El desgarro del universo

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