Hace 13.800 millones de años el
universo tuvo un comienzo.
Un inicio que la física demuestra
que pudo surgir de la nada. Partiendo de un lugar de bajísima entropía, una singularidad, nuestro cosmos es el
resultado de una evolución que conocemos con bastante detalle, al menos desde que habían transcurrido apenas 10-42 segundos. Es el llamado
tiempo de Planck.
El primer segundo de vida del
universo encierra la clave de lo que observamos hoy en día, un universo
extraño, con dos propiedades difíciles de explicar: un cosmos isotrópico y homogéneo
(da igual donde estemos: veremos un misma densidad, temperatura, presión… ) y
que además es plano.
Lo explicaré: el universo es
inmenso. Sin embargo, las partículas que se encuentran a miles de millones de
años luz comparten unas características físicas que sólo se explican si estas
partículas estuvieron cerca unas de las otras. Pero la velocidad de la luz, un
límite que no se puede sobrepasar, hace imposible que dos partículas separadas
por 13.000 millones de años luz compartan un mismo origen, un mismo aire de
familia. Porque, además, lo que se mueve a 300.000 kilómetros por segundo es la
luz, no la materia. La materia se mueve muchísimo más despacio.
La única explicación a este
universo homogéneo es que al principio todo estaba en un mismo lugar y, de
repente, el universo se expandió a una velocidad mucho mayor que la velocidad
de la luz. En un instante, un universo del tamaño de un átomo medía lo mismo
que el sistema Solar; y un instante después (un instante tan pequeño que es
imposible de medir siquiera por los más afinados métodos de los que disponemos)
tenía el tamaño de la galaxia. Y siguió creciendo exponencialmente, hasta
llegar a un tamaño que se acerca al infinito.
Por cierto; si antes dije que la
velocidad de la luz era un límite ¿por qué hablo ahora de una velocidad que la
supera? En realidad, la relatividad lo que dice es que nada puede viajar por el
espacio/tiempo (y en el vacío) más rápido que la luz; pero es el universo mismo
el que crece, no un elemento en su interior. Y para el tejido del universo no
hay límites de velocidad.
A este crecimiento acelerado,
inimaginable, frenético, lo denominamos “gran inflación”. Se produjo cuando el
universo tenía una edad de 10 -35 segundos. Esto es difícil de
entender si no se visualiza; el crecimiento, que dio origen a la vastedad de
nos muestran nuestros telescopios, tuvo su origen cuando tan solo había
transcurrido 0,00000000000000000000000000000000001 segundos.
¿Por qué sabemos que el universo
es homogéneo? Porque tenemos un registro en forma de energía de microondas que
se produjo por la recombinación de átomos, cuando la bajada de temperatura hizo
posible que los núcleos atómicos (de protones y neutrones) “atrapasen” a los
electrones, lo cual liberó a los fotones. A la luz.
En un instante, el universo se
hizo transparente.
La energía de este acontecimiento
nos llega de manera (casi) uniforme, en un espectro entre 10 y 1000 GHz, desde
todos los lugares, uniforme e isotrópica. Este “casi” explica que haya
levísimas “inhomogeneidades”, que dieron lugar a semillas de materia en las que
la gravedad pudo hacer su trabajo de colapso y concentración. Por ello hay
galaxias y estrellas. Y planetas. Y vida.
Pero, además, este universo que
se expande es aparentemente plano, lo cual es sorprendente. Hace falta un
equilibrio asombroso para lograr una estructura que se expanda con un horizonte
plano. Pero esto tiene también su explicación en la inflación.
Suponga que es una persona subida
a una esfera de 5 metros de radio. Desde su punto de vista, observa sin
problemas la curvatura de la estructura sobre la que se encuentra. Sin embargo,
un instante más tarde (10 -35 segundos más tarde), la esfera crece
hasta el tamaño del planeta Tierra. ¿Qué le dicen sus sentidos? ¿Qué cree
observar? El planeta Tierra parece plano. Si crece incluso más, una persona que
camine sobre una Tierra del tamaño del Sistema Solar creerá que es totalmente
plana.
Nuestro universo homogéneo y
plano tiene su origen en una enorme inflación hace 13.800 millones de años,
partiendo de un punto más pequeño que un átomo.
Esto, que suena difícil de creer,
ya lo explicó el gerundés Mosé ben Nahman hacia el 1250:
“Nada había antes del universo.
