Chapter Content
¡Ay, Dios mío! ¿Por dónde empiezo? A ver, a ver... imagínate, ¿no?, que te dicen que un protón, esa cosita diminuta que forma parte de los átomos, es increíblemente, pero increíblemente pequeño. O sea, no te haces a la idea. Es que es minúsculo, vaya. Una gota de tinta, así, como la del puntito de la "i", ¿sabes?, puede contener, ¡agárrate!, unos quinientos mil millones de protones. ¡Madre mía! ¡Una barbaridad!
Ahora, imagina, porque esto es pura imaginación, ¿eh?, que puedes, no sé, ¡achicar un protón! Así, como si tuvieras un mando a distancia mágico, y lo reduces a una milmillonésima parte de su tamaño original. ¡Imagínate lo pequeño que sería! Y luego, metes en ese espacio tan, tan, pero tan pequeño, unos treinta gramos de materia. ¡Voilà! ¡Ya estás listo para crear un universo!
Claro, supongo que querrás un universo que se expanda, ¿no? Pero bueno, si te conformas con un universo más a la antigua, más... "big bang" clásico, necesitas un poco más de material. De hecho, necesitas juntar todo lo que existe, ¡todo! Desde ahora hasta el mismísimo momento de la creación, cada partícula, y meterlo todo en un lugar que, vamos, no tiene ni tamaño. Eso es lo que se llama una singularidad. ¡Qué nombrecito!
En cualquier caso, prepárate para una explosión, ¡pero una explosión de verdad! Y claro, lo lógico sería buscar un sitio seguro para ver el espectáculo, ¿no? Pues... ¡mala suerte! No hay dónde esconderse, porque fuera de la singularidad no hay nada, ¡absolutamente nada! Cuando el universo empieza a expandirse, no se extiende hacia afuera, llenando un espacio más grande. No, no, no. El espacio que llena es el espacio que va creando a medida que se expande.
Es que, mira, tendemos a pensar en la singularidad como una mota suspendida en la nada oscura e infinita, ¿verdad? Pues no. No hay espacio, no hay oscuridad. No hay "alrededores" de la singularidad. No hay ni sitio para que esté, ni lugar para que exista. Es que ni siquiera podemos preguntar cuánto tiempo llevaba ahí... si surgió de repente, como una idea genial, o si siempre estuvo ahí, esperando el momento oportuno. ¡Es que el tiempo no existía! No viene de un pasado, ¡nació ahí!
Y así, de la nada, surgió nuestro universo.
En un instante, un momento de luz tan rápido y tan vasto que es imposible describirlo con palabras, la singularidad se hincha, ¡explota!, creando un espacio inimaginable. En ese primer segundo, ¡pero primerísimo! (que algunos científicos se pasan la vida intentando dividir en partes cada vez más pequeñas), se originan la gravedad y las demás fuerzas que rigen la física. En menos de un minuto, el universo ya tiene un diámetro de dieciséis billones de kilómetros, ¡y sigue creciendo a toda pastilla! Se genera un calor impresionante, temperaturas de diez mil millones de grados centígrados, ¡una locura!, suficiente para que se produzcan reacciones nucleares y se creen los elementos más ligeros: principalmente hidrógeno y helio, con un poquito de litio, así, como quien no quiere la cosa. Tres minutos después, el 98% de la materia que existe, o que existirá, ya está hecha. ¡Tachán! Ya tenemos un universo. Un sitio... precioso, de verdad. Y todo esto, ¡ojo!, en el tiempo que tardas en prepararte un sándwich, más o menos.
Ahora, claro, cuándo ocurrió exactamente este momentazo es un tema que sigue generando debate. ¿Hace diez mil millones de años? ¿Veinte mil millones? ¿Entre diez y veinte mil millones? Los cosmólogos se han pasado la vida discutiendo sobre esto. Parece que la cifra que más gusta ahora es la de trece mil setecientos millones de años, pero bueno, ya veremos más adelante que estas cosas son muy difíciles de calcular. Digamos que, en algún momento indefinido del pasado remoto, por razones que desconocemos, llegó ese instante que la ciencia llama t=0. Y ahí... ¡empezó la fiesta!
