1. Vers una nova visió

La mil·lenària observació dels astres ha estat un dels més grans esperons o estímuls intel·lectuals de tots els temps.
L'espectacle del cel nocturn captiva la mirada i suscita la pregunta sobre l'univers, el seu origen i el seu funcionament. No és gens sorprenent que totes les civilitzacions i cultures hagin forjat les seves cosmologies. Unes relaten que eternament ha estat tal com ara és, amb cicles que immutablement es repeteixen; altres, expliquen que aquest univers ha tingut un principi, que ha aparegut per l'obra creadora d'una divinitat.

Les Plèiades

Un univers etern o un univers creat; però sempre un univers estàtic i immutable. Totes les cosmologies assumeixen l'estaticitat i l'immutabilitat de l'univers; i fou aquesta antiga i compartida concepció la que començà a trontollar quan, el 1929, l'astrofísic nord-americà Edwin Hubble, després de localitzar i identificar diferents galàxies, observà que s'allunyaven de nosaltres amb velocitats proporcionals a les seves distancies.
Allunyament galàxies

Aquesta observació de Hubble comportava implicacions trasbalsadores: l'univers no és estàtic, s'està expandint i, conseqüentment, en temps anteriors els seus objectes havien d'estar més propers els uns dels altres; en un «temps zero», l'univers estava superconcentrat. L'observació de Hubble, concretada en la llei de Hubble, suposà una gran revolució intel·lectual que reactivà la recerca sobre l'origen o inicis de l'univers. Observació i llei constituiran el primer pilar sobre el qual s'aixecarà la teoria de la Big Bang; el segon pilar serà la teoria de la relativitat general d'Einstein.

La teoria de la relativitat general d'Albert Einstein (1880-1952) sobre la naturalesa de la gravitació que regeix en l'univers, publicada el 1917, predeia que l'espai-temps havia d'estar en expansió, és a dir, que l'univers havia d'augmentar de volum. Però Einstein, que com tots els seus contemporanis creia que l'univers era estàtic i immutable, s'horroritzà davant les implicacions de les seves equacions. A fi de "corregir-les" introduí una polèmica constant cosmològica amb la qual s'anul·lava la implicació d'expansió de l'univers i es restablia l'estabilitat. Anys després, Einstein es referia a aquesta "correcció" com l'error més gran que havia comès en la seva vida.

Les equacions d'Einstein foren represes pel físic i matemàtic rus Alexander Friedmann el qual, el 1922, demostrà que no es podia esperar que l'univers fos estàtic. Friedmann predeia el que Hubble observaria uns pocs anys després!

Les seves equacions suggerien els dos coneguts models de Friedmann: l'univers obert i l'univers tancat. Ambdós models parteixen d'un estat de densitat infinita, que s'expandeix formant estats de densitat menor. Si la matèria no arriba a una quantitat crítica, l'expansió continuarà eternament: és l'univers obert. Però si la matèria supera una quantitat crítica, aleshores la gravetat és prou forta com per aturar l'expansió i tornar a un estat superdens: és l'univers tancat.

Univers obert i univers tancat

A mitjans segle XX, dues respostes, teories o models cercaven explicar la predita i observada expansió de l'univers: el model d'estat estacionari d'univers i el de la gran explosió primordial. Fou precisament un ardent defensor del model estacionari d'univers, l'astrofísic anglès Fred Hoyle qui, el 1950 i per riure-se'n, va caricaturitzar el segon model amb l'expressió 'big bang' ('Gran Explosió', 'Gran Espetec' o 'Gran Boom' a l'inici de l'univers). Una expressió que ha quedat per designar el millor model actual sobre l'origen i evolució de l'univers.


  

2. El model del Big Bang

El model del Big Bang, teoria avui àmpliament acceptada, sosté que l'univers començà a existir bruscament, fa uns 13.700 milions d'anys, en una gegantina explosió. L'expansió que avui observem no és sinó un vestigi o rastre de l'explosió primordial. En aquell instant, la matèria estava concentrada en un estat de densitat i temperatura infinites (i la seva grandària nul·la); des d'aleshores, l'univers va perdent densitat i temperatura.

