El gran debat de 1920: “Sobre l'escala de distàncies de l'Univers”

Ara en fa cent anys

La setmana que ve farà cent anys d'"el gran debat”, Shapley vs Curtis, que va tenir lloc a l’auditori Baird del Museu Smithsonià d’Història Natural de Washington (EUA), el dia 26 d’abril de 1920. La pandèmia que estem patint impedirà que aquesta efemèride se celebri tal com caldria. El 1995, en complir-se els 75 anys, se’n va fer, amb tots els honors, la commemoració de diamant que pertocava, al mateix lloc, preciós i acollidor. I l’eufòria del moment va fer que s’organitzessin després dos debats més, el 1996 i el 1998 (a sota en dono les referències). Avui, però, aquella onada ja ha passat, embolicats com estem ara mateix, astrònoms i cosmòlegs, a esbrinar quin és per fi el veritable valor de la "constant" de Hubble, l'escala de l'expansió de l'Univers. I un debat sobre aquesta darrera qüestió probablement resultaria a hores d’ara prematur.  

Tot això em porta a dedicar a "el gran debat” original el present article del blog. És el meu personal, encara que molt senzill, homenatge. La perspectiva que ens dona el segle transcorregut des d’aleshores ens permet aquilotar en tot el seu valor la importància i transcendència d'aquella efemèride. Era impossible llavors, i continua sent-ho avui (després de cent llargs anys), trobar un tema de major rellevància en cosmologia que el que va donar títol al debat: “Sobre l'escala de distàncies de l'Univers”. Ja només aquest detall, identificar com a tema de discussió el més important possible, fou un èxit indubtable.

Els preparatius

Una descripció molt precisa, i alhora preciosa, de l'estat dels coneixements en astronomia l'any 1920 es troba a les referències que dono al final. Sobretot a la darrera, de l'astrònoma Virginia Trimble, de la qual he extret bona part del que diré aquí i que conté, a més, explicacions acurades sobre el marc i totes les circumstàncies polítiques, socials, econòmiques i culturals de l'època en què es va produir l'esdeveniment. El promotor de l'acte va ser l'astrònom George Ellery Hale, fill del milionari William Ellery Hale, que havia fet la seva fortuna construint ascensors per a la torre Eiffel i altres grans edificacions. Fou ell qui sufragà els primers telescopis del seu fill, així com la major part del gran telescopi de 60 polzades del mont Wilson; tasca que el fill va continuar, contribuint a la vegada molt decisivament a la fundació de l'observatori Palomar, a prop de San Diego, California, i del Yerkes, de la Universitat de Chicago. Anys més tard, George Hale contribuí també de manera important a la creació del National Research Council (NRS) dels EUA.

Resulta que el pare havia donat un fons a l'Acadèmia Nacional de Ciències (NAS), que era emprat, entre altres coses, per organitzar conferències anuals sobre temes molt diversos. Cap a la fi del 1919, George Hale va convèncer el secretari de la NAS, Charles Abbot, per organitzar, l’abril del 1920, una conferència d'un dia en honor del seu pare/benefactor, William Hale. Posà sobre la taula un tema de relativitat general o, alternativament, l'escala de distàncies de l'Univers. La conferència seria en forma de debat, amb dues postures contraposades. Van tenir algunes discussions una mica fortes, ja que Abbot considerava aquests dos temes com a molt especialitzats i poc atractius; sembla que ell hagués preferit un debat sobre les grans glaciacions de la Terra o sobre alguna altra qüestió més popular de zoologia o geologia. Finalment Hale va poder convèncer Abbot i es posaren d’acord, tant en el tema com en els contrincants. Hale va proposar d’entrada William Campbell, director aleshores de l'observatori Lick (a prop de San José, a Califòrnia), i Harlow Shapley, astrònom associat de Hale a l’observatori de mont Wilson (Pasadena, Califòrnia). Haurien de debatre sobre el tema del calibratge de l'escala a grans distàncies, basada en les estrelles variables cefeides detectades en els cúmuls globulars, i sobre altres consideracions relacionades. A darrera hora, es va acordar que Heber Curtis, de l’observatori Lick, substituís el seu director i el títol va quedar definit exactament així: “Sobre l'escala de distàncies de l'Univers”.

