El origen de todas las cosas. El Big Bang y los multiversos

El prestigioso cosmólogo argentino Matías Zaldarriaga, reconocido mundialmente por sus aportes al conocimiento sobre los inicios del universo, recibió el título de Doctor Honoris Causa de la Universidad de Buenos Aires. Es el primer físico graduado en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales en obtener esta distinción.

Concluida la ceremonia, Zaldarriaga, mantuvo una entrevista en la que repasó qué se sabe de ese cosmos primitivo, los misterios que aún quedan por revelar y las herramientas que utilizan los investigadores para descifrarlos.

“Desde mi punto de vista, el desarrollo exitoso de una carrera científica depende en buena medida de estar en el lugar correcto en el momento indicado. Porque siempre hay algunos temas que por diversos motivos explotan, logran grandes avances, y si uno se está dedicando a eso, entonces llegan las becas, los premios, los reconocimientos. En cambio, si uno se pone a trabajar en áreas que están estancadas todo se hace más difícil”.

“Yo tuve la suerte de estar en el lugar indicado en el momento correcto, en gran medida gracias a Diego Harari (su director de tesis) que me apuntó hacia un tema, el fondo cósmico de microondas, que provocó una revolución en la cosmología. Los papers que publiqué en esa etapa fueron determinantes para toda mi carrera”.

Zaldarriaga es porteño, nació en el barrio de Coghlan. Estudió física en Exactas UBA, donde también comenzó su doctorado, que finalmente completó en el Massachusetts Institute of Technology (MIT). Fue profesor en Harvard, New York University y actualmente trabaja en el Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, lugar en el que enseñó Albert Einstein hasta su muerte.

A lo largo de su carrera recibió numerosos premios. Entre otros, en 1996, el Barrett Prize por la originalidad en la investigación en astrofísica; en 1998, la beca Hubble; en 2003, el Helen Warner otorgado por la Sociedad Norteamericana de Astronomía; en 2004, la Beca Sloan; en 2005, la Medalla Gribov, otorgada por la Sociedad Europea de Física; en 2006, la beca MacArthur (conocida como “la beca de los genios”) y en 2019 fue incorporado como miembro de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos.

Es reconocido internacionalmente por sus valiosas contribuciones para la comprensión del universo primitivo, la astrofísica de partículas y la cosmología. Gran parte de su trabajo se centra en comprender las pistas sobre los primeros momentos de nuestro universo codificadas en el fondo cósmico de microondas -ese débil resplandor de la radiación generada por el Big Bang-, en las ondas gravitacionales y en la distribución de la materia en el universo.

En esta entrevista el astrofísico se refiere al estado actual de la cosmología, a los principales misterios que quedan por resolver, y a la revolución que actualmente se está desarrollando en la disciplina.

La cosmología y la arqueología son ciencias similares en el sentido de que en ambas encontrás cosas y tratás de armar una historia a partir de pedacitos que no tienen toda la información”.

 

Matías Zaldarriaga.

– ¿Cómo definirías la cosmología?

– La cosmología busca contestar preguntas sobre el origen del universo, de qué están hechas las cosas que encontramos en el universo cuando lo observamos con telescopios, de dónde salieron, cuándo se formaron, por qué funcionan así. Esa es una parte grande. Otra parte es tratar de ver si alguna de las observaciones que obtenemos son o no son consistentes con las leyes de la física como las conocemos en el laboratorio, porque tal vez haya que modificarlas de alguna manera. Por ejemplo, la presencia de materia oscura en el universo no está dentro del modelo estándar de partículas, es un fenómeno que excede lo que entendemos desde el laboratorio.

– Vos solés hacer una analogía de tu trabajo como cosmólogo con la labor que realizan los arqueólogos.

– Claro, para mí la cosmología y la arqueología o la paleontología son ciencias similares en el sentido de que en ambas encontrás cosas y tratás de armar una historia a partir de pedacitos que no tienen toda la información. Nosotros, en vez de cavar un pozo, sacamos una foto y hacemos cálculos. Sacar fotos de momentos cada vez más lejanos es como mirar a través de una máquina del tiempo. La foto de lo más lejano que podemos ver es la radiación cósmica de fondo, que es luz que nos llega de cuando el universo tenía unos 380 mil años. Hoy tiene 14 mil millones de años. O sea, no existían ni las galaxias ni las estrellas. Lo que estaba pasando entonces no tiene nada que ver con lo que está pasando ahora.

– ¿En qué punto se encuentra hoy la imagen que se tiene sobre el Big Bang?

– En las últimas décadas tuvimos un montón de observaciones que nos permitieron saber muchos detalles sobre el Big Bang. Sobre los momentos iniciales tuvimos ciertas evidencias con las mediciones de la radiación cósmica de fondo, pero esas mediciones se han saturado un poco. Al principio se avanzó un montón con los satélites y demás, y ahora es como que se ha llegado a un cierto límite. Actualmente, estamos esperando resultados de las observaciones de algo que se llama “polarización de la radiación cósmica de fondo” que es algo en lo que yo trabajé hace muchos años, inclusive acá en la Facultad cuando hice la tesis de licenciatura. La parte de la teoría, que es la que hago yo, diría que ya tiene todo bastante cocinado desde hace tiempo. Estamos esperando los resultados experimentales que tardan un montón.