Obviamente, hay un montón de cosas que no sabemos, y otras tantas que creíamos saber, pero resulta que no. La teoría del Big Bang, por ejemplo, es relativamente reciente. La idea lleva rondando desde los años veinte, cuando un cura y científico belga llamado Georges Lemaître la propuso por primera vez. Pero no fue hasta mediados de los años sesenta que la teoría empezó a tomar fuerza en la comunidad científica. Y fue gracias a un descubrimiento casual de dos jóvenes radioastrónomos.
Se llamaban Arno Penzias y Robert Wilson. En 1965, estaban trabajando en los Laboratorios Bell de Holmdel, en Nueva Jersey, Estados Unidos, intentando usar una antena de comunicaciones gigante. Pero... ¡ay!, una interferencia constante, un ruido de fondo, como un siseo suave y persistente, les estaba fastidiando todos los experimentos. El ruido era constante, venía de todas partes del cielo, día y noche, durante todo el año. Un año entero se pasaron los pobres intentando rastrear y eliminar el dichoso ruido. Revisaron todos los sistemas eléctricos, volvieron a montar los aparatos, comprobaron los cables, limpiaron el polvo de las conexiones... Se subieron a la antena parabólica, taparon cada junta, cada remache con cinta aislante... ¡De todo! Incluso volvieron a subir con escobas y trapos para limpiar cuidadosamente lo que en un artículo científico describieron como "material dieléctrico blanco", que, vamos, era caca de pájaro, para que nos entendamos. Pero nada, ¡el ruido seguía ahí!
Lo que ellos no sabían es que, a unos cincuenta kilómetros de distancia, en la Universidad de Princeton, un grupo de científicos liderado por Robert Dicke estaba buscando, precisamente, lo que Penzias y Wilson intentaban eliminar. Los investigadores de Princeton estaban trabajando en una idea propuesta en los años cuarenta por el astrofísico ruso George Gamow: que si mirabas lo suficientemente lejos en el espacio, encontrarías un eco, una radiación cósmica de fondo, que era el residuo del Big Bang. Gamow calculó que esa radiación, después de viajar por todo el universo, llegaría a la Tierra en forma de microondas. ¡Incluso sugirió, en un artículo científico, que se podía detectar con un aparato como la antena Bell de Holmdel! El problema es que ni Penzias y Wilson, ni nadie del equipo de Princeton, habían leído el artículo de Gamow. ¡Qué cosas!
El ruido que oían Penzias y Wilson era, ¡exactamente!, lo que había predicho Gamow. Habían encontrado el borde del universo, o al menos, la parte visible, que está a unos quince mil millones de años luz. Estaban, digamos, "viendo" los primeros fotones, la luz más antigua del universo, que el tiempo y la distancia habían transformado en microondas, tal como Gamow había predicho. Alan Guth, en su libro "El Universo Inflacionario", usa una analogía muy buena para poner este descubrimiento en perspectiva. Imagina que mirar al universo profundo es como mirar desde el piso cien del Empire State Building en Nueva York. Si el piso cien representa el presente, y la calle representa el momento del Big Bang, los astrónomos, antes del descubrimiento de Penzias y Wilson, habían detectado las galaxias más lejanas, que estarían, más o menos, en el piso sesenta, y los objetos más remotos, los cuásares, que estarían en el piso veinte. ¡Pues bien, el descubrimiento de Penzias y Wilson nos acercó a menos de un centímetro del suelo del vestíbulo! ¡Casi nada!
Como Penzias y Wilson no conseguían entender de dónde venía el ruido, llamaron a Dicke, en Princeton, y le contaron el problema, a ver si él tenía alguna explicación. Dicke se dio cuenta al instante de lo que habían encontrado los dos jóvenes. "¡Vaya, nos han ganado!", le dijo a sus colegas al colgar el teléfono.
Poco después, la revista "The Astrophysical Journal" publicó dos artículos: uno de Penzias y Wilson, describiendo su experiencia con el siseo, y otro del equipo de Dicke, explicando de qué se trataba. A pesar de que Penzias y Wilson no estaban buscando la radiación cósmica de fondo, no sabían qué era cuando la encontraron, y no escribieron ningún artículo explicando su naturaleza, ganaron el Premio Nobel de Física en 1978. ¡Olé ellos! El equipo de Princeton, bueno, se tuvo que conformar con la consolación. Según Dennis Overbye, en su libro "Lonely Hearts of the Cosmos", ni Penzias ni Wilson eran conscientes de la importancia de su descubrimiento hasta que vieron un reportaje en "The New York Times". ¡Toma ya!