Els contendents i altres astrònoms de l'època

Hale envià els telegrames d'invitació el 18 de febrer de 1920 (el de Shapley encara es conserva). Cada un dels conferenciants percebria com a honoraris 150 dòlars, tot i que corrien a compte de tots dos les gens menyspreables despeses dels viatges des de Califòrnia fins a Washington. El debat va quedar fixat per al dia 26 d'abril, a l'incomparable marc del Museu Smithsonià d’Història Natural. Els conferenciants acordaren discutir primer entre ells els temes de què parlaria cadascú, i també el procediment: al matí exposarien per separat, un darrere l'altre, els seus punts de vista sobre els temes de debat i la tarda estaria dedicada a una discussió oberta general. Van convenir, a més, que Shapley seria el primer a parlar.

Dues paraules sobre els contendents. Durant la seva carrera com a astrònom, Curtis es va interessar molt per l'estudi del Sol i de fet va participar en onze expedicions per observar eclipsis, entre 1900 i 1932. No obstant això, els seus anys a Lick els havia dedicat principalment a fotografiar nebuloses espirals, amb el telescopi Crossley, i va ser precisament per aquests treballs que li van demanar que s'enfrontés a Shapley en el debat. Shapley va passar gran part de la seva vida com a director de diversos observatoris, més que com a astrònom al peu del telescopi. És ben conegut que va prendre les regnes de l'observatori de Harvard College com a successor de Pickering, molt poc després del debat del 1920. Es diu d'ell que fou qui va introduir Harvard, amb mà ferma, en el segle vint, i que allò va ser l’inici del que aquesta institució representa ara a escala mundial. En els anys de la postguerra va ser president de la Societat Astronòmica Americana i de l'Associació Americana per a l'Avenç de la Ciència.

No podem obviar que altres astrònoms contribuïren també amb dades i idees molt rellevants a “el gran debat” i, més en general, durant tota aquella època. Ja he esmentat en altres blogs, amb més que suficient detall, les importantíssimes contribucions de Henrietta Leavitt (1868-1921) i de Vesto Slipher (1875-1969), però cal parlar aquí també de Johannes C. Kapteyn (1851-1922), que va ser un defensor tota la seva vida d'una Via Làctia petita, amb el Sol al seu centre. L'aleshores famosíssim “univers de Kapteyn”, que durant anys va ser el model per excel·lència (el model estàndard, que en diríem ara), va impedir durant molt de temps qualsevol intent d'imaginar tan sols res semblant a la que seria la distribució correcta a gran escala d'estrelles i nebuloses, i la seva influència va romandre encara durant dècades després de la seva mort. Per altra banda tenim Adriaan van Maanen (1884-1946), qui fou el responsable de la majoria de les mesures de la rotació aparent de les nebuloses espirals, que li donaven uns valors excessivament grans i que després es va demostrar que eren totalment errònis. I això va impedir durant molt de temps que Shapley (entre d’altres) considerés la possibilitat de que les nebuloses estiguessin a grans distàncies. Doncs, per a poder tenir velocitats de rotació tan elevades, les nebuloses havien de ser necessàriament objectes relativament petits i estar relativament a prop; ja que, en cas contrari, les seves parts perifèriques estarien movent-se a velocitats superiors a la de la llum! (heus aquí l'argument). A més, la rotació, segons Maanen anava en sentit contrari al correctament obtés per Slipher anys abans. El seu aparell, a mont Wilson, portava escrita la llegenda “No l’usi sense consultar primer A. van Maanen”. Però Knut Lundmark (1889-1958), un astrònom visitant suec, el va fer servir uns anys després del debat per tornar a mesurar les plaques de Van Maanen. No va poder reproduir cap dels valors de les elevades velocitats de rotació d’aquest i, tot i que aquest punt és ara completament conegut per tothom, ningú no ha estat encara capaç d'explicar amb claredat què és el que Van Maanen va fer malament per equivocar-se tant. Lundmark va ser també el primer a escriure, el 1920, que algunes noves podrien ser tan brillants com per ser detectables fins i tot a milions d'anys llum de nosaltres. Va advocar una relació quadràtica entre el desplaçament cap al vermell i la distància, com s'esperava en un univers de De Sitter (i com també van fer molts més astrònoms de l’època), abans que Hubble i Lemaître presentessin de manera independent la llei lineal que ara porta els seus dos noms. Per a més informació, vegeu els meus blogs on parlo d’aquesta qüestió.

