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¿Cómo construir un universo?

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Por mucho que te esfuerces, nunca serás capaz de hacerte cargo de qué pequeño, qué espacialmente insignificante es un protón: sencillamente demasiado pequeño.
Un protón es una parte infinitesimal de un átomo, que es en sí mismo, por supuesto, una cosa insustancial. Los protones son tan pequeños que una pizquita de tinta, como el punto de esta «i», puede contener unos 500.000 millones de ellos, o bastante más del número de segundos necesarios para completar medio millón de años. Así que los protones son extraordinariamente microscópicos, por decir algo.
 
Ahora, imagínate, si puedes, y no puedes, claro, que aprietas uno de esos protones hasta reducirlo a una milmillonésima parte de su tamaño normal en un espacio tan pequeño que un protón pareciese enorme a su lado. Introduce después, en ese minúsculo espacio, una onza de materia. Muy bien. Ya estás en condiciones de poner un universo en marcha.
 
Estoy dando por supuesto, obviamente, que lo que quieres construir es un universo inflacionario. Si en vez de eso prefirieses construir un universo clásico más anticuado, tipo Gran Explosión, necesitarías materiales suplementarios. Necesitarías, en realidad, agrupar todo lo que hay (hasta la última mota y partícula de materia desde aquí hasta el límite de la creación) y apretarlo hasta reducirlo a un punto tan infinitesimalmente compacto que no tuviese absolutamente ninguna dimensión. A eso es a lo que se llama una singularidad.
 
En cualquier caso, prepárate para una explosión grande de verdad. Querrás retirarte a un lugar seguro para observar el espectáculo, como es natural. Por desgracia, no hay ningún lugar al que retirarse, porque no hay ningún lugar fuera de la singularidad. Cuando el universo empiece a expandirse, no lo hará para llenar un vacío mayor que él. El único espacio que existe es el que va creando al expandirse.
 
Es natural, pero erróneo, visualizar la singularidad como una especie de punto preñado que cuelga en un vacío ilimitado y oscuro. Pero no hay ningún espacio, no hay ninguna oscuridad. La singularidad no tiene nada a su alrededor, no hay espacio que pueda ocupar ni lugar. Ni siquiera cabe preguntar cuánto tiempo ha estado allí, si acaba de brotar a la existencia, como una buena idea, o si ha estado allí siempre, esperando tranquilamente el momento adecuado. El tiempo no existe. No hay ningún pasado del que surja.
 
Y así, partiendo de la nada, se inicia nuestro universo.
 
En una sola palpitación cegadora, un momento de gloria demasiado rápido y expansivo para que pueda expresarse con palabras, la singularidad adquiere dimensiones celestiales, un espacio inconcebible. El primer animado segundo, un segundo al que muchos cosmólogos consagraran carreras en que irán cortándolo en obleas cada vez más finas, produce la gravedad y las demás fuerzas que gobiernan la física. En menos de un minuto, el universo tiene un millón de miles de millones de kilómetros de anchura y sigue creciendo rápido. Hace ya mucho calor, 10.000 millones de grados, suficiente para que se inicien las reacciones nucleares que crean los elementos más ligeros, hidrógeno y helio principalmente, con un poquito de litio (un átomo de cada 100 millones). En tres minutos se ha producido el 98% de toda la materia que hay o que llegará a haber. Tenemos un universo. Es un lugar con las más asombrosas y gratificantes posibilidades, un lugar bello, además. Y se ha hecho todo en lo que se tarda en hacer un bocadillo.
 
Cuándo sucedió ese momento es motivo de cierto debate. Los cosmólogos llevan mucho tiempo discutiendo sobre si el momento de la creación fue hace 10.000 millones de años o el doble de esa cifra u otra cifra intermedia. La opinión más extendida parece apuntar hacia la cifra de unos 13.700 millones de años, pero estas cosas son notoriamente difíciles de medir, como veremos más adelante. Lo único que puede decirse, en realidad, es que en cierto punto indeterminado del pasado muy lejano, por razones desconocidas, se produjo el momento que la ciencia denomina t = 0. Estábamos de camino.
 
Hay, por supuesto, muchísimo que no sabemos. Y mucho de lo que creemos saber no lo hemos sabido, o creemos que no lo hemos sabido, durante mucho tiempo. Hasta la idea de la Gran Explosión es una idea muy reciente. Lleva rodando por ahí desde que, en la década de los veinte, Georges Lemaître, sacerdote e investigador belga, la propuso por primera vez de forma vacilante, pero no se convirtió en una noción activa en cosmología hasta mediados de los sesenta, en que dos jóvenes radioastrónomos hicieron un descubrimiento excepcional e involuntario.
 