– ¿Qué información se puede esperar de la polarización de la radiación cósmica de fondo?

– Si yo quiero saber qué pasó en los primeros instantes del universo tengo que encontrar algo que se haya producido en ese momento, que haya quedado y que afecte algo que yo pueda entender. Y resulta que una cosa que se podría haber producido en ese momento inicial son ondas gravitacionales. No es seguro, pero para muchas teorías eso podría haber pasado. Y resulta que esas ondas gravitacionales quedan, viajan por todo el universo y afectaron el movimiento de la materia en esa época que podemos ver con la radiación cósmica de fondo. Entonces, si estudiamos con detalle esta propiedad de la polarización de la radiación cósmica de fondo podremos ver si había ondas gravitacionales dando vueltas en ese momento. Eso significaría encontrar un fósil del momento inicial. Sería muy interesante porque no tenemos muchos fósiles y este sería de momentos sobre los cuales casi no tenemos ninguna información.

“Así como la radiación cósmica de fondo fue un boom hace 20 o 30 años, ahora es el turno de las ondas gravitacionales”.

– Si la radiación cósmica de fondo te da información hasta unos 380.000 años después del Big Bang, ¿las ondas gravitacionales serían el mensajero que te permitiría atravesar esa barrera?

– Exacto. Para las ondas gravitacionales el universo es siempre transparente y viajan y afectan las cosas de manera muy, muy sutil y muy difícil de medir. En principio, las ondas gravitacionales están dando vueltas acá en la Tierra, pero no tenemos manera de detectarlas, ni sabemos cómo hacerlo. El único lugar donde encontramos que esas ondas gravitacionales pueden generar un efecto lo suficientemente grande como para que nosotros lo podamos observar es en las cosas que le pasan a la radiación cósmica de fondo 380 mil años después del Big Bang. Así que mucha gente está trabajando sobre este tema. Pero bueno, dado que se trata de experimentos muy caros, tardan un montón.

– La detección de las ondas gravitacionales que concretó el proyecto LIGO ¿marca una nueva etapa para la cosmología?

– Primero habría que aclarar que las ondas gravitacionales que descubrió LIGO no son las mismas que podrían haber llegado desde el principio del universo. Así como distintos telescopios ven luz de distinta clase -visible, rayos X, ultravioleta-, LIGO ve una cierta frecuencia de las ondas gravitacionales que son las que se producen cuando colisionan agujeros negros o estrellas de neutrones. Pero, sin lugar a dudas, la detección de LIGO abre una ventana que, con el tiempo, estoy seguro de que va a dar inicio a un nueva etapa de la astronomía y la cosmología. Eso ya está empezando. ¿Hasta dónde va a llegar? No sabemos. Pero así como la radiación cósmica de fondo fue un boom hace 20 o 30 años, ahora es el turno de las ondas gravitacionales.

– ¿La posibilidad de avanzar en el conocimiento acerca del Big Bang se enfrenta hoy, principalmente, a limitaciones de tipo teóricas o tecnológicas?

– Yo creo que se trata sobre todo de limitaciones técnicas. Porque para la mayoría de las preguntas que tenemos en cosmología ya hay muchas respuestas teóricas posibles, distintos modelos. Tal vez ninguna sea la correcta, pero ahora falta que vengan los datos para poder elegir una de esas posibilidades o concluir que están todas mal, pero sin más datos no creo que se pueda resolver el problema. No es que tenemos datos que no entendemos sino que, en muchos casos, nos faltan datos.

– El desarrollo de telescopios más avanzados ¿puede aportar todavía novedades importantes a la cosmología tradicional?

– Para algunas preguntas yo creo que sí. Hay una parte de la cosmología que busca entender, por ejemplo, cómo y cuándo se formaron las primeras galaxias, cuáles eran sus propiedades, esas son cuestiones muy difíciles de explicar con certeza antes de tener las observaciones. Así que, en la medida en que vos tenés un telescopio nuevo como el James Webb que va a permitir ver mucho más lejos, vas a tener un montón de cosas nuevas. Para toda la parte histórica, esas observaciones van a ser muy útiles. Y, por otro lado, probablemente vamos a tener más información sobre las propiedades de la materia oscura que, según creemos, es súper importante para diversos procesos.

– ¿Cuáles serían, desde tu punto de vista, la incógnitas más trascendentales que hoy quedan por responder?