El debat

Tornant al debat, a la presentació, Shapley i Curtis van estar en desacord en almenys catorze qüestions, que Trimble detalla amb cura. Tots dos van intentar imposar amb vehemència els seus punts de vista durant les seves exposicions del matí, però ho van fer amb estils ben diferents. Testimonis directes comentaren que Curtis es va mostrar com un orador molt més experimentat de cara al públic. Tenia una àmplia experiència docent i s'havia preparat a consciència, mentre que Shapley sempre havia sigut bastant reticent a l'hora de donar conferències. Curtis estava molt ben organitzat i va usar diapositives per mostrar gràfiques i altres imatges, mentre que Shapley es limitava a recitar les seves notes. Shapley va defensar l'opinió ortodoxa que la Via Làctia era l'Univers sencer, mentre que Curtis va plantejar seriosos dubtes sobre això. Un dels arguments de Curtis va ser que s'havia trobat una concentració inusual d’estrelles noves a Andròmeda, cosa que apuntava la possibilitat que aquesta nebulosa espiral fos en si mateixa un altre món, un altre univers desconnectat de nosaltres i similar a la Via Làctia. Shapley deia que això no podia ser, perque s'havia observat una nova a Andròmeda que durant uns instants havia eclipsat tota la nebulosa. Si aquesta fos tan lluny com deia Curtis, l'estrella hauria d'haver emes una quantitat colosal, impossible, d'energia. Sigui com sigui, les cròniques coincideixen que ningú dels dos va guanyar el debat; cap dels dos astrònoms va poder convèncer l'oponent, ni l'audiència, amb els seus arguments. I, a la fi del dia, el resultat de la discussió científica va ser un empat.

Malgrat que els participants i assistents al debat varen continuar parlant-ne i escrivint sobre el mateix amb grans adjectius com “el famós debat”, “memorable sessió” o bé “discussió antològica”, durant diversos anys després que tingués lloc, el fet comprovat és que l'esdeveniment sembla que va atreure, en realitat, molt poca atenció per part de la premsa, ni tan sols de la científica, de l'època. Els historiadors no han estat capaços de localitzar més que un únic informe contemporani, del desembre del 1921. I a l'obituari escrit després de la mort de Curtis, l'esdeveniment no s'esmenta enlloc. Shapley, en la seva autobiografia del 1969, va afirmar que feia ja molt de temps que gairebé no recordava els fets. El primer record commemoratiu de l'esdeveniment data del 1951 i no va ser fins al 1960 que Otto Struve, escrivint en el 40è aniversari del debat, s'hi va referir com “un debat històric”; encara que sembla que Struve no el va poder pas presenciar en persona.

Resultats del debat

Parlant del resultat final, cada contrincant va expressar en algun moment l'opinió que creia que havia guanyat. Cosa que potser no és sorprenent, ja que cap d'ells va ser derrotat de manera clara. Va passar exactament com en un combat de boxa decidit als punts. La qüestió de quina és l'escala de distàncies correcta dins (i fora) de la Via Làctia ha continuat sent objecte de debat permanent des del 1920, i ho continua sent a hores d'ara, mentre escric aquestes línies (rellegiu, si us plau, el començament). Com ja he dit diverses vegades, es tracta d'un problema dificilíssim en astronomia i les cefeides, les candeles estàndards per excel·lència en aquell debat, només van constituir part de la solució. Les mesures de distàncies realitzades amb elles no són ni de bon tros tan precises com es creia aleshores. Només cal recordar que, emprant-les, Hubble i Lemaître van cometre, de manera independent, errors d’entre el 800% i el 1.000%, encara que llavors ningú no n’era conscient. D'acord amb els resultats més recents, la galàxia de Shapley era massa gran i la de Curtis massa petita (cosa que s’entén: ambdós portaven cap a extrems oposats les seves conclusions). Shapley va situar el Sol molt més correctament, fora del centre de la Via Làctia, mentre que Curtis el col·locava encara al bell mig d'aquesta.