Model Big Bang

Aquest model es sosté en una base teòrica i en unes evidències empíriques. Es sosté en la teoria de la relativitat general que, com sabem, és un dels pilars del model: les equacions prediuen una expansió de l'univers desaccelerada per la gravetat. I quines són les evidències empíriques o dades observacions? En primer lloc, l'observació de l'expansió de l'univers expressada en la llei de Hubble; en segon lloc, dues prediccions avui comprovades, la radiació còsmica de fons i l'abundància relativa d'elements primordials com ara l'heli.


Observació de Hubble

Des de 1924 sabem que la nostra galàxia, la Via Làctia, no és l'única galàxia a l'univers. Edwin Hubble (1889-1953), per primera vegada, localitzà altres galàxies i en calculà la distància a partir de la llum que en rebem. Observà que totes, fora les properes a la nostra, mostraven una desviació cap al vermell en el seu espectre. Una desviació cap al vermell significa que l'objecte que emet aquella llum s'allunya de nosaltres; la desviació cap a l'altre extrem de l'espectre, cap al blau, significa que l'objecte emissor s'apropa. Hubble, després d'observar i catalogar espectres de moltes galàxies publicà, el 1929, les seves conclusions:

  1. quasi totes les galàxies s'estan separant de nosaltres,
  2. la magnitud de la seva desviació cap al vermell és directament proporcional a la distància que es troben, és a dir, quan més llunyana és una galàxia, amb més velocitat es separa de nosaltres.

El coneixement de la relació entre velocitat i distància, que avui rep el nom de constant de Hubble, és el que ens permet explicar amb quina rapidesa s'expandeix l'univers i és el que ens permet calcular que fa un 13.700 milions d'anys s'esdevingué el Big Bang.


Radiació còsmica de fons

El 1965, els físics Arno Penzias i Robert Wilson van descobrir el que s'ha anomenat la prova "tangible" del Big Bang. Comprovant un detector de microones extremadament sensible, quedaren sorpresos i preocupats observant que captava molt més soroll que el que era d'esperar: captava una radiació estranya que provenia per igual de tots els punts de l'espai. Diferents proves demostraven que procedia de més enllà del sistema solar, fins i tot, més enllà de la galàxia. No foren ells sinó un físic teòric, Jim Peebles, qui trobà l'explicació: la radiació era un eco del Big Bang, era el darrer vestigi de l'explosió inicial. George Gamow, Peebles i altres teòrics ja havien predit que s'hauria d'observar, procedint d'arreu de l'univers, una brillantor testimoni del Big Bang i que aquesta llum, degut a l'expansió de l'univers, es presentaria en forma de microones.

El detector de Penzias i Wilson

Amb el descobriment d'aquesta radiació còsmica de fons es revifà l'interès pel model del Big Bang perdent adeptes altres models com el de l'estat estacionari.


Model inflacionari d'univers

La teoria del Big Bang manté una sèrie de dificultats encara no resoltes. El físic Alan H. Guth, a principis dels anys 80, introduí la hipòtesi de l'univers inflacionari, una hipòtesi que explica com va ser el Bang del Big Bang i que resol força dificultats.

La hipòtesi inflacionista defensa que en els primers intants es produí un rapidíssim creixement de l'univers; el ritme posterior de creixement hauria estat molt més lent. La hipòtesi diferencia entre univers real i univers observable, essent l'observable, el nostre, molt més petit que l'univers real.


  

3. Perspectives

3.1 El millor model actual

Certament, el model Big Bang té dificultats pendents de resolució, però és el millor model actual, és la teoria amb més poder explicatiu que disposem. És possible que s'introdueixin modificacions; ara bé, molts físics i astrofísics consideren que el cos fonamental de la teoria o model es mantindrà per molt temps.

És ben sorprenent i admirable que organismes nascuts en el si de l'univers, organismes que som pols d'estrelles, siguem capaços de descobrir i comprendre els principis i lleis pels quals es regeix tot l'univers. És coneguda l'admiració d'Einstein davant el fet que aquest univers ens sigui racionalment comprensible; afirmava: «El més incomprensible de l'univers és que sigui comprensible».


3.2 Unes conclusions mínimes

L'estat actual de la recerca cosmològica ens permet enunciar unes conclusions mínimes sobre el nostre univers:

  1. L'univers no és estàtic sinó que canvia, no para de canviar. Els objectes més allunyats de nosaltres es mouen a més gran velocitat que els menys allunyats.