De repente, la creación apareció como una minúscula partícula, del tamaño de un
grano de mostaza, que contenía toda la sustancia origen de todo lo demás. Esa
sustancia inmaterial se expandió para convertirse en la materia tal como la
conocemos. Una vez que esta se ha formado de aquella es cuando el tiempo, que
ya estaba creado, se hace perceptible”
Un rabino del siglo XI con una
percepción cosmológica propia del siglo XXI. Increíble.
El universo se expande, pues. La pregunta surge: ¿Cómo
va a acabar todo?
Hasta hace poco no estábamos
seguros. Pero hoy podemos responder, con bastante certeza, que este fenómeno
tiene mal final.
El universo no sólo sigue
expandiéndose, sino que estamos entrando en una nueva fase de inflación. Desde
hace 5.000 millones de años la expansión se está desbocando, alcanzando valores
más y más altos ¿Por qué?
La explicación tiene que ver con la
composición del universo. Usted y yo estamos compuestos de materia bariónica,
un tipo de materia que sólo constituye un 8% del universo. Un 22% es otro tipo de
materia que llamamos “materia oscura”, que no podemos ver directamente. Pero,
para que se haga una idea, el 90% de la Vía Láctea es materia oscura. Si quiere
representar un dibujo real de nuestra galaxia, debe dibujar la conocida forma
de espiral como un pequeño núcleo, con un halo imperceptible de gas y polvo alrededor, formado de
materia ordinaria y, finalmente, una enorme esfera, diez veces mayor, que marca
los límites de la materia oscura. Ese es el verdadero dibujo de nuestra casa.
Pero hay más: el 70% restante del
universo está formado por algo que llamamos energía oscura.
La energía oscura tiene unas
cualidades que afectan a la densidad del universo; y depende de cual sea
el componente mayoritario en el universo, así será su comportamiento como fluido. Al principio,
el componente mayoritario era el denominado “campo del inflatón” con un “coeficiente
de barotropía” negativo, lo cual se tradujo en la inflación. Todo esto tiene
que ver con una fórmula:
P=we
Donde p es la presión, e la
densidad de energía y w un coeficiente que depende del tipo de componente
mayoritario que hay en ese momento en el universo.
Por ejemplo, cuando lo
mayoritario es la materia ordinaria, nosotros, w es casi 0, por lo que la presión
es mínima. Pero al principio de los tiempos ese componente, que hemos llamado “campo
del inflatón”, tenía un w=-1/3. Es decir, el índice tenía un símbolo
negativo, y por tanto el resultado de la multiplicación es negativo. En definitiva: la presión era
negativa, y el universo resultante se expande aceleradamente.
Desde hace 5.000 millones de años
(lo que coincide con el nacimiento de nuestro Sistema Solar), la energía oscura
prevalece sobre la materia. Es el componente mayoritario del universo. Y cada
vez lo es en mayor medida. Einstein predijo que ello provocaría un w= -1
El satélite Planck, aparte de
medir la radiación de fondo de microondas, ha demostrado que, en efecto, hoy
w tiene un valor de -1. Por tanto, estamos en una nueva era expansiva, de presión negativa, con
un crecimiento exponencial.
Pero hay malas noticias: ahora ya no hay materia
ordinaria que contrarreste esta fuerza expansiva. La gravedad de la energía
oscura no atrae, sino que repele. La energía oscura es extraña: no se diluye ni cambia su
densidad con la expansión. El paso del tiempo nos aboca, irremisiblemente, a un
universo que crece más y más rápido. Tanto, que acabará creciendo más rápido
que la luz.
Lo que sucedió al principio
volverá a pasar.
A no mucho tardar, este universo
se desgarrará. Es decir, llegará un día en el que nuestros telescopios no nos
dejará ver más lejos que nuestro grupo de galaxias, unidas por la fuerza de la
gravedad. El resto del universo, que se aleja de nosotros más rápido que la
luz, estará causalmente desconectado.
Estaremos solos.
La entropía es una cruel guadaña,
inmisericorde, que no deja hacer trampas ni conoce de atajos. Acabaremos por no
ver el universo. Más tarde, las estrellas de nuestra galaxia se apagarán, y la
expansión no hará posible que de los gases estelares se formen nidos de nuevas
estrellas. La gravedad, debilitada, no podrá hacer su tarea.
Llegará un día en que se apague
la última estrella, y el vacío reine en un universo oscuro e inmensamente frío.
Todo esto no es bueno ni malo.
Simplemente, es. Me recuerda a la muerte inevitable.
Y que nada es para siempre.
Antonio Carrillo