– Para lo que es la cosmología usual, las preguntas más estándar pasan por tratar de entender más sobre la materia oscura, ver si la podemos detectar en el laboratorio, ver si encontramos que se comporta de alguna manera que no esperábamos, tratar de reunir más pistas para entender qué es. Lo mismo para lo que llamamos la energía oscura que es lo que hace que la expansión del universo se siga acelerando. Después, están las preguntas sobre el principio del universo, qué vino antes de la parte estándar del Big Bang, si quedaron estas ondas gravitacionales, y otros interrogantes sobre el principio de todo. Por otro lado, para buena parte de la comunidad astronómica, están las preguntas sobre cómo se formaron los distintos objetos que vemos en el universo. Probablemente se hayan formado siguiendo las leyes de la física que conocemos, pero son procesos tan complicados que todavía no los entendemos. Queremos tener una historia lo más detallada posible de cómo llegó el universo a estar lleno de planetas, de estrellas, de galaxias y cúmulos de galaxias, de quásares, que había un montón y ahora ya no hay tantos. El universo es, en cierto sentido, un poco ridículo para nuestra escala, es una cosa descomunalmente grande y viejísima. Queremos mapearlo lo mejor posible y entender todas sus distintas partes.

«Sabemos que hay neutrinos que quedaron del Big Bang y que nunca hemos podido hallar».

– En las últimas décadas el mensajero estrella del universo fue la radiación cósmica de fondo, ahora están las ondas gravitacionales, ¿puede surgir otro mensajero? ¿Sería una sorpresa encontrarlo o hay alguno predicho que todavía no se detectó?

– Predicho que no haya aparecido me parece que no. Para que venga de tan lejos tiene que ser algo que pueda viajar en el vacío, dado que el universo esta básicamente vacío, y las cosas que por ahora sabemos que pueden hacerlo son las ondas de luz y las ondas gravitacionales. Ahora bien, sabemos que hay neutrinos que quedaron del Big Bang y que nunca hemos podido hallar. Sabemos que están, tenemos evidencias indirectas en las observaciones de la radiación cósmica de fondo pero no los pudimos encontrar en el laboratorio. Hay gente que está pensando en maneras de encontrarlos, es posible que eventualmente lo hagamos. Eso podría ser otro mensajero. Por otro lado, lo bueno es que tanto en el caso de las ondas gravitacionales como de las ondas de luz, los telescopios te dejan ver de dónde vienen, encontrás su fuente, tienen una fenomenología mucho más rica. Con los neutrinos no estoy seguro de que se eso se pueda hacer. Pero bueno, tal vez. Y tal vez haya alguna otra cosa que nos estamos perdiendo, ¿no?

Entrega de Honoris causa. Hernán Grecco, Matías Zaldarriaga, Guillermo Durán y Fernando Lombardo

– ¿Por dónde creés que se lograrán los principales avances de la cosmología en las próximas décadas?

– Yo creo que las ondas gravitacionales son el tema que ahora está viviendo un boom. Sin embargo, en la parte de la cosmología más tradicional hay programados experimentos sobre la radiación cósmica de fondo que van a ser bastante mejores que los que tuvimos y que pueden arrojar novedades. La otra cosa que siempre hacemos, es tratar de ver cómo está distribuida la materia alrededor de nosotros mirando la posición de un montón de galaxias y haciendo mapas, eso también está mejorando muchísimo. Pero la mayor cantidad de cosas nuevas que van a venir seguramente surgirán de las ondas gravitacionales. Me parece que esa va a ser la línea dominante en los próximos años porque recién está empezando. Y siempre es así.

– ¿Soñás con que se concrete algún hallazgo en particular?

– Me gustaría que los experimentos de la polarización de la radiación cósmica de fondo encuentren esas ondas gravitacionales. Me encantaría que eso pasara. Me parece que serían fósiles nuevos de un momento del que no sabemos demasiado. Sería genial tratar de entenderlas, podríamos hacer un montón de experimentos nuevos. Ojalá que eso pase.

– Desde hace algunos años hay una moda de introducir los multiversos en los argumentos de muchas películas de ciencia ficción. ¿Cuánto hay de ciencia y cuánto de ficción en la utilización de ese concepto?

– Bueno, hay una parte de verdad, de ciencia, pero de ciencia especulativa, en el sentido de que el modelo del Big Bang deja muchas preguntas sin responder porque no tuvimos suficientes observaciones para entenderlo. Sobre todo en el principio del universo. Y si uno agarra las ecuaciones de Einstein y la mecánica cuántica, encuentra soluciones donde este multiverso existe. En ese sentido, es una posibilidad. Ahora, una cosa es que un cierto fenómeno sea admisible por las leyes de la física y otra es que ese fenómeno efectivamente haya pasado. Y no tenemos ninguna evidencia de que eso haya pasado. En el pizarrón puede pasar, en la computadora puede pasar y en Marvel puede pasar. Ahora bien, nosotros vemos solo una parte de un universo que es gigantesco, viejísimo, que se rige por ciertas leyes. Si nos vamos muchísimo, pero muchísimo más lejos, por qué no puede ser todo totalmente diferente, por qué no pueden regir otras leyes de la física. Es posible. Y también está muy bueno porque argumentalmente da para muchas tramas y para que no se mueran los superhéroes.

Gabriel Rocca/NEXCiencia