  2. Les galàxies tenen un principi, s'han format en un determinat moment. Les estrelles que les constitueixen tenen un naixement, una vida i una mort. El Sol, per exemple, és una estrella de segona generació formada per elements d'estrelles anteriors mortes. Observant l'univers identifiquem estrelles que estan en diferents fases de la seva vida.

  1. L'evolució de l'univers condueix a estructures més i més complexes o ordenades. El nostre sistema solar, junt amb 100.000 milions d'altres estrelles, forma la Via Làctia. Aquesta galàxia, junt amb trenta més com la nostra veïna Andròmeda, forma el Grup Local. Aquest, junt al veí i altament poblat Cúmul de Verge, forma el Supercúmul Local. Els nostres telescopis han enregistrat estructures semblant a tot arreu de l'univers: s'han catalogat varis milers de cúmuls de galàxies.

    Passa-t'ho bé! Visita:
    Univers Bàsic Univers Bàsic
Andròmeda

3.3 Unes qüestions obertes

A les fronteres o quasi a les fronteres de la recerca científica, podem anotar algunes qüestions obertes:

  1. Una singularitat. L'estat actual de la recerca cosmològica manté el Big Bang com una singularitat, no un esdeveniment explicable amb les lleis típiques de la física. Una singularitat no és una llei; és un cas particular, una excepció. Amb les lleis físiques avui conegudes, s'explica el que s'esdevingué en el minut posterior al Big Bang, el que s'esdevingué en bona part del primer segon, però no s'expliquen els esdeveniments anteriors a 10-43 d'aquest segon: és el temps conegut com a Mur de Planck. En aquestes circumstàncies deixen de funcionar les nostres nocions d'espai i temps, deixen de funcionar les nostres lleis físiques: es penetra en una cosmologia quàntica.

  2. I abans, què? Per a molts científics, la pregunta per l'«abans» del moment del Big Bang és una pregunta sense sentit. En aquest model cosmològic, matèria, espai i temps són indissociables: si amb l'explosió primordial s'origina l'univers, amb ella també s'origina l'espai i el temps. Aquesta concepció que nega poder parlar d'un «abans» és propera a la de Sant Agustí (354-430). Afirmava que Déu creà el món «amb temps i no en el temps», és a dir, el temps forma part inseparable de l'univers i neix just amb la creació; Déu, etern, està fora del temps.

  3. Una causa. Però costa renunciar a formular-se més preguntes. La pregunta per l'«abans» arrela en la nostra experiència de que tot efecte té una causa. És per això que sovint s'argumenta a favor de l'existència de Déu partint de la necessitat d'una causa explicativa del món i, també, de la necessitat d'una intel·ligència instauradora de l'ordre present en el cosmos. Des del segle XVIII es repeteix la metàfora del rellotge: la troballa d'un rellotge ens porta a pensar que no existeix per casualitat, que un rellotger l'ha fabricat. Igualment, la gran maquinària del cosmos necessita una causa: no és un resultat casual, necessita un ésser que hagi dissenyat tots els seus engranatges.

  4. Debilitament de la causalitat. La mecànica quàntica, fonament de l'actual cosmologia quàntica, debilita la relació causa-efecte. En aquest context, l'aparició de l'univers és assumible sense l'existència de causes ben definides. Aleshores, tant o més fonamental que preguntar-se què originà l'univers és preguntar-se què el manté. Els dos sentits de la paraula 'creació' recullen aquestes dues preguntes: i) creació es refereix a l'acció d'un moment determinat, en el «temps zero» de l'univers, i ii) creació es refereix a l'acte intemporal que manté l'univers en la seva existència.

  5. Lleis intemporals. El filòsof racionalista Leibniz (1646-1716) formulà una pregunta que ha esdevingut clàssica: «Per què hi ha alguna cosa en lloc de no res?». Avui, sabent que en el 10-43 segon de l'univers ja s'imposen les nostres lleis físiques, potser el problema es centra més en l'origen intemporal d'aquestes lleis. Aleshores, la pregunta fonamental podria ser: «Per què hi ha lleis en lloc d'absència de lleis?». Les forces que actuaven en els primers segons de l'univers són les mateixes que avui actuen; en un univers on tot ha canviat, elles perduren immutables. Sembla que si l'univers (la realitat o la natura) hagués tingut la «intenció» d'engendrar el que ha engendrat, hauria fet exactament el que ha fet.
[Guia]   [Escales del temps: el dia de l'Univers]