos, del mismo modo que no nos preocupamos por nuestra no existencia cuando todavía no hemos nacido. Así pues, ¿por qué nos agobiamos tanto por lo que será de nosotros en los confines más lejanos del tiempo, si no es por un vano deseo de controlar el destino del mismo universo? Nos intimidaría menos el universo si nos diéramos más cuenta de que dicho universo, tal como lo entendemos, no está separado de nosotros. Por mucho que lo intentemos y aunque lo describamos, somos inseparables del universo. El universo es portátil.

La posibilidad de tener una «dirección postal» en el universo depende de qué entendamos por la palabra «universo», qué entendamos por «el universo» y qué entendamos por «en el universo». Dónde estamos en el universo también depende de qué entendemos por «nosotros». Como seres humanos, nosotros somos yoes separados buscando en un mundo de cosas separadas. «Estoy solo con el latido de mi corazón». Sin embargo, la ciencia es una experiencia colectiva del mundo que hace el nosotros más inclusivo, y aunque también parte de la premisa de que el mundo está compuesto de cosas separadas, avanza unificando esta separación en un universo de inseparabilidad. La ciencia nos dice que hay un nosotros que es descendiente de una única madre que vivió hace 150.000 años. Nuestro ADN nos muestra que hay un nosotros que son todas las cosas vivas que comparten el mismo código de ADN: 3.000 millones de años de vida en evolución. ¿Pero por qué detenernos aquí? Nosotros estamos tejidos —todo lo está— del hidrógeno primordial que llenaba el universo hace unos 14.000 millones de años. Tampoco es preciso quedarnos allí. Nosotros somos —todo lo es— radiación simétrica evolucionada. Y antes de eso, nosotros somos algo que está más allá de lo que antes pueda significar. Yo estoy aquí. Usted está allí. Nosotros somos todo y estamos en todas partes. Ellos son nosotros.

Desear una dirección postal es desear una posición. Pero la noción de privilegio pierde el sentido en un mundo que es todo de una pieza. Muchos científicos no esperan que la ciencia llegue a describir esa totalidad, pero la metodología científica señala al menos hacia la unidad de los fenómenos que denominamos universo. En última instancia, este credo no es muy diferente de la aprehensión directa de la vida que llamamos misticismo o que en otras formas es el objeto de la vida del artista, el filósofo o el teólogo. La ciencia rompe en pedazos la realidad y la coloca en una línea llamada progreso. Para el artista y el místico, la realidad es toda de una pieza, el tiempo es circular y la palabra progreso carece de significado: Picasso no es un avance de Tiziano (ni un retroceso). Pero cualquiera que sea la vía por la que lleguemos a la realidad, todo se reduce a una cuestión de mirar y ver. E incluso si la ciencia llegara un día a describir todo lo que existe, salvo que sea para negar todas las restantes formas de búsqueda de la verdad, la ciencia, el arte, la religión y la filosofía acabarán encontrándose. El astrónomo y físico estadounidense Robert Jastrow (1925-2008) ha predicho que el científico que haya escalado hasta el pico más elevado quizá descubra «cuando supere la roca final [que] es recibido por un grupo de teólogos que llevan siglos allí sentados».

En un mundo moderno obsesionado por la certeza y las cosas eternas, podríamos aprender a vivir en la incertidumbre de un proceso científico inacabable (sin creer necesariamente en un progreso científico inacabable). Queremos creer que las cosas duran para siempre, ya sea el amor, la vida, Dios o las leyes de la naturaleza. Pero la muerte, como Freud nos recuerda continuamente, es el aspecto que tiene la certeza. Acaso lo mejor que cabe esperar es vivir en la incertidumbre tanto tiempo como podamos soportarlo.