Se llamaban Amo Penzias y Robert Wilson. En 1965, estaban intentando utilizar una gran antena de comunicaciones propiedad de Laboratorios Bell de Holmdel (Nueva Jersey), pero había un ruido de fondo persistente que no les dejaba en paz, un silbido constante y agobiante que hacía imposible el trabajo experimental. El ruido era continuo y difuso.
 
Llegaba de todos los puntos del cielo, día y noche, en todas las estaciones. Los jóvenes astrónomos hicieron durante un año todo lo que se les ocurrió para localizar el origen del ruido y eliminarlo.
 
Revisaron todo el sistema eléctrico. Desmontaron y volvieron a montar los instrumentos, comprobaron circuitos, menearon cables, limpiaron enchufes... Se subieron a la antena parabólica y pusieron cinta aislante en todas las juntas y en todos los remaches. Volvieron a subirse a la antena con escobillas y útiles de limpieza y la repasaron cuidadosamente para limpiarla de lo que, en un artículo posterior, denominaron «material dieléctrico blanco», que es lo que más vulgarmente se conoce como mierda de pájaro. Todo fue en vano.
 
Aunque ellos no lo sabían, a sólo 50 kilómetros de distancia, en la Universidad de Princeton, había un equipo de científicos dirigidos por Robert Dicke que estaba intentando encontrar precisamente aquello de lo que ellos se afanaban tanto por librarse.
 
Los investigadores de Princeton estaban trabajando en una idea propuesta por primera vez en los años cuarenta por el astrofísico de origen ruso George Gamow: si mirabas a suficiente profundidad en el espacio, encontrarías restos de la radiación cósmica de fondo dejada por la Gran Explosión. Gamow calculaba que la radiación, después de haber recorrido la inmensidad del cosmos, llegaría a la Tierra en forma de microondas. En un artículo más reciente, había sugerido incluso un instrumento que podría realizar la tarea: la antena de Bell de Holmdel. Por desgracia, ni Penzias ni Wilson ni ninguno de los miembros del equipo de Princeton había leído el artículo de Gamow.
 
El ruido que Penzias y Wilson estaban oyendo era, por supuesto, el ruido que había postulado Gamow. Habían encontrado el borde del universo, o al menos la parte visible de él, a unos 8.640 trillones de kilómetros de distancia. Estaban «viendo» los primeros fotones (la luz más antigua del universo), aunque el tiempo y la distancia los habían convertido en microondas, tal como había predicho Gamow. Alan Guth, en su libro El universo inflacionario , aporta una analogía que ayuda a situar en perspectiva este descubrimiento. Imagínate que atisbar las profundidades del universo fuese algo parecido a ponerte a mirar hacia abajo desde la planta 100 del Empire State (representando la planta 100 el momento actual y, el nivel de la calle, el instante de la Gran Explosión), cuando Wilson y Penzias realizan su descubrimiento, las galaxias más lejanas que habían llegado a detectarse se hallaban aproximadamente en la planta 60 y los objetos más lejanos (quásares) estaban aproximadamente en la planta 20. El hallazgo de Penzias y Wilson situaba nuestro conocimiento del universo visible a poco más de un centímetro del suelo del vestíbulo.
 
Wilson y Penzias, que aún seguían sin saber cuál era la causa de aquel ruido, telefonearon a Dicke a Princeton y le explicaron su problema con la esperanza de que pudiese darles alguna solución. Dicke se dio cuenta inmediatamente de qué era lo que habían encontrado los dos jóvenes. «Bueno, muchachos, se nos acaban de adelantar», explicó a sus colegas cuando colgó el teléfono. Poco después, la revista Astrophysical Journal publicó dos artículos: uno de Penzias y Wilson, en el que describían su experiencia con el silbido, el otro del equipo de Dicke, explicando la naturaleza del mismo. Aunque Penzias y Wilson no buscaban la radiación cósmica de fondo, no sabían lo que era cuando la encontraron y no habían descrito ni interpretado su naturaleza en ningún artículo, recibieron el Premio Nobel de Física en 1978. Los investigadores de Princeton sólo consiguieron simpatías. Según Dennis Overbye en Corazones solitarios en el cosmos , ni Penzias ni Wilson entendieron nada de lo que significaba su descubrimiento hasta que leyeron sobre el asunto en el New York Times.
 
