1. Hacia una nueva visión

La milenaria observación de los astros ha sido uno de los mayores aguijones o estímulos intelectuales de todos los tiempos.
El espectáculo del cielo nocturno cautiva la mirada y suscita preguntas sobre el universo, su origen y su funcionamiento. No es sorprendente que todas las civilizaciones y culturas hayan forjado sus propias cosmologías. Unas relatan, por ejemplo, que eternamente ha sido tal como es, con ciclos que inmutablemente se repiten; otras, explican que este universo ha tenido un principio, que ha aparecido por obra creadora de una divinidad.

Las Pléyades

Un universo eterno o un universo creado; pero siempre un universo estático e inmutable. Todas las cosmologías asumen esta concepción estática y inmutable del universo; y fue esta antigua y compartida concepción la que comenzó a tambalear cuando, el 1929, el astrofísico norteamericano Edwin Hubble, tras localizar e identificar diferentes galaxias, observó que se alejaban de nosotros con velocidades proporcionales a sus distancias.
Alejamiento galaxias

Esta observación de Hubble comportaba implicaciones perturbadoras: el universo no es estático, se está expandiendo y, consecuentemente, en tiempo anteriores sus objetos habían de estar más próximos los unos de los otros; en uno «tiempo cero», el universo estaba totalmente concentrado. La observación de Hubble, concretada en la ley de Hubble, supuso una revolución intelectual que reactivó la investigación sobre el origen o inicios del universo. Observación y ley constituirán el primer pilar sobre el cual se levantará la teoría del Big Bang; el segundo pilar será la teoría de la relatividad general de Einstein.

La teoría de la relatividad general de Albert Einstein (1880-1952) sobre la naturaleza de la gravitación que rige en el universo, publicada el 1917, predecía que el espacio-tiempo había de estar en expansión, es decir, que el universo había de aumentar de volumen. Pero Einstein, que como todos sus contemporáneos creía que el universo era estático e inmutable, se horrorizó ante las implicaciones de sus ecuaciones. En orden a "corregirlas" introdujo una polémica constante cosmológica con la que se anulaba la implicación de expansión del universo y se restablecía la estabilidad. Años después, Einstein se refería a ésta "corrección" como el error más grande que había cometido en su vida.

Las ecuaciones de Einstein fueron reanudadas por el físico y matemático ruso Alexander Friedmann el cual, el 1922, demostró que no se podía esperar que el universo fuese estático. Friedmann predecía lo que Hubble observaría unos pocos años después.

Sus ecuaciones sugerían los dos conocidos modelos de Friedmann: el universo abierto y el universo cerrado. Ambos modelos parten de un estado de densidad infinita, que se expande formando estados de densidad menor. Si la materia no llega a una cantidad crítica, la expansión va a continuar eternamente: es el universo abierto. Pero si la materia supera una cantidad crítica, entonces la gravedad es suficientemente fuerte como para parar la expansión y volver a un estado superdenso: es el universo cerrado.

Universo abierto y universo cerrado

A mediados siglo XX, dos respuestas, teorías o modelos pretendían explicar la predicha y observada expansión del universo: el modelo de estado estacionario de universo y el de la gran explosión primordial. Fue precisamente un ardiente defensor del modelo estacionario de universo, el astrofísico inglés Frío Hoyle quién, en 1950, caricaturizó el segundo modelo con la expresión 'big bang' ('Gran Explosión' o 'Gran Boom' al inicio del universo). Una expresión que ha prosperado para designar el mejor modelo actual sobre el origen y evolución del universo.


  

2. El modelo del Big Bang

El modelo del Big Bang, teoría hoy ampliamente aceptada, sostiene que el universo comenzó a existir bruscamente, hace unos 13.700 millones de años, en una gigantesca explosión. La expansión que hoy observemos no es sino un vestigio o rastro de la explosión primordial. En aquel instante, la materia estaba concentrada en un estado de densidad y temperatura infinitas; desde entonces, el universo va perdiendo densidad y temperatura.

Modelo Big Bang

Este modelo se sustenta en una base teórica y en unas evidencias empíricas. Se basa en la teoría de la relatividad general que, como sabemos, es uno de los pilares del modelo: las ecuaciones predicen una expansión del universo desacelerada por la gravedad. ¿Y cuáles son las evidencias empíricas o datos observaciones? En primer lugar, la observación de la expansión del universo expresada en la ley de Hubble; en segundo lugar, dos predicciones hoy comprobadas, la radiación cósmica de fondo y la abundancia relativa de elementos primordiales como por ejemplo el helio.