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Durante la redacción de este libro he recurrido con frecuencia a la Wikipedia. Tiene sus detractores, pero yo no soy uno de ellos. La encontré siempre precisa y actualizada. He utilizado sitios web demasiado numerosos para enumerarlos todos, pero destacan como excepcionales la gira por las partículas ideada por el Particle Data Group del Lawrence Berkeley National Laboratory (http://particleadventure.org/) y el sitio web de la NASA (www.nasa.gov). Asimismo, tengo una enorme deuda de gratitud con la revista semanal New Scientist.

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Agradecimientos

Este libro tendría más errores de no ser por la generosidad, el consejo y la pericia de Andrew Coleman, Stacey D’Erasmo, Peter Forbes, Meg Giles, Tim Hughes, Kate Jennings, Daniel Kaiser, Gerald McEwen, Hilary Mantel, Graeme Mitchinson, Cynthia O’Neal, Richard Panek, Seth Pybas, Matt Ridley, Steven Rose, Simon Singh, Dava Sobel y Timothy Taylor, que lo leyeron en diferentes estadios de su gestación.

La escritura de esta obra habría sido una experiencia menos placentera, y tal vez nunca se habría llevado a cabo, si no hubiera sido por el aliento de Gillon Aitken, Jason Arbuckle, Thomas Blaikie, Carol Bosiger, Melanie Braverman, Michael Gormley, Courtney Hodell, Sarah Lutyens, Blue Marsden, Kathleen Ollerenshaw, Shabir Pandor, Molly Perdue, Beth Povinelli, Noni Pratt, Sally Randolph, Joyce Ravid, Jana Warchalowski y Cathy Westwood.

Estoy en deuda para siempre con mi agente Michael Carlisle.

El proceso de publicación mejoró mucho por las contribuciones de Stephen Appleby, Ethan Bassoff, Tess Callaway, Tim Duggan, Sue Freestone, Caroline Gascoigne, Eddie Mizzi, James Nightingale, Susan Sandon y Michael Schellenberg.

Este libro no existiría sin el amor y apoyo de Jane Haynes, James Lecesne, Peter Parker y Salley Vickers. Y, por supuesto, este libro no existiría si no fuera por mi madre, a quien va dedicado.

Notas

1. Orientación

1. Ha habido mucha especulación acerca de las opiniones religiosas de Einstein. Parece que no creía en un Dios personal, pero tal vez el mejor modo de comprender sus puntos de vista sea recurriendo a lo que dijo realmente. La palabra «Dios» salpica todos sus escritos.

2. Se ha sugerido que se podría reducir el calentamiento global inyectando dióxido de azufre en la parte superior de la atmósfera o bombeando agua fría desde el fondo del océano a la superficie.

3. Sybille Bedford (1911-2006), novelista inglesa de origen alemán, Legado (1956).

4. En realidad, todavía queda mucha ciencia que se puede hacer en un cobertizo, pero la persecución de las leyes del universo se ha vuelto cara.

5. Educar: de las palabras latinas e («de») y ducere («dirigir»).

6. Como Gwendolen en La importancia de llamarse Ernesto (1895): «Ah, eso es evidentemente una especulación metafísica y, como la mayoría de las especulaciones metafísicas, tiene muy poca relación con todos los hechos efectivos de la vida real, tal como los conocemos».

7. New Scientist, 23 de septiembre de 2006.

8. Crisis: momento decisivo, tiempo de aflicción. Del griego krinein, «decidir».

2. 26 grados de separación

1. En el este de Kentucky, al parecer, la distancia hasta el horizonte se denomina see («vista»), lo lejos que el ojo es capaz de ver.

2. Los planetas son los cuerpos astronómicos del sistema solar que giran alrededor del Sol y poseen una masa suficiente para haberse convertido en objetos redondeados por la fuerza de su propia gravedad. Nuestra luna contaría como planeta si no se hallara bajo la influencia gravitatoria de la Tierra. Un planeta enano tiene la masa necesaria para ser redondeado por la gravedad, pero no la suficiente para haber limpiado la zona de pequeños cuerpos irregulares de menor tamaño que los planetas, que se denominan simple y llanamente cuerpos pequeños del sistema solar.