Por otra parte, la perturbación causada por la radiación cósmica de fondo es algo que todos hemos experimentado alguna vez. Si conectas la televisión a cualquier canal que tu aparato no capte, aproximadamente un 1% de los ruidos estáticos danzantes que veas se explican por ese viejo residuo de la Gran Explosión. La próxima vez que te quejes de que no hay nada que ver, recuerda que siempre puedes echar un vistazo al nacimiento del universo.
 
Aunque todo el mundo la llama la Gran Explosión, muchos libros nos previenen de que no debemos concebirla como una explosión en el sentido convencional. Fue, más bien, una expansión vasta y súbita, a una escala descomunal. ¿Qué la provocó?
  
Hay quien piensa que quizá la singularidad fuese la reliquia de un universo anterior que se había colapsado, que el nuestro es sólo uno de los universos de un eterno ciclo de expansión y colapso, algo parecido a la bolsa de una máquina de oxígeno. Otros atribuyen la Gran Explosión a lo que denominan «falso vacío», «campo escalar» o «energía de vacío», cierta cualidad o cosa, en realidad, que introdujo una medida de inestabilidad en la nada que existía. Parece imposible que se pueda sacar algo de la nada, pero el hecho de que una vez no había nada y ahora hay un universo constituye una prueba evidente de que se puede. Es posible que nuestro universo sea simplemente parte de muchos universos mayores, algunos de diferentes dimensiones, y que estén produciéndose continuamente y en todos los lugares grandes explosiones. También es posible que el espacio y el tiempo tuviesen otras formas completamente distintas antes de la Gran Explosión, formas demasiado extrañas para que podamos concebirlas, y que la Gran Explosión represente una especie de fase de transición, en que el universo pasó de una forma que no podemos entender a una forma que casi comprendemos. «Estas cuestiones están muy próximas a las cuestiones religiosas», dijo, en el año 2001 al New York Times, el doctor Andrei Linde, un cosmólogo de Stanford.
  
La teoría de la Gran Explosión no trata de la explosión propiamente dicha, sino de lo que sucedió después de la explosión. No mucho después, por supuesto. Aplicando en gran medida las matemáticas y observando detenidamente lo que sucede en los aceleradores de partículas, los científicos creen que pueden retroceder hasta 10-43 segundos después del momento de la creación, cuando el universo era aún tan pequeño que habría hecho falta un microscopio para localizarlo.
  
No hay por qué desmayarse tras cada número extraordinario que aparece ante nosotros, pero quizá merezca la pena detenerse en alguno de ellos cada tanto, sólo para hacerse cargo de su amplitud asombrosa e inabarcable. Así, 10-43 es
  
0,0000000000000000000000000000000000000000001
  
o una diezmillonésima de millardos de millardos de segundos.
  
Casi todo lo que sabemos o creemos saber sobre los primeros instantes del universo se lo debemos a una idea llamada teoría de la inflación, que propuso por primera vez un joven físico de partículas llamado Alan Guth, quien estaba por entonces (1979) en Stanford y ahora está en el MIT (Instituto Tecnológico de Massachussets). Tenía treinta y dos años y, según confiesa él mismo, nunca había hecho gran cosa antes. Probablemente no se le habría ocurrido jamás su gran teoría si no hubiese asistido a una conferencia sobre la Gran Explosión que pronunció nada menos que Robert Dicke. La conferencia impulsó a Guth a interesarse por la cosmología y, en particular, por el nacimiento del universo.
  
De ello resultó la teoría de la inflación, que sostiene que el universo experimentó una expansión súbita y espectacular una fracción de instante después del alba de la creación. Se hinchó, huyó en realidad consigo mismo, duplicando su tamaño cada 10-34 segundos. El episodio completo tal vez no durase más de 10-30 segundos, es decir, una millonésima de millones de millones de millones de millones de millones de segundo, pero modificó el universo, haciéndolo pasar de algo que podías tener en la mano a algo como mínimo 10.000.000.000.000.000.000.000.000 veces mayor.
  
La teoría de la inflación explica las ondas y los remolinos que hacen posible nuestro universo. Sin ello, no habría aglutinaciones de materia y, por tanto, no existirían las estrellas, sólo gas a la deriva y oscuridad eterna.
  
Según la teoría de Guth, tras una diezmillonésima de billonésima de billonésima de segundo, surgió la gravedad. Tras otro intervalo ridículamente breve se le unieron el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil, es decir, la materia de la física. Un instante después se les unieron montones de partículas elementales, es decir, la materia de la materia. De no haber nada en absoluto, se pasó a haber de pronto enjambres de fotones, protones, electrones, neutrones y mucho más..., entre 10 79 y 10 89 de cada, de acuerdo con la teoría clásica de la Gran Explosión. Tales cantidades son, por supuesto, inaprensibles. Basta con saber que, en un solo instante retumbante, pasamos a estar dotados de un universo que era enorme (un mínimo de 100.000 millones de años luz de amplitud, según la teoría, pero posiblemente cualquier tamaño a partir de ahí hasta el infinito) y estaba en perfectas condiciones para la creación de estrellas, galaxias y otros sistemas complejos.
 
