Este artículo se publica en colaboración con Project Syndicate.
¿Puedes distinguir el punto en la parte inferior de este signo de interrogación? ¿Y si te alejas unos metros? El detalle más fino que el ojo humano medio puede distinguir tiene aproximadamente el tamaño de un punto final visto a una distancia de un metro. Esto se llama “resolución”. La mejor resolución para un sistema óptico –como el ojo– viene dada aproximadamente por la razón entre la longitud de onda de la luz que se observa y el tamaño de la abertura por la que pasa esa luz.
En astronomía, la resolución funciona exactamente igual. Esto explica por qué construimos telescopios cada vez más grandes: no solo los telescopios grandes pueden captar más luz y, por tanto, ver más lejos, sino que, en principio, cuanto mayor sea la abertura del telescopio, mejor será la imagen.
Pero ahora un nuevo estudio sugiere que el universo tiene en realidad un límite de resolución fundamental, lo que significa que, por muy grandes que construyamos nuestros telescopios, no veremos las galaxias más distantes con tanta nitidez como nos gustaría.
La dificultad de los telescopios
Los telescopios de luz visible más grandes de la Tierra, como los Very Large Telescopes y los Keck telescopes, tienen espejos de unos diez metros de diámetro, y ahora hay planes para construir telescopios de 30 m a 40 m de diámetro (los llamados Extremely Large Telescopes). Pero hay un problema: si la luz de un objeto (ya sea una vela, una farola o una estrella) se altera en su trayecto desde la fuente hasta su detección, nunca podremos producir una imagen tan nítida como el máximo teórico, por grande que hagamos la abertura.
Sabemos que la luz puede jugarnos malas pasadas. ¿Alguna vez ha mirado el fondo de una piscina y ha visto las baldosas ondular y bailar? ¿O ha introducido una pajita en un vaso de agua y la ha visto aparentemente “romperse” entre el aire y el líquido? La luz que llega a nuestros telescopios desde el espacio tiene que atravesar una atmósfera turbulenta, y esto supone problemas para los astrónomos.
Como un conjunto perfecto de olas oceánicas paralelas que encuentran un arrecife sumergido, la atmósfera perturba la propagación de las ondas. Para las ondas electromagnéticas – la luz –, esto tiene el efecto de difuminar las imágenes. A menos que lo compensemos, esto significa que nunca alcanzamos la resolución máxima teórica de un telescopio. Colocar telescopios en el espacio, por encima de la atmósfera, es una solución, pero resulta costosa. “Óptica adaptativa” es otra, pero resulta técnicamente complicada.
Espuma cuántica
El nuevo estudio, presentado en la International Astronomical Union General Assembly este año, plantea una predicción sobre la naturaleza del espacio utilizando el extraño mundo de la física cuántica. Sostiene que la naturaleza del espacio-tiempo a nivel cuántico podría dar lugar a una especie de “límite fundamental de resolución” del cosmos, lo que significa que podría haber motivos para preocuparse por la claridad con la que los futuros telescopios podrán ver las galaxias más distantes.
La idea es la siguiente. Según la mecánica cuántica, a la escala más pequeña, conocida como escala de Planck, de unos 10-35 m (sí, es una coma decimal seguida de 34 ceros antes de llegar al uno), el espacio se describe como “espumoso”. En esas escalas tan pequeñas, la física cuántica predice que el universo bulle de las llamadas “partículas virtuales”, que surgen de la nada y se aniquilan rápidamente entre sí, algo que se observa constantemente en los experimentos de física de partículas. Sin embargo, durante el instante más breve, esas partículas tienen energía y, por tanto, según la famosa ecuación E=mc2, masa.
Se predice que cualquier masa, por pequeña que sea, curva el espacio-tiempo. Esta es la descripción que hace Einstein de la gravedad. El ejemplo más espectacular de este fenómeno en la naturaleza está en la lente gravitacional de galaxias distantes causada por cúmulos masivos. Los fotones –partículas de luz– que viajan a través de un espacio-tiempo tan espumoso se verían afectados por esas fluctuaciones de manera similar a como lo hace la luz al atravesar nuestra atmósfera espesa y turbulenta.
Por supuesto, el efecto es minúsculo, casi despreciable. Pero un fotón emitido por una galaxia distante que recorre el universo tiene que viajar una gran distancia. Durante este trayecto, las innumerables “perturbaciones de fase” causadas por la naturaleza espumosa del espacio-tiempo podrían acumularse. Ahora bien, la predicción es que este efecto es menor incluso que las imágenes más nítidas que podemos obtener actualmente con los mejores telescopios. Pero, si la teoría es correcta, este emborronamiento cósmico podría apreciarse en las imágenes de galaxias distantes obtenidas por telescopios de próxima generación. Entre ellos se encuentra el sucesor del Hubble, el James Webb Space Telescope, previsto para su lanzamiento en 2018.
Sin embargo, hasta ahora no existe una teoría aceptada que una la visión de la gravedad de Einstein con la mecánica cuántica (ese es uno de los objetivos clave de la física moderna), por lo que deberíamos tomar esta predicción con reservas. Incluso si es correcta, sus efectos solo serían realmente frustrantes para el grupo de astrofísicos que estudia la estructura detallada de las galaxias más distantes.
Lo fascinante es la implicación de que, por grandes que sean nuestros telescopios, tanto en la Tierra como en el espacio, existe un límite de resolución natural fundamental del universo más allá del cual no podemos sondear; este límite nace de procesos cuánticos, pero se manifiesta a escalas cosmológicas. Como una conspiración cósmica, algunos secretos de la naturaleza podrían quedar ocultos para siempre.
La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde las opiniones expresadas.
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Autor: James Geach es Royal Society University Research Fellow y trabaja en el Centre for Astrophysics Research (CAR) de la Universidad de Hertfordshire.
Imagen: El cúmulo de galaxias SDSS J1038+4849 aparece en esta imagen sin fecha facilitada, tomada con el telescopio espacial Hubble de la NASA/ESA. REUTERS/NASA.
