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3 ago 2017

George Lemaître: el olvidado gran cosmólogo del siglo XX

Se cumplen 90 años de la publicación por George Lemaître (un científico belga poco reconocido injustamente) del artículo Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nebuleuses extragalactiques (Un universo homogéneo de masa constante y radio creciente constatando la velocidad radial de las nebulosas extragalacticas) en Annales de la Societé Scientifique de Bruxelles (una revista de escasa difusión internacional en aquel entonces).

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Se trataba de parte de su tesis doctoral en Física “El campo gravitatorio de un fluido”, escrita en el MIT, USA, bajo la supervisión del astrónomo estadounidense Harlow Shapley (1885-1972). En él probó un teorema que predecía la expansión de las galaxias entre sí, de forma independiente del argumento que en la misma dirección dio en 1923, el físico ruso Alexander Friedman (1888-1925). Más tarde, por un razonamiento puramente matemático (naturalmente Lemaître era matemático) llegó a la conclusión de que el Universo empezó a partir de un “átomo primitivo” del que surgieron espacio y tiempo simultáneamente, en lo que después se llamó el Big Bang del Universo espaciotemporal relativista.

Imagino la extrañeza del lector que haya tenido a bien leer el párrafo previo. En él conviven conceptos ya popularizados: la expansión de las galaxias (mal llamada a veces “expansión del universo”) y el Big Bang (la gran explosión, principio relativista del Universo)  que evocan nombres muy conocidos de relevantes físicos como Albert Einstein, Edwing Hubble, Stephen Hawking, etc. Sin embargo, aparecen aquí en relación con el nombre de Lemaître, quizá la primera vez que algunos lo leen.

 Esta nota reivindica para la historia la figura científica y humana de George Lemaître, sin ánimo de desmerecer a nadie, más bien de colocar a Lemaître en un justo puesto entre los grandes físicos relativistas del siglo XX.

George Lemaître

George Lemaître

Georges (Henri-Joseph-Edouard) Lemaître nació el 17 de Julio de 1894 en Charleroi, Bélgica. En 1911, con 17 años, entró en la K.U. Leuven (Universidad Católica de Lovaina) para estudiar Ingeniería Civil. Siendo todavía estudiante, se alistó en 1914 en el cuerpo de artilleros del ejército belga. Condecorado por su valentía, los horrores de la guerra cambiaron su vida. Tras la guerra vuelve a la Universidad, dejó la ingeniería y estudió ciencias físicas y matemáticas. Se graduó en 1920 tras defender  su tesis “ l’Approximation des functions de plusieurs variables réelles” (La aproximación de las funciones de varias variables reales) dirigida por el famoso analista Charles-Jean de la Vallée Poussin (1886-1962). Entró en el Seminario de Malinas (Bélgica) y en 1923 fue ordenado sacerdote. Durante 1923-24 estudió con Sir Arthur S. Eddington (1888-1944) encaminándose hacia la astronomía matemática. Viajó a los Estados Unidos de América, donde permanece un año en el Harvard College Observatory de Massachusetts.  En 1925 obtuvo una plaza como profesor a tiempo parcial en K.U. Leuven que compatibilizó  con su trabajo en Harvard y en el MIT, donde defendió en 1927 su citada segunda tesis.

 En su artículo, Lemaître calculó una solución concreta a la Ecuación de Einstein, que representaba la totalidad de las galaxias del universo. Un ingrediente de esta solución era una función del tiempo R=R(t) que interpretó como el radio del Universo en cada instante t (t es el tiempo de una familia distinguida de observadores del espaciotiempo). Demostró que esta función era estrictamente creciente. Por tanto, la interpretación natural fue decir que las galaxias del Universo se estaban separando entre sí. Dedujo, además, lo que hoy se conoce como la ley de Hubble que relaciona la velocidad de alejamiento de dos galaxias con la distancia entre ellas. Merece la pena señalar que las galaxias no se separan a través de un Universo pre-existente, más bien la separación ocurre simultáneamente con la creación de la región del Universo por donde se realiza la expansión.  El trabajo de Lemaître fue de naturaleza puramente geométrica y las conclusiones que se derivaron de él, eran interpretaciones físicas (razonables) de hechos matemáticos. Además, su estudio corroboraba la conjetura que hizo el cosmólogo holandés Willem de Sitter (1872-1934) en 1917.