En la qüestió de l'existència de galàxies externes separades, o “universos illa” (de Kant i altres escriptors), sí que Curtis es va apuntar un bon punt a favor, en defensar aquesta hipòtesi. Però ell mateix va haver d’admetre que era només una possibilitat i que “faltaven dades”, i no va aconseguir convèncer el seu oponent ni l'audiència sobre aquest tema. Sobre la nova d'Andròmeda que va esmentar Shapley, ja hem dit que Lundmark va ser el primer en obrir la possibilitat de que el fenòmen podès ser cert encara que l'estrella fos molt lluny, ja que en una explosió podia arribar a produir moltíssima energia. Finalment, la incògnita va ser resolta de manera clara per Öpik i Hubble, només un parell d'anys més tard, en situar Andròmeda fora de la Via Làctia, fins i tot fora de la galàxia inflada per Shapley! La reacció d'aquest a una carta que li va escriure Hubble, on li comunicava els seus resultats, va ser explicada en primera persona per una estudiant de doctorat de Harvard, Cecilia Payne-Gaposchkin, que era al seu despatx quan Shapley havia rebut la carta. Dirigint-se a ella (com va testificar posteriorment) i mentre brandava la carta a les seves mans li digué: “Aquesta és la carta que ha destruït el meu univers”. I a continuació afegí: “Vaig creure massa en els resultats de Maanen... després de tot, ell era el meu amic”. La Cecilia va aprendre una lliçó que no va oblidar en tota la seva vida.

Conclusions

Com ja he dit en començar, escric això exactament cent anys després d'"el gran debat” i confesso que, mentre ho faig, se m'està posant la pell de gallina de l’emoció de transportar-me a aquella època. Fou un moment màgic, transcendental. La tria del tema de debat ja va ser un gran encert, tot i que abans va haver de vèncer, com he explicat, altres propostes bastant més populars. Era llavors —i ho continua sent avui—impossible trobar un tema de major rellevància en cosmologia. De fet, el càlcul de distàncies mitjançant les cefeides va ser l'origen (com he dit en altres blogs) de la primera gran revolució cosmològica del segle vint. No ja la Terra, ni tot el sistema solar, sinó tota la nostra galàxia —el que era “l'Univers”, el món sencer, ara fa cent anys— estava a punt de convertir-se, de la nit al dia, en un puntet microscòpic, insignificant dins d'un Univers nou, sense centre i milions de vegades més gran.

De la mateixa manera que fa cent anys, amb els coneixements que es posseïen ja de la Via Làctia, van poder-se’n riure de valent de l'Univers d'Anaximandre, que situava les estrelles més a prop de nosaltres que el Sol, ara podríem també ridiculitzar els models de Kapteyn i de Maanen, adoptats llavors per tots els astrònoms, sense excepció, com a models oficials de l’època. Però no ho hauríem de fer mai, això de ridiculitzar-los: cada model pertany a la seva època, a les dades que es tenien en aquell moment. La lliçó de veritat és que els nostres magnífics models actuals tampoc seran els definitius i que els coneixements sobre l'Univers hauran canviat radicalment d'ací a cent anys, quan se celebrin els dos-cents anys d'"el gran debat".

Afegitó

Ara fa un segle, van ser les cefeides de Leavitt i els espectres de Slipher els que van aconseguir trencar aquell cercle viciós —un teufelskreis farcit de resultats erronis però que "quadraven perfectament" uns amb els altres i que ningú no podia pas posar en dubte— i eixamplar l'Univers fins a proporcions gegantines, inimaginables per a la ment humana. I dic això literalment, ja que la revolució cosmològica va anar molt més enllà del que cap gran pensador, visionari extravagant o autor de ciència-ficció havia estat mai capaç d'imaginar. Heus aquí un magnífic exemple de la teoria que el gran pensador E.O. Wilson defensa en el seu excel·lent llibre Els orígens de la creativitat humana. Afirma, en contra del que generalment es creu, que en algunes ocasions els descobriments de la Ciència van molt més enllà de tot allò que ningú no podria mai arribar a predir.

-----------------------------------------------

• Shapley, H.; Curtis, H.D. "The Scale of the Universe". Bull. Natl. Res. Counc., 2, 171–217 (1921).
• Gott, J.R., III; Juric, M.; Schlegel, D.; Hoyle, F.; Vogeley, M.; Tegmark, M.; Bahcall, N.; Brinkmann, J. "A Map of the Universe". Astrophys. J., 624, 463-484 (2005).
• Shu, F. The Physical Universe, An Introduction to Astronomy (University Science Books, Mill Valley, CA, EUA, 1982); p. 286.
• Great Debates in Astronomy, http://apod.nasa.gov/diamond_jubilee/debate.html  
• Trimble, V. The 1920 Shapley-Curtis Discussion: Background, Issues, and Aftermath, Publications of the Astronomical Society of the Pacific 107, 1133-1144 (1995).