Lo extraordinario, desde nuestro punto de vista, es lo bien que resultó la cosa para nosotros. Si el universo se hubiese formado de un modo sólo un poquito diferente (Si la gravedad fuese una fracción más fuerte o más débil, si la expansión hubiese sido sólo un poco más lenta o más rápida), nunca podría haber habido elementos estables para hacernos a ti, a mí y el suelo en que nos apoyamos. Si la gravedad hubiese sido una pizca más fuerte, el propio universo podría haber colapsado como una tienda de campaña mal montada al no tener con exactitud los valores adecuados para proporcionar las dimensiones, la densidad y los elementos necesarios. Y si hubiese sido más débil, no habría llegado a fusionarse en absoluto. El universo se habría mantenido eternamente vacío e inerte, desparramado. 
 
 Éste es uno de los motivos de que algunos especialistas crean que puede haber habido muchas otras grandes explosiones, tal vez trillones y trillones de ellas, esparcidas a lo largo y ancho de la imponente extensión de la eternidad, y que la razón de que existamos en esta concreta es que es una en la que podíamos existir. Como dijo en cierta ocasión Edward P. Tryon, de la Universidad de Columbia: «Como respuesta a la pregunta de por qué sucedió, ofrezco la humilde propuesta de que nuestro universo es simplemente una de esas cosas que pasan de cuando en cuando». A lo que añadió Guth: «Aunque la creación de un universo pudiese ser muy improbable, Tryon resaltó que nadie había contado los intentos fallidos».
  
Martin Rees, astrónomo real inglés, cree que hay muchos universos, quizás un número infinito, cada uno con atributos distintos, en combinaciones distintas, y que nosotros simplemente vivimos en uno que combina las cosas de manera tal que nos permite existir en él. Establece una analogía con una tienda de ropa muy grande: «Si hay grandes existencias de ropa, no te sorprende encontrar un traje que te valga. Si hay muchos universos, regidos cada uno de ellos por un conjunto de números distintos, habrá uno en el que exista un conjunto determinado de números apropiados para la vida. Nosotros estamos en ése».
 
Rees sostiene que hay seis números en concreto que rigen nuestro universo y que, si cualquiera de esos valores se modificase, incluso muy levemente, las cosas no podrían ser como son. Por ejemplo, para que el universo exista como existe, hace falta que el hidrógeno se convierta en helio de un modo preciso pero majestuoso en comparación (específicamente, convirtiendo siete milésimas de su masa en energía>. Con un descenso muy leve de ese valor (de 0,007% a 0,006%, por ejemplo) no se producirá ninguna transformación. El universo consistiría en hidrógeno y nada más. Si se eleva el valor muy ligeramente (hasta un 0,008%), los enlaces serían tan desmedidamente prolíficos que haría ya mucho tiempo que se habría agotado el hidrógeno. En cualquiera de los dos casos, bastaría dar un pellizco insignificante a los números del universo tal como lo conocemos y necesitamos y el universo no existiría.
  
Debería decir que todo es exactamente como debe ser hasta ahora. A la larga, la gravedad puede llegar a ser un poquito demasiado fuerte; un día se puede detener la expansión del universo y éste puede colapsar sobre sí mismo, hasta reducirse a otra singularidad, posiblemente para iniciar de nuevo todo el proceso. Por otra parte, puede ser demasiado débil, en cuyo caso el universo seguirá alejándose eternamente, hasta que todo esté tan separado que no haya ninguna posibilidad de interacciones materiales, de forma que el universo se convierta en un lugar muy espacioso pero inerte y muerto. La tercera opción es que la gravedad se mantenga en su punto justo («densidad crítica» es el término que emplean los cosmólogos) y que mantenga unido el universo exactamente con las dimensiones adecuadas para permitir que todo siga así indefinidamente. Algunos cosmólogos llaman a este fenómeno el «efecto Ricitos de Oro», que significa que todo es exactamente como debe ser. (Diré, para que conste, que estos tres universos posibles se denominan, respectivamente, cerrado, abierto y plano.)
 