3. Un billón es un millón de millones. Los astrónomos están acostumbrados a separar lo inmenso de lo inmensísimo. Un cambio de unidad de medida suele servir de ayuda. En la vida cotidiana empleamos a menudo «un millón» para decir «mucho» o describimos una rara ocurrencia como «una entre un millón». Los científicos, en particular los cosmólogos, tienden a utilizar el billón de modo bastante similar. Con frecuencia es su forma de decir «mucho» cuando se carece de información más precisa. Resulta sorprendente la frecuencia con la que un billón es la respuesta a preguntas cosmológicas.

4. La luz de la supernova de Kepler ha tardado varios cientos de años más en llegar hasta nosotros y en la actualidad vemos que la fuente ya no es tan brillante. El gran brillo que contemplaron Kepler y otros observadores solo duró unas semanas.

5. Debe su nombre al filántropo estadounidense y ex director ejecutivo de General Motors Alfred P. Sloan jr. (1875-1966).

3. Medida por medida

1. El obispo y filósofo irlandés Berkeley (1685-1753) se preguntó si cabía afirmar que existía un árbol que no se hubiera observado. En respuesta, el inteligente crítico, ensayista y lexicógrafo inglés Samuel Johnson (1709-1784) dijo: «Yo lo rebato de este modo», y dio una patada a una roca.

2. La Tierra no es una esfera perfecta, por lo que la distancia sería ligeramente diferente si se eligiera otra ruta directa que no pasara por París.

3. Los filósofos que, como Heráclito, llegaron antes que Sócrates (c. 470-389 a. C.).

4. En la introducción a Who Is That Can Tell Me Who I Am? de James Haynes (2007).

5. Marcel Proust, En busca del tiempo perdido (1909-1922).

6. Thomas Mann, La montaña mágica (1924).

4. No somos el ombligo del mundo

1. John Gray, Perros de paja (2002).

2. Friedrich Nietzsche, El nacimiento de la tragedia (1872).

3. El trivio o trivium (donde se encuentran tres caminos y de donde también se deriva la palabra trivial) era gramática, retórica y lógica. El cuadrivio y el trivio constituían juntos las siete artes liberales.

4. El teorema de Pitágoras, como todo escolar sabe, nos dice que en los triángulos rectángulos el cuadrado de la hipotenusa es igual a la suma de los cuadrados de los catetos.

5. Por ejemplo, una cuerda puede puntearse para lograr una octava dividiéndola por la mitad. Se halla una quinta dividiendo la cuerda en la proporción 3:2 y una cuarta, en la proporción 4:3.

6. Cristóbal Colón (1451-1506) pasó por alto las mediciones realizadas por Eratóstenes y otros, sosteniendo que la Tierra era mucho más pequeña. Nunca habría realizado sus viajes si hubiera estado convencido de lo contrario.

7. La palabra griega es ostrakois, que también significa «teja». Por tanto, quizá se emplearon tejas rotas para despellejarla (los griegos tenían un sistema por el cual los ciudadanos podían ser expulsados mediante votación; los votos se escribían en tejas, de ahí la expresión «condenar al ostracismo»).

8. Quizá también fuera la persona que introdujo el tabaco en las islas británicas.

5. A vueltas con el movimiento

1. El crítico literario estadounidense Harold Bloom ha sostenido que Shakespeare «nos inventó» como seres humanos modernos. ¿Podemos expresar qué significaba ser humano antes de que Shakespeare creara el lenguaje de la sensibilidad moderna? (Shakespeare. La invención de lo humano, Harold Bloom, 1998).

2. La palabra «galaxia» también proviene del término griego que designa la leche.

3. Si no escucha el efecto Doppler cuando se acerca una ambulancia, es porque dicha ambulancia va derecha hacia usted. Sería buena idea hacerse a un lado.