Por cierto, todos hemos experimentado la interferencia de la radiación cósmica de fondo. Sintoniza tu televisor en un canal que no reciba señal. Aproximadamente el 1% de esa estática que ves, esos puntitos blancos y negros, es el residuo de aquel Big Bang primitivo. Así que, la próxima vez que te quejes de que no se ve bien la tele, recuerda que estás viendo el nacimiento del universo. ¡Menuda cosa!
Y bueno, aunque todo el mundo lo llama Big Bang, muchos libros nos recuerdan que no debemos pensar en él como una explosión normal y corriente, sino como una expansión repentina de dimensiones y proporciones inimaginables. Pero entonces, ¿qué lo causó? ¿Por qué pasó?
Algunos creen que la singularidad podría ser el residuo de un universo anterior que se destruyó. Que nuestro universo es solo uno de una serie de universos que se expanden y se contraen cíclicamente, como los globos de una máquina de oxígeno. Otros atribuyen el Big Bang a un "falso vacío", o un "campo escalar", o "energía del vacío". En fin, alguna sustancia o entidad que introdujo una cierta inestabilidad en la nada que existía en aquel momento. Que algo surja de la nada parece poco probable, pero bueno, antes no había universo y ahora sí, así que... ¡posible es! Puede que nuestro universo sea solo una parte de un conjunto mucho mayor de universos de distintos tamaños, con Big Bangs ocurriendo por todas partes. O quizás, antes del Big Bang, el tiempo y el espacio tenían una forma completamente diferente, tan desconocida para nosotros que no podemos ni imaginarla. El Big Bang sería una especie de transición, un paso de una forma que no podemos comprender a una forma que casi podemos entender. "Es algo muy parecido a una cuestión religiosa", le dijo en 2001 el cosmólogo Andrei Linde, de la Universidad de Stanford, a un periodista de "The New York Times". ¡Qué fuerte!
La teoría del Big Bang no trata sobre la explosión en sí, sino sobre lo que ocurrió después. Y ojo, ¡poco después! Los científicos han hecho un montón de cálculos, han observado atentamente lo que ocurre en los aceleradores de partículas, y creen que pueden remontarse hasta 10 elevado a la menos 43 segundos después de la explosión. En ese momento, el universo era tan pequeño que se podría ver con un microscopio. No hace falta que nos volvamos locos con todos los números raros que nos encontremos, pero a veces está bien entender uno, aunque sea solo para no olvidar lo difícil de comprender y lo asombroso que es todo. Así que, 10 elevado a la menos 43 segundos es 0,000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 1 segundos. ¡Una cosa de locos! Lo que sabemos, o creemos saber, sobre los primeros momentos del universo, se lo debemos, en gran parte, a la teoría de la inflación, que propuso por primera vez en 1979 un joven físico de partículas llamado Alan Guth. Trabajaba en la Universidad de Stanford, y ahora está en el MIT. Tenía treinta y dos años, y él mismo reconocía que no había hecho grandes cosas antes. Y si no hubiera ido a una charla sobre el Big Bang, probablemente nunca habría tenido esa gran idea. ¡Y la charla la daba, ni más ni menos, que Robert Dicke! La charla despertó el interés de Guth por la cosmología, y especialmente, por la formación del universo.
Al final, Guth propuso la teoría de la inflación. La teoría dice que, en una fracción de segundo después de la explosión, el universo experimentó una expansión repentina y dramática. Se infló sin parar, se escapó de sí mismo, duplicando su tamaño cada 10 elevado a la menos 34 segundos. Todo el proceso duró menos de 10 elevado a la menos 30 segundos, es decir, una cienmilbillonésima de segundo, pero el universo pasó de ser algo que cabía en la mano a ser, como mínimo, mil billones de veces más grande. La teoría de la inflación explica las irregularidades y los giros que hicieron posible nuestro universo. Sin esas irregularidades y esos giros, no habría habido grumos de materia, y por lo tanto, no habría habido estrellas. Solo habría habido gas disperso y oscuridad eterna.