Observación de Hubble

Desde 1924 sabemos que nuestra galaxia, la Vía Láctea, no es la única galaxia al universo. Edwin Hubble (1889-1953), por primera vez, localizó otras galaxias y calculó su distancia a partir de la luz que recibimos. Observó que todas, excepto algunas próximas a la nuestra, mostraban una desviación hacia el rojo en su espectro. Una desviación hacia el rojo significa que el objeto que emite aquella luz se aleja de nosotros; la desviación hacia el otro extremo del espectro, hacia el azul, significa que el objeto emisor se acerca. Hubble, después de observar y catalogar espectros de muchas galaxias publicó, en el 1929, sus conclusiones:

  1. casi todas las galaxias se están separando de nosotros,
  2. la magnitud de su desviación hacia el rojo es directamente proporcional a la distancia que se encuentran, es decir, cuando más lejana es una galaxia, con más velocidad se separa de nosotros.

El conocimiento de la relación entre velocidad y distancia, que hoy recibe el nombre de constante de Hubble, es lo que nos permite explicar con qué rapidez se expande el universo y es lo que nos permite calcular que hace unos 13.700 millones de años se produjo el Big Bang.


Radiación cósmica de fondo

En 1965, los físicos Arno Penzias y Robert Wilson descubrieron lo que se ha llamado la prueba "tangible" del Big Bang. Probando un detector de microondas extremadamente sensible, quedaron sorprendidos y preocupados al observar que captaba mucho más ruido del que que era de esperar: captaba una radiación extraña que provenía por igual de todos los puntos del espacio. Diferentes pruebas demostraban que procedía de más allá del sistema solar, incluso, más allá de la galaxia. No fueron ellos sino un físico teórico, Jim Peebles, quién encontró la explicación: la radiación era un eco del Big Bang, era el último vestigio de la explosión inicial. George Gamow, Peebles y otros teóricos ya habían predicho que se habría de observar, procediendo de todas partes del universo, un luminoso testimonio del Big Bang y que esta luz, debido a la expansión del universo, se presentaría en forma de microondas.

El detector de [Penzias] y Wilson

Con el descubrimiento de esta radiación cósmica de fondo se reanimó el interés por el modelo del Big Bang perdiendo adeptos otros modelos como el del estado estacionario.


Modelo inflacionario de universo

La peoría del Big Bang mantiene una serie de dificultades todavía no resueltas. El físico Alan H. Guth, a principios de los años 80, introdujo la hipótesis del universo inflacionario, una hipótesis que explica cómo fue el Bang del Big Bang y que resuelve bastantes dificultades.

La hipótesis inflacionista defiende que en los primeros instantes se produjo un rapidísimo crecimiento del universo; el ritmo de crecimiento posterior habría sido mucho más lento. La hipótesis distingue entre universo real i universo observable, siendo el observable, el nuestro, mucho más pequeño que el universo real.


  

3. Perspectivas

3.1 El mejor modelo actual

Ciertamente, el modelo Big Bang tiene algunas dificultades pendientes de resolución, pero es el mejor modelo actual, es la teoría con más poder explicativo que disponemos. Es posible que se introduzcan modificaciones; ahora bien, muchos físicos y astrofísicos consideran que el cuerpo fundamental de la teoría o modelo se mantendrá por mucho tiempo.

Es sorprendente y admirable que organismos nacidos en el seno del universo, organismos que somos polvo de estrellas, seamos capaces de descubrir y comprender los principios y leyes por los que se rige todo el universo. Es conocida la admiración de Einstein frente al hecho de que este universo nos sea racionalmente comprensible; afirmaba: «Lo más incomprensible del universo es que sea comprensible».


3.2 Unas conclusiones mínimas

El estado actual de la investigación cosmológica nos permite enunciar unas conclusiones mínimas sobre nuestro universo:

  1. El universo no es estático sino que cambia, no cesa de cambiar. Los objetos más alejados de nosotros se mueven a mayor velocidad que los menos alejados.