4. Es algo más complicado que eso. Las galaxias tienen su propio movimiento y algunas se mueven acercándose a nosotros, y otras, alejándose. La cuestión es que, en general, la expansión del espacio también las aleja de nosotros. Cuanto más lejos se encuentre una galaxia, más evidente resulta porque allí su movimiento propio se hace menos significativo que la expansión del espacio.

6. La otra salida

1. Un nanómetro es una milmillonésima parte de 1 metro, 10⁻⁹ metros.

2. El pudin de pasas resulta engañoso. Lo que ahora suele olvidarse acerca de este primer modelo es que Thomson otorgó a las cargas eléctricas la libertad de moverse de un lado a otro, libertad prohibida a las pasas en los púdines.

3. El tamaño de un núcleo puede oscilar entre 10⁻¹⁵ metros de anchura (el núcleo del átomo de hidrógeno, que es un único protón) y en torno a 1,5 x 10⁻¹⁴ metros para el núcleo de un átomo grande como el del uranio.

4. Para relajarse visitaba bares de topless, donde bebía 7Up y, si se sentía inspirado, garabateaba sus pensamientos en una servilleta.

5. La cantante estadounidense de música country Dolly Parton (n. 1946-) tal vez sea única en la historia por haber prestado ambas partes de su nombre a la ciencia. La primera oveja clonada, Dolly, clonada a partir de células de la glándula mamaria, también recibió su nombre por ella.

7. Luz sobre la materia

1. Einstein resolvió la base matemática del recorrido aleatorio que efectúa el polen sobre la superficie del agua, que resultó ser el mismo tipo de recorrido que realiza la luz del Sol entre las moléculas de aire en la atmósfera terrestre. El motivo por el que el cielo es azul —azul en todas las direcciones— es que la luz azul se dispersa con mayor facilidad que los restantes colores. Esto se sabía desde hacía algún tiempo, pero Einstein fue el primero en explicar el fenómeno matemáticamente.

2. El julio-segundo (o julio multiplicado por segundo) es la unidad estándar empleada para medir la extensión de la energía en el tiempo.

3. Faraday se había preguntado si los átomos podían verse como concentraciones en las líneas de un campo de fuerzas y no como objetos físicos, idea que todavía hoy resulta revolucionaria.

4. Los rayos catódicos también son corrientes de electrones, pero con menos energía.

5. El primer intento significativo de probar y explicar qué suerte de realidad física representa la física cuántica fue discutido por Niels Bohr y Werner Heisenberg en Copenhague en 1927. Ese mismo año, el Congreso Solvay trienal celebrado en Bruselas, que recibe su nombre por el industrial belga Ernest Solvay, también se dedicó a la interpretación de la física cuántica. De los 23 delegados, 17 eran premios Nobel o lo iban a ser; Marie Curie fue la única entre ellos que recibió dicho premio dos veces. Fue en este congreso donde Einstein declaró en referencia al principio de incertidumbre de Heisenberg que «Dios no juega a los dados» y donde Niels Bohr le replicó: «Albert, deja de decir a Dios lo que debe hacer».