Aprovechando que A. Einstein (1879-1955) participó en el quinto congreso Solvay en Bruselas en 1927 (cuyo tema principal fue “electrones y fotones”) Lemaître se entrevistó con él. Einstein le dijo que sus ideas ya habían sido expuestas previamente por Friedman en 1922 y que, aunque sus cálculos eran correctos, las consecuencias que obtuvo de éstos eran  abominables. Aunque la opinión de Einstein no obedecía a razones científicas sino que era fruto de su concepción filosófica del Universo, tuvo que ser demoledora para Lemaître. De hecho, para evitar este tipo de interpretaciones, ya conjeturadas por De Sitter, Einstein había modificado unos años antes su ecuación primitiva introduciendo la constante cosmológica. George Gamow (1909-1968) atribuyó más tarde a Einstein la frase “la introducción del término cosmológico en mi ecuación fue la mayor torpeza de mi carrera científica”.  La opinión de autoridad de Einstein fue compartida por casi todos los científicos de la época: las ideas de Lemaître quedaron en el cajón de las cosas inaceptables.

Albert Einstein

Albert Einstein

En 1929 el famoso astrónomo Edwin Hubble (1889-1953) publicó un artículo donde presentó claras evidencias experimentales del aumento de la separación entre las galaxias. Esto hizo que muchos científicos se interesaran por el tema. Lemaître quedó entonces oscurecido por Hubble, atribuyendo la historia desde entonces la expansión del Universo sólo a Hubble.

Edwin Hubble

Edwin Hubble

Aprovechando el interés de Arthur Eddington, Lemaître le envió una copia de su artículo en 1931. Eddington mandó traducir y publicar el artículo de Lemaître en el Notices of the Royal Astronomical Society. Este mismo año, Lemaître publicó en la prestigiosa revista Nature una nota en la que afirmó: Si hoy en día el Universo se dilata, en el pasado tuvo que ser mucho más pequeño, mucho más denso, condensado en un átomo primitivo.

Arthur Eddington

Sir Arthur Eddington

En 1933, Lemaître publicó una versión ampliada de su teoría. Ese mismo año, Einstein y Lemaître dieron una serie de conferencias en California. Tras escuchar cómo Lemaître explicaba su teoría, Einstein se puso en pie y dijo (quizá con cierta ironía): “Esta explicación de la creación es la más bella  y satisfactoria que jamás he escuchado”.

Entre los científicos que se posicionaron en contra de la teoría de Lemaître destacó el laureado Fred Hoyle (1915-2001). Paradójicamente, fue Hoyle  el que dio el nombre “Big Bang” a la teoría al describirla así en un comentario (con doble sentido) durante una emisión radiofónica de la BBC  el 28 de marzo de 1949. Hoyle fue siempre muy crítico con la interpretación de Lemaître y propuso como alternativa “The steady state theory.”: el Universo se encuentra en un “estado estable” de la misma manera que en un río por el que fluye agua, las moléculas individuales del agua se están alejando pero el río sigue siendo el mismo. Hoyle calificó “el comienzo del Universo” como pseudociencia en apoyo de la existencia de un creador. De hecho, él fue escritor de ciencia-ficción y popularizó junto a N. C. Wickramasinghe (1939- ) en 1978, de la teoría de la Panspermia (“semilla de todo” en griego): La vida no surgió en la Tierra sino que llegó a nuestro planeta a bordo de cometas capaces de dispersar el mismo tipo de vida por diferentes mundos.