Según la teoría de Guth, la gravedad surgió en una cienmilbillonésima de segundo. Y en un instante, ¡pero cortísimo!, después, aparecieron el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuerte y débil. Los materiales de la física. Y luego, rápidamente, surgieron un montón de partículas elementales, los materiales de los materiales. De la nada, ¡de repente!, aparecieron un montón de fotones, protones, electrones, neutrones y muchas cosas más. Según la teoría estándar del Big Bang, unos 10 elevado a la 79 o 10 elevado a la 89 de cada uno.
Claro, estas cantidades son imposibles de entender. Basta con saber que, en un abrir y cerrar de ojos, teníamos un universo enorme, ¡enorme! Tan grande que, según la teoría, tiene un diámetro de al menos cien mil millones de años luz, pero podría ser de cualquier tamaño, incluso infinito. Un universo perfectamente dispuesto para la creación de estrellas, galaxias y otros sistemas complejos.
Lo más increíble, desde nuestro punto de vista, es que este resultado sea tan perfecto para nosotros. Si el universo fuera un poco diferente, si la gravedad fuera un poco más fuerte o más débil, si la expansión hubiera sido un poco más lenta o más rápida, quizás nunca habrían existido los elementos estables necesarios para crearte a ti, a mí, y al suelo que pisamos. Si la gravedad fuera un poco más fuerte, el universo se habría derrumbado sobre sí mismo como una tienda de campaña mal montada. Y si fuera un poco más débil, nada se habría juntado. El universo sería eternamente monótono, disperso y vacío.
Por eso algunos expertos creen que puede haber muchos más Big Bangs, quizás billones, distribuidos por una eternidad infinita. Que existimos en este universo en particular porque este universo es adecuado para nuestra existencia. Como dijo Edward P. Tryon, de la Universidad de Columbia: "Mi opinión es que nuestro universo es simplemente una de esas cosas que suceden de vez en cuando". Y Guth añadió: "Aunque la creación de un universo es poco probable, Tryon insistió en que nadie ha contado cuántas veces ha fallado".
Martin Rees, Astrónomo Real de Inglaterra, cree que hay muchos universos, probablemente infinitos, cada uno con diferentes características y diferentes combinaciones. Y nosotros vivimos en uno cuya combinación de factores es, precisamente, la adecuada para nuestra existencia. Para explicarlo, usa el ejemplo de una tienda de ropa muy grande: "Si hay una gran variedad de prendas, no es difícil encontrar una que te quede bien. Si hay muchos universos, cada uno regido por un conjunto diferente de datos, habrá un universo cuya combinación particular sea adecuada para la vida. Y nosotros estamos, por casualidad, en ese universo".
Rees cree que nuestro universo está regido por seis números, y que si cualquiera de ellos cambiara, aunque fuera muy poco, las cosas no serían como son. Por ejemplo, para que el universo exista tal como lo conocemos, el hidrógeno debe transformarse en helio de una forma precisa y relativamente estable. Concretamente, transformando el 0,7% de su masa en energía. Si ese valor fuera un poco más bajo, por ejemplo, el 0,6%, la transformación no ocurriría y el universo estaría compuesto solo de hidrógeno. Y si fuera un poco más alto, por ejemplo, el 0,8%, la transformación ocurriría sin parar y el hidrógeno se habría consumido hace mucho tiempo. En ambos casos, el universo que conocemos y necesitamos no existiría. ¡Así de delicado es todo!
Y bueno, hasta ahora, parece que todo ha salido perfecto. A largo plazo, puede que la gravedad se haga un poco más fuerte y que, algún día, detenga la expansión del universo, lo comprima y lo haga colapsar de nuevo en otra singularidad. Y el proceso podría empezar de nuevo. Por otro lado, puede que la gravedad se debilite demasiado, y que el universo se expanda para siempre, hasta que todo esté tan lejos que no sea posible ninguna interacción significativa. Y el universo se convertiría en un lugar muy vacío, estancado y sin vida. La tercera posibilidad es que la gravedad sea la justa, lo que en cosmología se conoce como "densidad crítica". Que mantenga el universo en un punto intermedio, para que las cosas sigan así para siempre. Los cosmólogos, a veces, llaman a esto, en broma, el "efecto Ricitos de Oro". Que todo está justo en su punto. (Para que lo sepas, estos tres tipos de universo se llaman universo cerrado, universo abierto y universo plano).