6. A finales del siglo XX la teoría del caos socavó el determinismo de la mecánica clásica, de igual modo que lo habían hecho antes las leyes de los gases. La teoría del caos nos muestra que hay sistemas en la naturaleza tan bien afinados —como vamos empezando a comprender a nuestras expensas—, que las diferencias más nimias entre dos sistemas que en todos los restantes aspectos son idénticos llevan a resultados muy diferentes. La teoría del caos muestra que muchos sistemas naturales se describen con ecuaciones matemáticas inestables que solo son deterministas en teoría. El tiempo atmosférico es uno de esos sistemas. Por muy minuciosamente que pensemos que podemos describir el tiempo atmosférico en un momento determinado, puede desplegarse en otro llamativamente diferente del predicho porque la más pequeña imprecisión en una de las variables medidas puede conducir a un resultado muy diferente. Se conoce como el «efecto mariposa»: al no tener en cuenta la perturbación del aire que produce la mariposa, puede que seamos incapaces de explicar el huracán subsiguiente. El filósofo francés Blaise Pascal (1625-1662) expresó una idea similar cuando se preguntó cuán diferente habría sido la historia si la nariz de Cleopatra hubiera tenido una longitud distinta, y el historiador inglés A. J. P. Taylor (1906-1990) cuando reflexionó acerca de que tal vez si el automóvil del archiduque Francisco Fernando no hubiera tomado accidentalmente la calle en la que fue asesinado, no habría estallado la Primera Guerra Mundial. Por culpa de un clavo... se perdió la batalla. Las ecuaciones caóticas son deterministas; lo que pasa es que nos hacen repensar qué entendemos por determinismo. Ocurre de nuevo en la física cuántica. Heisenberg nos dice que hasta los átomos individuales son impredecibles. No obstante, los sistemas cuánticos se describen mediante funciones de onda que son deterministas, por más que la realidad que se describe sea en sí misma impredecible. Suele afirmarse que el libre albedrío es imposible en un mundo determinista, pero es como si el mundo se hubiera establecido de tal modo que la ilusión de libre albedrío está garantizada. Es la complejidad del mundo evolucionado la que vuelve convincente esa ilusión, como si la naturaleza estuviera resuelta a salvarnos de la desesperación existencial.

8. Algo y nada

1. Un electronvoltio es la carga de un electrón multiplicada por un voltio. También se puede definir como la cantidad de energía ganada o perdida por un electrón cuando atraviesa una diferencia de potencial de un voltio.

2. En la mecánica cuántica, el espacio y el tiempo son rígidos como en la mecánica newtoniana, no maleables como en las teorías especial y general de la relatividad.

3. Citado en New Scientist, 9 de diciembre de 2006.

4. El relato mítico de la invención del ajedrez, tal vez en India hace 1.400 años, muestra cómo la duplicación repetida de un número de cosas nos lleva de inmediato al ámbito de lo inverosímilmente grande. Un campesino ofrece como presente su juego inventado (o descubierto) al emperador, quien, muy complacido, le dice que señale su recompensa. El humilde campesino pide solo recibir una porción de arroz medida sobre las casillas del tablero de ajedrez: un solo grano en la primera casilla y el doble de granos sucesivamente en cada una de las siguientes 63 casillas. El emperador, que sin duda carecía de mente matemática, acepta de inmediato, e incluso se alegra de haber salido del paso con tan poco. Se traen sacos de arroz y comienza la medida. Un grano, dos granos, cuatro granos, ocho granos, y así sucesivamente. Treinta y dos granos para la casilla sexta, 512 para la décima, pero 134.217.729 para la casilla vigesimoctava. Para entonces el emperador sin duda empieza a estar furioso. La última casilla debe contener 2⁶³ granos ella sola, lo que cabe demostrar que es más que todas las cosechas de arroz en la historia de la Tierra. Si quiere molestarse en hacer el cálculo, 2⁶³ son 9.223.372.036.854.775.808, o cerca de 10¹⁸, un trillón de granos. Mil granos de arroz pesan unos 25 gramos, así que hay unos 40.000 granos en un kilogramo. Lo que nos da unos 230 × 10¹² kilogramos, o 230.000 millones de toneladas de arroz. Una pequeña investigación muestra que la cosecha total de arroz china en 2005 fue de 31,79 millones de toneladas, y China supone el 40 % del mercado mundial, lo que dejaría dicho mercado mundial en unos 75 millones de toneladas. Si el mundo produjera tanto arroz todos los años, la última casilla del tablero supondría casi la cosecha de tres mil años. Pero la producción de arroz sería mínima hace unos milenios y ha venido creciendo exponencialmente en las últimas épocas para adecuarse a la población mundial. De hecho, las plantas de arroz de tallo corto no existieron hasta después del fin de la Segunda Guerra Mundial. Podemos afirmar sin temor a equivocarnos que desde que la humanidad comenzó a cultivar la tierra hace unos doce mil años, se ha producido mucha menos cantidad de arroz que la que el emperador acordó colocar en la última casilla del tablero de ajedrez.