Fred Hoyle frente a Lemaître

Fred Hoyle, creador del término “Big Bang”

Del tipo de persona que fue Lemaître da una idea un hecho poco conocido: ayudó a subsistir a sus colegas de la Universidad rival de la suya en Lovaina cuando perdieron su trabajo tras la ocupación alemana de Bélgica durante la segunda guerra mundial. Sin embargo, durante toda su vida sufrió la incomprensión tanto de científicos, que no le “perdonaban” su condición de sacerdote católico, como de clérigos que sin saber ni querer saber nada de ciencia criticaban “la falta de Dios en sus escritos científicos”. En 1963, Lemaître, ya con 69 años, fue invitado a impartir una conferencia en la Bolsa de Comercio de Namur dentro del ciclo “Louvain au travail: la recherche scientifique des dernières années”.  Teniendo en cuenta el carácter divulgativo que tendría, se le ocurrió documentarse sobre  qué se decía de él y de sus trabajos en la Encyclopédie de l’astronomie. Sorprendido pudo leer lo siguiente: “Ciertos científicos defensores del fideísmo, como Lemaître y Eddington, pretendieron utilizar un modelo matemático expansionista del Universo para, extrapolando miles de millones de años, justificar la hipótesis de una creación sobrenatural del mundo”. La teoría de Lemaître, vigente ya más de 30 años, estaba ya consolidada y no era justo calificar de fideístas a Lemaître y Eddington por sus vínculos con la religión (Eddington era cuáquero). Tanto Eddington como Lemaître nunca se plantearon científicamente una creación sobrenatural del mundo, de hecho Lemaître siempre trató de mostrar que la ciencia dejaba lugar a un comienzo natural del mundo (al contrario de lo que se afirmaba en la enciclopedia).

Mucho antes, Las ideas de Lemaître llegaron a la prensa que quizás sentía por él un gran interés por su doble condición de cosmólogo y sacerdote.

 El diario New York Times se hizo eco de sus descubrimientos, publicando un artículo con una foto de Lemaître con Einstein que tenía el siguiente comentario a pie: “Tiene cada uno un profundo respeto por el otro”. En ella Lemaître dijo “Me he interesado siempre por la verdad desde el punto de vista de la salvación y desde el punto de vista de la certeza científica. Los dos caminos conducen a la verdad y decidí seguir ambos. Nada de lo que he encontrado en la ciencia y en la fe, me ha inducido jamás a cambiar de opinión”.

George Lemaître y Albert Einstein

Artículo de The New York Times de 19, febrero 1933 con George Lemaître y Albert Einstein

Por otro lado, en el año 1936 Lemaître fue nombrado miembro de la Academia Pontificia de las Ciencias en Roma. Era un foro mediante el que la Iglesia Católica quiso mostrar a la comunidad científica su respeto sin ningún afán de apropiación o controversia. Lemaître se sentía en esta institución muy cómodo. Después de 24 años, el 19 de marzo de 1960, Lemaître fue nombrado Presidente. Siempre fue una persona ecuánime en esta labor, de hecho invitó a científicos de la Unión Soviética a impartir conferencias en la Academia sin ningún tipo de problema por su parte.

Resulta cuando menos curioso que muchas obras centrales de cosmólogos del siglo XX omitan toda referencia a Lemaître. Por un lado, suele atribuirse a Hubble el descubrimiento de la expansión de las galaxias. Por otro, los famosos trabajos de Stephen Hawking y Roger Penrose en la década de los 70 del siglo pasado, contenían resultados muy generales que se podían interpretar como pruebas teóricas de la existencia de una “singularidad inicial” (o “Big Bang”) en todo espaciotiempo que sea físicamente realista.

No fue hasta el año 1997, cuando la prestigiosa revista General Relativity and Gravitation, publicó The expanding Universe, una traducción al inglés del artículo de Lemaître de 1933. El artículo fue precedido por una amplia nota del editor en la que pedía que la comunidad científica reconociera de una vez el mérito de Lemaître. A este fin hace varias propuestas, entre otras renombrar ciertos modelos cosmológicos incluyendo el nombre de Lemaître en su terminología.

En el número de 9 de noviembre de 2011 de la revista Nature, Mario Livio (1945- ), astrónomo del Space Telescope Science Institute de Baltimore (Maryland), USA, explicó que había localizado en los archivos de la Royal Society of London una carta fechada en 1931, la cual dejaba claro que Hubble no fue el primero en descubrir en 1929 la expansión del Universo, sino Lemaître en 1927. Livio declaró que creía que Hubble no fue responsable de una falta de ética, pues la traducción del artículo de Lemaître de 1927 al inglés, aparecida a su vez en 1931, tenía los párrafos y cálculos fundamentales omitidos, pero no por decisión del editor o para favorecer a Hubble, sino por una decisión del propio Lemaître, quizá debida a su modestia.

