Nola demontre dakigu Unibertsoaren adina?

Txikia nintzela nire liburu gogokoena 1001 Galdera eta Erantzun deituriko haurrentzako entziklopedia bat zen. Irudiz eta kolorez gainezka, jakinmin handia zeukan ume bat isilik mantentzeko errekurtso paregabea, egia esan, atzera begira. Orain dela egun batzuk trastelekuan mendiko botak bilatzen ari nintzela, hauts geruza baten azpian topatu nuen berriro.

Gainbegirada azkar bat eman nion, nostalgia lagun.  Mesopotamiako jainko desberdinak eta Amazonaseko lore mota bitxiak atzean utzi eta Unibertsoaz diharduen sekziora heldu nintzen. Bertako galdera batek hala dio: Zenbar urte ditu Unibertsoak? Erantzuna ematen duen paragrafoa ez da oso luzea eta, laburbilduz, fisikari eta astronomoek Unibertsoaren adina 13.800 milioi urte ingurukoa dela estimatzen dutela dio. Dagoeneko ez naiz oroitzen zer demontre pentsatuko zuen hori irakurri ondoren 9 urteko Mikel umeak, baina ziurrenik ez zen oso gustora geratu. Nola jakin daiteke halako zerbait? Halako baieztapen bat hain modu kategorikoan botatzea, a ze handiustea!

Zuhaitz zaharren adina enborreko eraztunak kontatuz kalkula zitekeela banekien, eta karbono-14 isotopoaren teknika erabiliz milaka urte dituzten objektuak datatzea posible dela liburuan bertan azaltzen da. Dinosauroen desagertzea orain dela 65 milioi urte gertatu zela sinestea apur bat gehiago kosta zitzaidan, baina tira, ebidentzia sedimentario eta geologikoen argudioa ez zitzaidan txoroegia iruditu. Baina Unibertsoaren beraren adina? Hori gauza zeharo desberdina da.

Bizitzaren gorabeherak medio, unibertsitatean jasotako hezkuntzak galdera iheskor hori lantzera eta hobeto ulertzera eraman nau. Gaurko helburua, hortaz, erantzunaren atzean dagoen logikaren zirriborroa margotzea izango da.

Urruti begiratzea iraganera begiratzea da

Argiaren abiadura mila milioi kilometro ordukoa da, gutxi gorabehera, espazio hutsean barreiatzen denean. Segundo bakarrean munduari 6 bira baino gehiago emateko nahikoa. Nahiz eta gure egunerokotasunaren testuinguruan abiadura hori ikaragarri handia izan, argia “azkar” ala “motel” mugitzen den esatea perspektiba kontua da. Izan ere, eskala kosmologikoetan argiaren abiadura ez da horrenbesterako. Azken batean, gaur egun badakigu zeruan ikusten ditugun galaxia eta izar gehienak trilioika kilometrotara daudela, eta beraz, horietatik iristen zaigun argiak milaka edo milioika urte behar izan ditu bidaia osatzeko.

Zenbaki konkretuagoak ipintzearren, Eguzkitik gugana iristeko argiak 8 minutu inguru behar ditu, Alfa Centauritik (Eguzkia ez den eta gugandik gertuen dagoen izarra) 4 bat urte, eta M87 galaxiatik 53 milioi urte baino gehiago. Argiaren hedapen-abiadura finitua dela eta, argi hori igorri duten objektuak iraganean ziren moduan ikusten ditugu. Agian noizbait entzungo zenuen gau ilun batean zeruan ikusten ditugun izarretako asko dagoeneko hilda daudela. Sentsazionalista kutsua badu ere, baieztapen hori ziurrenik zuzena da. 

Gauzak horrela, teleskopioak denbora-makina paregabeak dira! Unibertsoa orain dela X urte nolakoa zen jakin nahi? Ba gugandik X argi-urtera dagoen zerbait behatu besterik ez duzu egin behar. Adi egon bazara, ordea, ageriko galdera egingo duzu: nola demontre jakin dezaket zer distantziatara dagoen teleskopiotik behatu dudan galaxia hori? Ez da galdera makala, eta etorkizun batean horri buruz idaztea zin egiten dut. Oraingoz, ordea, sinetsi egin beharko didazu astrofisikariek distantziak neurtzeko erreminta burutsu ugari dituztela esaten dudanean.

1. Irudia : Geroz eta urrutiagotik etorri, orduan eta denbora gehiago behar dute argi izpiek gugana heltzeko.

Modu honetan, kosmologoek Unibertsoa garai desberdinetan nolakoa zen jakin dezakete, distantzia desberdinetara dauden galaxiak ikertuz. Geroz eta urrutirago begiratu, orduan eta Unibertso gazteago bat ikusiko dugu. Baina orduan… geroz eta teleskopio aurreratuagoak eraikitzen jarraitzen badugu, geroz eta urrutiago ikusteko gai direnak, iritsiko al da inoiz momenturen bat non gai izango garen hain urruti begiratzeko, ezen unibertsoaren beraren jaiotza ikusiko dugun?