5. Recordemos que no existe un modo intuitivo de comprender cuál es la apariencia de medio espín. El espín es una de esas peculiares propiedades cuantizadas que originalmente guardan algún tipo de relación con la propiedad correspondiente en el mundo clásico, pero que se van apartando de todo significado clásico a medida que se insertan más en el mundo peculiar de la física cuántica.

6. Los isótopos son átomos inestables que poseen el mismo número de protones en el núcleo que la forma estable del átomo. Es la suma de protones la que determina las principales propiedades de un elemento.

9. El nacimiento de las estrellas

1. Un núcleo de helio es idéntico a una partícula alfa. Una corriente de núcleos de helio con energía elevada es lo que denominamos «radiación alfa». Una corriente de electrones de energía elevada es lo que también se conoce como «radiación beta».

2. Recibe su nombre del físico teórico austriaco Wolfgang Pauli (1900-1958), quien hizo el descubrimiento.

3. En rigor, se encuentran mucho más lejos. El universo tiene 13.700 millones de años, y en 13.700 millones de años, la luz recorre 13.700 millones de años luz. Pero en realidad el universo es más grande porque también debemos tener en cuenta el hecho de que el mismo espacio se está expandiendo, extendiendo el universo de un cuenco con un radio de 13.700 millones de años luz a otro con un radio de unos 40.000 millones de años luz. En la práctica, cuando los astrónomos hablan de la distancia a la que se encuentran los cuerpos astronómicos antiguos, esta expansión se entiende y se pasa por alto.

4. En 2004 se descubrió un enorme vacío en el espacio con una anchura de 1.000 millones de años luz. Es un 40 % más grande que cualquier otro vacío descubierto hasta ahora y entre un 30 y un 45 % más frío que el resto del espacio. Se conjetura que es prueba de una colisión con otro universo.

5. De este modo, hay una especie de sonido asociado con el Big Bang. Las ondas de energía resuenan en el universo primitivo como si fueran ondas de sonido que viajan a través de un medio, aunque el medio en este caso, por supuesto, no es el aire ni el agua (tal vez una concepción moderna de la música de las esferas).

10. Habitando el universo

1. A pesar del gran número de nubes de gas que se condensan por el universo, comparado con el número total de nubes, sigue siendo un acontecimiento relativamente raro.

2. Cuando los astrónomos hablan de estrellas de segunda generación, se refieren a toda aquella que no es de primera generación. Parte del material de nuestro propio Sol proviene de una tercera ronda de formación de estrellas.

3. La Tierra es la unidad de medida local de los astrónomos, práctica para relacionar objetos de diferente tamaño en el sistema solar. Una vez más, los alienígenas habrán elegido una medida comparativa diferente.

4. Ricitos de Oro era muy exigente. La temperatura de su sopa tenía que ser la precisa: ni muy caliente ni muy fría.

5. Hace algún tiempo, la Tierra, a su vez, aminoró la rotación de la Luna de forma que ambas están entrelazadas y la Luna nos muestra siempre la misma cara. En realidad, la Luna, al igual que la Tierra, se bambolea, por lo que enseña ligeramente algo más que una cara. Al final, la Luna devolverá el cumplido y la Tierra mostrará siempre la misma cara vista desde la Luna.

6. El matemático estadounidense de origen húngaro John von Neumann (1903-1957) descubrió una relación aún más peculiar entre la humanidad y el uranio. Señaló: «Si el hombre y su tecnología hubieran aparecido en escena varios miles de millones de años antes, la separación del uranio 235 [crucial para la fabricación de las bombas atómicas] se habría facilitado. Si el hombre hubiera aparecido más tarde —digamos unos 10.000 millones de años después—, la concentración del uranio 235 habría sido tan lenta que lo haría prácticamente inutilizable». Parece existir un equilibrio preciso entre el momento en que descubrimos los medios para aniquilar a nuestra especie y lo inteligentes que necesitábamos ser para efectuar dicho descubrimiento. La pregunta sin respuesta que surge de ese mismo equilibrio es la siguiente: ¿somos lo bastante inteligentes para no aniquilarnos a nosotros mismos?