Tarde o temprano, surge la pregunta: ¿qué pasaría si llegaras al borde del universo y sacaras la cabeza? ¿Dónde estaría tu cabeza (si ya no está en el universo)? ¿Qué verías al otro lado? La respuesta es decepcionante: nunca llegarás al borde del universo. No porque tarde mucho, que también, sino porque, aunque caminaras en línea recta hacia afuera, sin parar, nunca llegarías al borde. Al contrario, volverías al punto de partida. (Y a esas alturas, probablemente te habrías cansado y lo dejarías). La razón es que, según la teoría de la relatividad de Einstein (de la que hablaremos en otro momento), el universo es curvo. Y no podemos hacernos una idea de cómo es esa curvatura. De momento, basta con saber que no estamos flotando dentro de una burbuja que se expande. Para ser precisos, el espacio es curvo, justo lo suficiente para ser infinito pero finito. Y para ser más exactos, ni siquiera se puede decir que el espacio se esté expandiendo. Como señaló el físico y premio Nobel Steven Weinberg: "El sistema solar y las galaxias no se están expandiendo, ni tampoco el espacio en sí". Son las galaxias las que se están alejando rápidamente unas de otras. ¡Un desafío para la intuición! El biólogo J.B.S. Haldane tenía una frase muy buena: "El universo no solo es más extraño de lo que imaginamos, sino más extraño de lo que podemos imaginar". ¡Tal cual!
Para explicar que el espacio es curvo, a menudo se usa una analogía. Intentan imaginar que alguien de un universo plano, que nunca ha visto una esfera, llega a la Tierra. Por mucho que camine por la superficie del planeta, nunca llegará al borde. Probablemente, acabará volviendo al punto de partida. Y claro, estará muy confundido, sin entender qué ha pasado. Pues bueno, nuestra situación en el espacio es exactamente la misma que la de ese señor. Solo que nosotros estamos aún más confundidos.
Y al igual que no puedes encontrar el borde del universo, tampoco puedes ponerte en el centro y decir: "Aquí es donde empieza todo. Este es el mismísimo centro". Todos estamos en el mismísimo centro. En realidad, no estamos seguros de esto. No podemos demostrarlo matemáticamente. Los científicos solo presumen que estamos en el centro del universo (piensa en lo que eso significaría). Pero este fenómeno sería igual para todos los observadores, en todas partes. ¡Qué lío!
Por lo que sabemos, desde su formación, el universo solo se ha extendido hasta donde la luz ha viajado en miles de millones de años. Este universo visible, el que conocemos y del que hablamos, tiene un diámetro de 150.000.000.000.000.000.000.000.000 kilómetros. ¡Una barbaridad! Pero, según la mayoría de las teorías, todo el universo, a veces llamado metauniverso, es mucho, mucho más grande. Según Rees, el número de años luz hasta el borde de ese universo más grande e invisible, no se expresa "con diez ceros, ni con cien ceros, sino con millones de ceros". ¡Toma ya! En resumen, hay más espacio del que te puedes imaginar, y no hace falta que te imagines que hay más espacio fuera del espacio. ¡Uf!
Durante mucho tiempo, la teoría del Big Bang tuvo un agujero enorme, que mucha gente no entendía. Y es que no explicaba, para nada, cómo habíamos llegado nosotros aquí. Aunque el 98% de toda la materia existente fue creada por el Big Bang, esa materia estaba compuesta únicamente de gases ligeros: el helio, el hidrógeno y el litio que ya hemos mencionado. Ni una sola partícula de la materia pesada que es fundamental para nuestra existencia, el carbono, el nitrógeno, el oxígeno y todo lo demás, fue creada durante el proceso de creación del universo. Pero, ¡aquí está el truco!, para crear esos elementos pesados, necesitas el mismo calor y la misma energía que liberó el Big Bang. Pero el Big Bang solo ocurrió una vez, y no produjo elementos pesados. Entonces, ¿de dónde salieron? Lo curioso es que la persona que encontró la respuesta a esta pregunta fue un cosmólogo que, en realidad, despreciaba la teoría del Big Bang. ¡Incluso inventó el término Big Bang para ridiculizarla! ¡Qué cosas!
Pero bueno, antes de hablar de cómo llegamos nosotros aquí, quizás merezca la pena dedicar unos minutos a pensar en qué es "aquí", ¿no? A ver qué sacamos en claro.