Artículos sobre ciencia y tecnología de Mauricio-José Schwarz publicados originalmente en El Correo y otros diarios del Grupo Vocento

febrero 21, 2007

El principio de todo

En el principio hubo una gran explosión, después vinieron los físicos a tratar de entenderla, explicarla y preguntarse a dónde va.

Cronograma del universo y la sonda WMAP.
(Imagen D.P. de la Nasa, traducción de Luis Fernández
García, via Wikimedia Commons)
El origen de cuanto nos rodea es una de las preguntas esenciales de la humanidad. Todos los mitos comienzan con una visión de la creación del mundo o el universo. La filosofía y la ciencia también han enfrentado el problema que presenta la sola existencia de "algo". Hoy en día, la ciencia cuenta con una teoría desarrollada y fundamentada en las observaciones que hemos realizado, y que propone una explicación al origen del universo, la llamada "Teoría del Big Bang" o "Teoría de la Gran Explosión", que postula que hubo un momento preciso en el que se dio una gigantesca explosión en la cual se creó todo nuestro universo: la materia, el espacio y el tiempo. Esta idea se ha difundido desde los años 50, y la frase "big bang" es ya parte del habla común. Sin embargo, es oportuno señalar cómo se llegó a esta teoría y cómo se ha comprobado hasta permitirnos decir que es la mejor forma que tenemos para explicar el origen del universo.

Cuando no se sabía que las "nebulosas espirales" eran galaxias, se observó que dichas nebulosas se estaban alejando de la Tierra. Con base en esto y en los desarrollos de las ecuaciones de Einstein de la relatividad general de matemáticos como el ruso Alexander Friedmann en 1922, el sacerdote católico belga Georges Lemaître propuso en 1927 que el universo había comenzado como un "átomo primordial". Por entonces, el astrónomo estadounidense Edwin Hubble, que da su nombre al famoso telescopio orbital, había anunciado que las nebulosas eran galaxias muy lejanas, y en 1929 dio a conocer que el universo estaba en expansión, algo que era coherente con las ecuaciones de Einstein, pero también era una observación que confirmaba la teoría del "Big Bang". Si todo el universo estaba en expansión hacia todas partes a la vez, es lógico pensar que en un momento dado estuvo todo en el mismo sitio. Si pasáramos la película del desarrollo del universo hacia atrás, el universo se contraería hasta que, en un momento dado, que se ha calculado que ocurrió hace unos 13.700 millones de años, todo estaría concentrado en un mismo punto.

Había otras teorías de la física que pretendían explicar el universo, por supuesto, entendiendo "teoría" no como una suposición, especulación o conjetura, que se como utilizamos la palabra en el habla cotidiana, sino como la plantea la ciencia: un modelo de la forma de interacción de un conjunto de fenómenos naturales capaz de predecir acontecimientos y observaciones, y que está planteado de tal forma que pueda demostrarse que es falso en caso de que lo sea. De hecho, las ecuaciones de Friedmann eran compatibles con dos teorías, la del "estado estable" de Fred Hoyle y la del "átomo primordial". Para saber cuál describía mejor al universo, había que esperar nuevos datos.

La teoría del Big Bang implicaba que el universo, en sus primeras etapas, era un plasma muy caliente de fotones, electrones y bariones (familia de partículas subatómicas que incluye a los protones y neutrones). Al expandirse y enfriarse el universo, siempre según esta teoría, los fotones de aquel plasma se disociarían de la materia y se enfriarían, y por tanto debería existir una radiación cósmica de microondas de fondo en todo el universo observable, formada por dichos fotones, con características muy precisas. En 1965, los astrofísicos Arno Penzias y Robert Woodrow Wilson realizaron observaciones de radioastronomía que mostraban un exceso de temperatura en la radiación que, se demostró pronto, no era sino la observación directa de la radiación cósmica de fondo, una radiación que era exactamente como la había predicho la teoría del Big Bang. Este descubrimiento le valió el Nobel de Física a Penzias y Wilson en 1978. En los años 70, mediciones más finas de la radiación cósmica de fondo establecieron que era, efectivamente, el "eco" o los restos observables de la gran explosión, y sus características eran tales que ninguna otra de las teorías desarrolladas hasta el momento podían explicar. Desde entonces, los avances tecnológicos han permitido hacer observaciones adicionales que confirman la teoría del Big Bang y amplían lo que sabemos. Al mismo tiempo, como suele ocurrir en la ciencia, abren una enorme cantidad de nuevas interrogantes que antes ni siquiera sabíamos que existían, como la existencia de la "energía oscura".

La parte más extraña de la teoría del Big Bang es, sin duda, lo que había al momento de la gran explosión. Si el tiempo y el espacio se iniciaron precisamente al ocurrir la explosión, la pregunta "¿qué había antes allí?" carece de sentido, porque no había un "antes" al no existir el tiempo. Queda por saber qué hizo explosión para dar origen a nuestro universo. La teoría de la relatividad general dice que se trataría de lo que los físicos llaman uns "singularidad", un punto donde las cantidades que se usan para medir el campo gravitacional (la curvatura del tiempo o la densidad de la materia) se vuelven infinitas. Los agujeros negros son pequeñas singularidades, de modo que se puede decir que el universo comenzó con un enorme agujero negro en el que estaban compactados la materia, el tiempo y el espacio. Por qué hizo explosión tal singularidad es una pregunta que, sin embargo, aún estamos muy lejos de poder intentar responder con alguna certeza.

Lo mismo pasa con lo que le ocurrirá después al universo, aunque la solución es, en principio, más sencilla, pues depende de la cantidad de materia que contiene y de su velocidad de expansión, y hay dos especulaciones principales. Si tiene suficiente masa y una velocidad correspondientemente "lenta", la expansión del universo se detendrá en algún momento y empezará el "gran aplastamiento", con el universo contrayéndose hasta convertirse nuevamente en una singularidad. Pero si la velocidad es demasiado alta y la masa insuficiente, el universo se expandirá eternamente, desordenándose cada vez más de acuerdo con las leyes de la termodinámica y enfriándose cada vez más, acercándose al cero absoluto, posibilida que se llama, como corresponde el "gran congelamiento". O podría pasar otra cosa que hoy ni siquiera nos podemos imaginar.

El nombre era una broma


En 1949, Fred Hoyle se refirió burlonamente a la teoría del "átomo primordial" de Lemaitre como "this big bang idea" ("esta idea de una gran explosión"). A Hoyle le pareció que su chiste era bueno para denigrar la teoría opositora y lo repitió en 1950. Al poco tiempo, no sólo se demostraba que la teoría de Lemaitre era la más precisa, sino que el nombre "big bang" era adoptado por los físicos como una descripción sencilla, corta y clara de lo que ocurrió en ese primer instante.

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