7. No es una cantidad ingente de agua: suficiente para llenar una piscina de 100 metros de largo, 30 metros de ancho y 10 metros de profundidad.

8. Famoso juicio estético de Walter Pater sobre la obra maestra de Leonardo da Vinci en El Renacimiento (1893).

11. Genealogías

1. En su libro La peligrosa idea de Darwin (1999).

2. En el siglo VI a. C., Anaximandro supuso que la vida había comenzado en el mar debido a las semejanzas estructurales visibles entre el ser humano y los peces.

3. Palabras del naturalista inglés T. H. Huxley (1825-1894), conocido, debido a su feroz defensa de la teoría de la evolución, como el Bulldog de Darwin. Tal vez fuera el Richard Dawkins de su época.

4. El proceso es mucho más complicado de lo que explico. Por ejemplo, antes de que las recetas puedan leerse, deben transcribirse primero en otra molécula, relacionada con la molécula de ADN y llamada ARN. Pero de hecho no necesitamos saber esto; me he concentrado en lo esencial.

5. De forma excepcional, los glóbulos rojos no contienen información genética.

6. Se ha calculado que hay en torno a 22.000 modos diferentes en los que los humanos pueden ser expresados. La cifra más grande de este libro hasta ahora.

7. El ADN no sobrevive a la fosilización completa. De cuando en cuando se ha recuperado parte de ADN degradado procedente de animales que se han conservado en hielo o barro.

8. O lo que solían llamarse «algas verdiazules». En la actualidad el término «alga» se restringe a formas de vida más complejas.

9. Rodinia se había dividido una vez más hace unos 750 millones de años.

12. Dentro y fuera de África

1. Raymond Dart, Aventuras con el eslabón perdido (1959).

2. De la palabra griega palaios, «viejo» y anthropos, «hombre»

3. Los conservadores de reliquias sagradas, si tal empleo existe, deben enfrentarse a una tarea similar: cómo separar de entre las reliquias del pasado, en su mayoría de huesos, los genuinos de los espurios. Las reliquias católicas se dividen en tres clases. Los restos de primera clase son las partes corporales de un santo o algo directamente relacionado con la vida de Cristo (el pesebre o la cruz, por ejemplo). Juan Calvino dijo una vez que si todo lo que reclamaba ser parte de la Veracruz se reunía, habría material suficiente para construir un barco. Sin embargo, un estudio realizado en 1870 reveló que todas esas reliquias combinadas pesarían menos de 1,7 kilogramos. Una reliquia de segunda clase es todo aquello con lo que un santo entró en contacto durante su vida (una prenda de ropa, por ejemplo), y de tercera clase, cualquier objeto que haya estado en contacto con una reliquia de primera clase, quizá un lienzo que envolvió el cadáver de un santo. San Pedro de Roma alberga cuatro reliquias importantes, aunque la Iglesia no lo confirma, y las mismas reliquias se encuentran en otros lugares: hay una parte de la Veracruz, la sagrada lanza que perforó el costado de Cristo, la cabeza de san Andrés y el velo de la Verónica, una tela que muestra el rostro de Cristo. Esparcidas por el mundo están tres cabezas de san Juan Bautista, dos cuerpos del papa Silvestre, 28 dedos de los pies y las manos de santo Domingo, lo que crea un curioso problema del que el taxonomista de este campo especializado se tiene que ocupar. Una vez visité un museo de Siena donde se atribuían meticulosamente muchos restos de santos significativos, pero lo que más me sorprendió fueron unos tarros de huesos situados en los extremos más recónditos de la galería que estaban simplemente etiquetados como «Varie santi», como si se hubiera abandonado la esperanza de lograr una atribución más definida.