Ahora bien, lo que se nos ha ocurrido a todos en algún momento es lo siguiente: ¿qué pasaría si viajases hasta el borde del universo y asomases la cabeza, como si dijéramos, por entre las cortinas?, ¿dónde estarías si no estabas ya en el universo? y ¿qué verías más allá? La respuesta es decepcionante: nunca podremos llegar hasta el borde del universo. La razón no es que te llevaría demasiado tiempo alcanzarlo, aunque por supuesto así sería, sino que, aunque viajases y viajases hacia fuera en línea recta, indefinida y obstinadamente, nunca verías una frontera exterior.
 
En vez de eso, volverías adonde empezaste, momento en que es de suponer que perderías el ánimo y renunciarías a seguir. El motivo de esto es que, de acuerdo con la teoría de la relatividad de Einstein, a la que llegaremos a su debido tiempo, el universo se alabea de una forma que no somos capaces de concebir apropiadamente. Basta que sepamos, por el momento, que no vamos a la deriva en una burbuja grande y en perpetua expansión. El espacio se curva, en realidad, de un modo que le permite no tener límites pero ser al mismo tiempo finito. Ni siquiera podemos decir propiamente que se esté expandiendo, porque, como nos indica el físico y premio Nobel Steven Weinberg, «los sistemas solares y las galaxias no se están expandiendo, y el espacio no se está expandiendo». Lo que sucede es más bien que las galaxias se apartan unas de otras. Todo eso es una especie de desafío a la intuición. O como dijo el biólogo J. B. S. Haldane en un comentario famoso: «El universo no sólo es más raro de lo que suponemos. Es más raro de lo que podemos suponer».
  
La analogía a la que se suele recurrir para explicar la curvatura del espacio es intentar imaginar que a alguien de un universo de superficies planas, que nunca hubiese visto una esfera, le trajesen a la Tierra. Por muy lejos que llegase a desplazarse por la superficie del planeta, jamás encontraría el borde. Podría acabar volviendo al punto del que hubiese partido y, por supuesto, no sabría explicarse cómo había sucedido tal cosa. Pues bien, nosotros en el espacio nos hallamos en la misma situación que nuestro desconcertado habitante de Planilandia, sólo que lo que nos despista es una dimensión superior.
  
Así como no hay ningún lugar en el que se pueda encontrar el borde del universo, tampoco hay ninguno en cuyo centro podamos plantarnos y decir: «Aquí es donde empezó todo. Este es el punto más central de todos». Estamos todos en el centro de todo. La verdad es que no lo sabemos con certeza; no podemos demostrarlo matemáticamente. Los científicos se limitan a suponer que no podemos ser en realidad el centro del universo, piensa lo que eso entrañaría, sino que el fenómeno debe de ser el mismo para todos los observadores de todos los lugares. Sin embargo, lo cierto es que no lo sabemos.
 
 
Para nosotros, el universo sólo llega hasta donde ha viajado la luz en los miles de millones de años transcurridos desde que se formó. Este universo visible (el universo que conocemos y del que podemos hablar) tiene 1.600.000.000.000.000.000.000.000 de kilómetros de amplitud. Pero, de acuerdo con la mayor parte de las teorías, el universo en su conjunto (el metauniverso, como se le llama a veces) es enormemente más amplio. Según Rees, el número de años luz que hay hasta el borde de ese universo mayor y no visto se escribiría no «con 10 ceros, ni siquiera con un centenar, sino con millones». En suma, hay más espacio del qué se puede imaginar sin necesidad de plantearse el problema de intentar divisar un más allá suplementario.
  
La teoría de la Gran Explosión tuvo durante mucho tiempo un gran agujero que atribuló a mucha gente: me refiero a que no podía empezar a explicar cómo llegamos hasta aquí. Aunque el 98% de toda la materia que existe se creó durante la Gran Explosión, esa materia consistía exclusivamente en gases ligeros: el helio, el hidrógeno y el litio que antes mencionamos. Ni una sola partícula de la materia pesada tan vital para nuestro ser (carbono, nitrógeno, oxígeno y todo lo demás) surgió del brebaje gaseoso de la creación. Pero, y ahí está el punto problemático, para que se formen esos elementos pesados se necesita el tipo de calor y de energía que desprende una gran explosión. Sin embargo, ha habido sólo una Gran Explosión y ella no los produjo, así que ¿de dónde vinieron? Curiosamente, el individuo que encontró la solución a estos problemas fue un cosmólogo que despreciaba cordialmente la Gran Explosión como teoría y que acuñó dicho término sarcásticamente para burlarse de ella.
 
Trataremos de este científico en breve, pero, antes de abordar la cuestión de cómo llegamos hasta aquí, tal vez merezca la pena dedicar unos minutos a considerar dónde es exactamente «aquí».