Finalmente y a nivel personal, reconozco que en parte de mi investigación desde el año 1995 he empleado (con otros autores y en solitario) el término “Generalized Robertson-Walker spacetime” para referirme a un elemento de una familia de espaciotiempos relativistas cuando debería haber usado “Generalized Friedman-Lemaître-Robertson-Walker spacetime”. En parte influenciado por un importante texto sobre Relatividad General para matemáticos graduados que fue iluminador para mi y en el que no aparecía referencia alguna a Lemaître, en parte al dejarme llevar por la terminología estándar del área (“Robertson-Walker spacetime” que hacía mención a dos famosos físicos:  Howard P. Robertson (1903-1961) y Arthur Geoffrey Walker (1909-2001) ). Aunque ya he subsanado esto en mis publicaciones recientes, sirva esta nota como reconocimiento de una figura central de la Relatividad Matemática del siglo XX.

Dedicado a la memoria de mi tía María

 

Autor: Alfonso Romero Sarabia

Catedrático del Departamento de Geometría y Topología.  Facultad de Ciencias, Universidad de Granada

Si quieres participar en el blog como colaborador en alguna de las secciones o realizar alguna pregunta para que un especialista te responda, envíanos un email a info@fdet.es

Grupo FdeT

Referencias usadas para la realización de este manuscrito:
  • R. Alemañ, El desafío de Einstein (Historia de las Teorías de Unificación en el Siglo XX), vol. I: En busca de la unificación, editorial URSS, Moscú, 2011.
  • E. Battaner, Hubble. La expansión del universo. El Cosmos se hace mayor, Grandes Ideas de la Ciencia, RBA, Barcelona, 2013.
  • D. Lambert, Lemaître, le père du Big Bang, Les génies de la science, no 30, février-avril, 2007.
  • D. Lambert, Ciencia y Fe en el padre del Big Bang, Georges Lemaître, Fliedner ediciones, Madrid 2014.
  • G. Lemaître, Un univers homogène de masse constante et de rayon croissant rendant compte de la vitesse radiale des nebuleuses extragalactiques, Annales de la Societé Scientifique de Bruxelles, A 47 (1927) 49-59.
  • G. Lemaître, The Beginning of the World from the Point of View of Quantum Theory, Nature, 127 (1931), 706.
  • G. Lemaître, The expanding Universe (with a editor’s note), Gen. Rel. Gravitation, 29 (1997), 637-680 (traducción de su artículo publicado en Annales de la Societé Scientifique de Bruxelles, A 53 (1933), 51-85).
  • M. Livio, Lost in translation: Mystery of the missing text solved, Nature 479 (2011), 171-173.
  • J.J. O’Connor, E.F. Robertson, Biography of G. Lemaître, MacTutor History of Mathematics,
  • http://www-history.mcs.st-andrews.ac.uk/history/Biographies/Lemaitre.html
  • E. Riaza, La historia del comienzo. Georges Lemaître, padre del Big Bang, Encuentro, Madrid, 2010.

Imágenes empleadas:
  • https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lemaitre.jpg#/media/File:Lemaitre.jpg
  • https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Albert_Einstein_c1890s.jpg#/media/File:Albert_Einstein_c1890s.jpg
  • https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edwin-hubble.jpg#/media/File:Edwin-hubble.jpg
  • https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Arthur_Stanley_Eddington.jpg#/media/File:Arthur_Stanley_Eddington.jpg
  • http://www.bbc.co.uk/science/space/universe/scientists/fred_hoyle
  • https://www.slideshare.net/SimonMitton1/lemaitre-ras11116

 

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2 Responses

  1. Muy interesante el artículo y muy necesarios estos apuntes históricos para establecer con precisión la historia de las ideas científicas, la epistemología de la ciencia.

    1. Angel Ferrández

      Excelente artículo de un no menos excelente investigador y divulgador del apasionante mundo de la Geometría y Topología y sus aplicaciones.

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