4. La trama de la novela de Michael Crichton Parque Jurásico (1990) no se basa en la recuperación de ADN de los dinosaurios partiendo de fósiles, sino de sangre chupada por un mosquito jurásico que se ha encontrado conservado en ámbar.

5. Esa relación puede utilizarse para rastrear la evolución humana. Los humanos han coevolucionado con los microbios de su interior. Podemos, por ejemplo, rastrear los antepasados humanos hasta África a través de una bacteria de la boca llamada Streptococcus mutans (New Scientist, 18 de agosto de 2007).

6. No hay acuerdo acerca de cuándo divergieron humanos y chimpancés. Podría muy bien haber sido hace ocho millones de años.

7. El hombre moderno se designa con mayor precisión Homo sapiens sapiens por esta razón, pero no sabemos con certeza si hubo alguna otra subespecie dentro de esta especie.

8. Algunas explicaciones sostienen que Homo erectus, los neandertales y Homo sapiens se reprodujeron entre sí de modos complejos y que no hubo un reemplazo uniforme de los tipos más antiguos por parte de humanos anatómicamente modernos.

9. Se ha sostenido en fecha reciente que Homo heidelbergensis fue reemplazado por Homo sapiens en India hace unos 70.000 años. Desde allí, Homo sapiens se abrió paso hasta Australia y Europa entre 50.000 y 40.000 años atrás.

10. Una teoría polémica sostiene que ya había asentamientos en América hace 33.000 años.

11. También se ha sugerido que Homo sapiens era caníbal.

12. El pájaro jardinero podría objetar, pero nos referimos a arte consciente, si bien entonces tenemos que preguntarnos qué entendemos por «conciencia».

13. Hay varios hallazgos que desbaratan esta teoría. Las lanzas de madera descubiertas a finales de la década de 1990 en una mina de carbón de Schoeningen (a 100 kilómetros al este de Hanover, Alemania) parecen tener una antigüedad de unos 400.000 años.

14. Habría habido fuego hace uno o dos millones de años; por tanto, la cocina casi con seguridad es anterior a esta época. Lo que tal vez empezara a surgir entonces es la gastronomía.

13. Estamos aquí

1. Aunque sin duda el inventor estadounidense Thomas Edison (1847-1931) sigue estando en lo cierto al afirmar que «no sabemos ni una millonésima parte del uno por ciento de nada».

2. En una carta escrita por el poeta inglés John Keats.

3. Hebreos 11, 1.

4. El astrónomo estadounidense Frank Drake (n. 1930- ) calculó que la energía del Sol podría soportar a 10²² almas humanas.

* Referencia al verso «Cause we are living in a material world / and I am a material girl» del estribillo de la canción Material Girl, incluida en el álbum MDNA (2012) de la artista estadounidense Madonna. (N. del E.)

* 1918-2017. (N. del E.)

* Es interesante tener en cuenta el juego de palabras que forman entre ellas las siglas de los nombres de estos dos tipos de materia oscura en inglés: MACHO (cuyo significado tiene sentido en castellano y no deja lugar a dudas) frente a WIMP (en inglés «enclenque», «debilucho»). (N. del E.)

* Hay cierta vacilación a la hora de castellanizar los nombres científicos de la subfamilia Homininae y de la tribu Hominini; aquí hemos seguido el uso de homíninos y homininos, respectivamente. (N. del E.)

Usted está aquí. Una historia del universo

Christopher Potter

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Título original: You Are Here. A Portable History of the Universe

© Christopher Potter, 2009

© de la traducción, Carmen Martínez Gimeno, 2009

© del diseño de la portada, Planeta Arte & Diseño

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Primera edición en libro electrónico (epub): septiembre de 2018

ISBN: 978-84-9199-034-5 (epub)

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