  2. Las galaxias tienen un origen, se han formato en un determinado momento. Las estrellas que las constituyen tienen un nacimiento, una vida y una muerte. El Sol, por ejemplo, es una estrella de segunda generación formada por elementos de estrellas anteriores muertas. Observando el universo identifiquemos estrellas que se hallan en diferentes fases de su vida.

  1. La evolución del universo conduce a estructuras más y más complejas u ordenadas. Nuestro sistema solar, con 100.000 millones de otros estrellas más, forma la Vía Láctea. Esta y treinta más como nuestra vecina Andrómeda, forma el Grupo Local. Éste, junto al vecino y altamente poblado Cúmulo de Virgen, forma el Supercúmulo Local. Nuestros telescopios han registrado estructuras parecidas en todos los rincones del universo: se han catalogado varios miles de cúmulos de galaxias.

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[Andròmeda]

3.3 Unas cuestiones abiertas

En las fronteras o casi en las fronteras de la investigación científica, podemos anotar algunas cuestiones abiertas:

  1. Una singularidad. El estado actual de la investigación cosmológica mantiene el Big Bang como una singularidad, no un acontecimiento explicable con las leyes típicas de la física. Una singularidad no es una ley; es un caso particular, una excepción. Con las leyes físicas hoy conocidas, se explica lo que aconteció en el minuto posterior al Big Bang, lo que aconteció en buena parte del primer segundo, pero no se explican los acontecimientos anteriores a 10-43 de este segundo: es el tiempo conocido como Muro de Planck. En estas circunstancias dejan de funcionar nuestras nociones de espacio y tiempo, dejan de funcionar nuestras leyes físicas: se penetra en una cosmología cuántica.

  2. ¿Y antes, qué? Para muchos científicos, la pregunta por el «antes» del momento del Big Bang es una pregunta sin sentido. En este modelo cosmológico, materia, espacio y tiempo son indisociables: si con la explosión primordial se origina el universo, con ella también se origina el espacio y el tiempo. Esta concepción que niega poder hablar de un«antes» es próxima a la de San Agustín (354-430). Afirmaba que Dios creó el mundo «con el tiempo y no en el tiempo», es decir, el tiempo forma parte inseparable del universo y nace justo con la creación; Dios, eterno, está fuera del tiempo.

  3. Una causa. Pero cuesta renunciar a formularse más preguntas. La pregunta por el «antes» arraiga en nuestra experiencia de que todo efecto tiene una causa. Es por ello que a menudo se argumenta en favor de la existencia de Dios partiendo de la necesidad de una causa explicativa del mundo y, también, de la necesidad de una inteligencia instauradora del orden presente en el cosmos. Desde el siglo XVIII se repite la metáfora del reloj: el hallazgo de un reloj nos lleva en pensar que no existe por casualidad, que un relojero lo ha fabricado. Igualmente, la gran maquinaria del cosmos requiere una causa: no es un resultado casual, requiere la existencia de un ser que haya diseñado todos sus engranajes.

  4. Debilitamiento de la causalidad. La mecánica cuántica, fundamento del actual cosmología cuántica, debilita la relación causa-efecto. En este contexto, la aparición del universo es asumible sin la existencia de causas bien definidas. Entonces, tanto o más fundamental que preguntarse qué originó el universo es preguntarse qué lo mantiene. Los dos sentidos de la palabra 'creación' recogen estas dos preguntas: a) creación se refiere a la acción de un momento determinado, en el «tiempo cero» del universo, y b) creación se refiere al acto intemporal que mantiene el universo en su existencia.

  5. Leyes intemporales. El filósofo racionalista Leibniz (1646-1716) formuló una pregunta que ha llegado a ser clásica: «¿Por qué hay algo en vez de nada?». Hoy, sabiendo que en el 10-43 segundo del universo ya se imponen nuestras leyes físicas, tal vez el problema se centra más en el origen intemporal de estas leyes. Entonces, la pregunta fundamental podría ser: «¿Por qué hay leyes en lugar de ausencia de leyes?». Las fuerzas que actuaban en los primeros segundos del universo son las mismas que hoy actúan; en un universo donde todo ha cambiado, ellas perduran inmutables. Parece ser que si el universo (la realidad o la naturaleza) hubiese tenido la «intención» de engendrar lo que ha engendrado, habría hecho exactamente lo que ha hecho.
[Guía]   [Escalas del tiempo: el día del Universo]