Tamalez, erantzuna ezezkoa da, eta arrazoia ez da teknologikoa: fisikak berak galarazten digu denboran puntu batetik atzera “ikustea”. Ezinezkotasun honen erantzule Hondoko Mikrouhin Erradiazioa (HME) dugu. Nire uste apalean HMEaren aurkikuntza eta ulermena gizadiaren lorpen intelektual garrantzitsuenetarikoen artean dago, baina gai hori ere beste egun baterako utzi beharko dugu.

Tira ba, orduan, nola jakin dezakegu unibertsoaren adina?

Unibertsoa Zabaltzen Ari Da

Unibertsoa bere osotasunean ulertzen eta aztertzen saiatzen den zientzia da kosmologia.  Jardun hori gauzatzeko eskura daukagun marko teoriko nagusia Erlatibitate Orokorraren teoria da, XX. mende hasieran Einsteinek eta beste fisikari garaikide batzuek garatutako lege fisiko multzo berriztatzailea.

Matematikoki ur handitan sartu gabe, Erlatibitate Orokorrak espazio-denbora lau dimetsioko “azalera” gisa deskribatzen du. Azalera horretan distantziak eta denbora-tarteak neurtzeko metrika izeneko objektu matematiko bat erabiltzen da, eta elkarrekintza grabitatorio guztia ulertzearen arazoa metrika hori zehaztera murritz daiteke. Egia da sarritan dibulgazio-liburuetan edo ikus-entzunezkoetan espazio-denboraren kurbadura gisa aurkezten dela Einsteinen teoria grabitatorioa. Bi ikuspuntu horiek guztiz baliokideak dira.

Unibertsoa bere osotasunean homogeneoa (hau da, toki guztietan berdina) eta isotropoa (hau da, norabide guztietan berdina) dela onartzen badugu (filosofikoki Printzipio Kosmologikoa deitzen den hipotesia), orduan metrika horren informazio guztia eskala-faktore deritzogun a(t) funtzio bakar batean kondentsatzen da. Eskala-faktoreak unibertsoaren “tamainaren” neurri erlatiboa ematen du, pasatako denboraren menpe. Analogia ohikoena puzten (edo husten) ari den puxika batena da: puztu ahala, puxikako edozein bi punturen arteko distantzia handituz doa.

2. Irudia: Unibertsoko objektuen arteko distantziak handituz doaz denbora pasa ahala. Beste modu batean esanda, Unibertsoa "zabaltzen" ari da.

Hasiera batean arraro egiten da gauzak horrela ikustea. Norantz zabaltzen da Unibertsoa? Zeren barruan zabaltzen da? Pentsaera horiek ez dira oso produktiboak, gure garuna azalera bidimentsionaletan pentsatzera ohituta baitago. Ez da intuitiboa, baina Unibertsoa zabaltzen ari dela ezbairik gabeko baieztapena da.

Gauza zera da, Erlatibitate Orokorrak eskala-faktorea aldi berean espazioaren kurbaduraren, energia-dentsitatearen eta presioaren mendeko funtzio bihurtzen duela, Friedmann-en ekuazioen bitartez. Beste modu batean esanda, kosmosaren energia-dentsitate edukia jakinez gero (zenbat materia, erradiazio… dagoen), Unibertsoa nola zabaltzen (edo uzkurtzen) den jakin dezakegu, eta beraz, zeinen azkar edo motel zabaltzen den, aldiunero. Zabalkuntza-abiadura tasa horri Hubbleren parametro deritzogu, eta eskala-faktorearen deribatuarekin du zerikusia:

Hubbleren parametroa positiboa denean unibertsoa hazten ari da, eta negatiboa denean uzkurtzen (gogoratu deribatuen esanahi geometrikoa). Friedmann-en ekuazioak ebaztean Hubbleren parametroa lortzen dugu emaitza gisa, Unibertsoaren energia-edukien arabera. Eduki horiek nola estimatzen diren azaltzeko beste artikulu oso bat beharko nuke (bai, hirugarren promesa dut hau), baina spoiler gisa esan dezaket HMEaren bitartez egin ohi dela.

Behin Unibertsoaren zabaltze-abiadura tasa jakinda, zenbat denboraz “bizi” izan den kalkulatzea gauza erraza da. Pentsa puxika bat puztean aldiunero zer abiadurarekin hazten den dakigula: alderantziko logika erabiliz zehatz mehatz jakin dezakegu noiz zegoen puxika hutsik, noiz hasi garen puzten. Unibertsoaren adina kalkulatzeko logika bera erabiltzen dute kosmologoek. Matematikoki integral txiki bat besterik ez da ebatzi behar:

Sintesia

Laburbilduz, eta xehetasunak alde batera utziz, azken mendean zehar Unibertsoa bera entitate dinamiko bat dela ulertu dugu, Big Bangetik gaur egun arte hazi egin den entitate bat. Erlatibitate Orokorrak hazkunde hori modelizatzeko tresnak eskaintzen dizkigu, hipotesi batzuk onartzearen truke. Horrela, Unibertsoaren zabaltze-abiadura kalkulatzea posible da, eta abiadura hori jakinda, duen adina estimatzea lan erraza da.