Lo que explica el Big Bang y lo que no

TODAS las mañanas se realiza un milagro. En la parte central del Sol, a temperaturas de millones de grados, se fusionan núcleos de átomos de hidrógeno y forman núcleos de átomos de helio. Rayos X y rayos gamma, de alta energía, van pasando del núcleo del Sol a las capas circundantes. Si el Sol fuera transparente, estos rayos llegarían a la superficie en cuestión de segundos. Pero al no ser así, empiezan a rebotar entre los átomos altamente comprimidos del “aislamiento” solar, de modo que su energía disminuye gradualmente. Pasan días, semanas, siglos. Miles de años después, esa radiación, originalmente letal, emana de la superficie del Sol y nos llega como suaves rayos de luz amarilla que, lejos de ser una amenaza, poseen la energía precisa para bañar la Tierra con su calor.

También ocurre un milagro todas las noches. En la vasta expansión de nuestra galaxia brillan otros soles de una gama extensa de colores, tamaños, temperaturas y densidades. Algunos reciben el nombre de estrellas supergigantes, y son tan inmensos que si alguno ocupara el lugar de nuestro Sol, lo que quedara de la Tierra se encontraría bajo su superficie. Otros soles son pequeños, se conocen como enanas blancas, su tamaño es inferior al de la Tierra, pero pesan tanto como nuestro Sol. Algunos de esos soles continuarán desplazándose tranquilamente durante miles de millones de años. Para otros, existe continuamente la posibilidad de estallar en forma de supernova, desintegrándose súbitamente con una luminosidad superior a la de galaxias enteras.

Los pueblos de la antigüedad hablaban de monstruos marinos, de dioses que peleaban, de dragones, tortugas y elefantes, de flores de loto y dioses que soñaban. Posteriormente, durante el llamado siglo de las luces, o siglo de la razón, se sustituyó a los dioses por la recién descubierta “magia” del cálculo y de las leyes de Newton. Actualmente vivimos en una época desprovista de aquellos toques poéticos y legendarios. Los científicos de la actual era atómica no han escogido como su paradigma de la creación a aquellos monstruos marinos de la antigüedad ni al modelo mecánico del sistema solar de Newton, sino al símbolo dominante del siglo XX: la bomba. Para ellos, su “creador” fue una explosión, una bola de fuego cósmica a la que denominan Big Bang (la Gran Explosión).

Lo que “explica” el Big Bang

Según la versión más popular de la teoría sobre el origen del universo, que defiende la generación actual, hace unos quince mil millones o veinte mil millones de años, el universo no existía, ni tampoco el espacio vacío. No había tiempo ni materia, nada excepto una singularidad (un punto de tamaño infinitesimal y de densidad infinita) que hizo explosión y se convirtió en el universo actual. La primera fracción infinitesimal de segundo del origen del universo fue una breve etapa llamada inflación en la que este se expandió a una velocidad muy superior a la de la luz.

Durante los primeros minutos del Big Bang, se produjo una fusión nuclear en escala universal que dio lugar a las concentraciones actuales de hidrógeno y helio, y a por lo menos parte del litio del espacio interestelar. Después de unos trescientos mil años, la temperatura de la bola de fuego que constituía el universo descendió a un poco menos de la que hay en la superficie del Sol, permitiendo que los electrones fueran agrupados en órbitas concéntricas en los átomos y liberando una corriente de fotones, o luz. Hoy día es posible medir esa corriente primordial, que ya se ha enfriado mucho, como radiación de fondo universal en frecuencias de microondas que corresponden a una temperatura de 2,7 grados Kelvin.a De hecho, el descubrimiento en 1964-1965 de esta radiación de fondo convenció a la mayoría de los científicos de que la teoría de la gran explosión tenía cierta validez. Los teóricos del Big Bang también afirman que dicha teoría explica por qué parece que el universo se expande en todas direcciones y que las galaxias distantes se alejan de la Tierra y unas de otras a gran velocidad.

Dado que esta parece explicar tanto, ¿por qué ponerla en duda? Porque hay muchas otras cosas que no explica. Para ilustrarlo: la teoría de Tolomeo, astrónomo de la antigüedad, era que el Sol y los planetas giraban alrededor de la Tierra en grandes círculos, describiendo al mismo tiempo otros pequeños, llamados epiciclos. La teoría parecía explicar el movimiento de los planetas. Mientras los astrónomos recopilaban más información a través de los siglos, los cosmólogos tolemaicos la “explicaban” añadiendo nuevos epiciclos a los que ya tenían. Pero eso no significaba que dicha teoría fuese cierta. Con el tiempo se acumuló demasiada información para explicar, y otras hipótesis, como la idea de Copérnico de que la Tierra giraba alrededor del Sol, explicaban los asuntos mejor y con más simplicidad. Hoy día sería extraño encontrar a un astrónomo que creyera en la teoría de Tolomeo.

El profesor Fred Hoyle comparó el empeño de los cosmólogos tolemaicos en poner parches a su débil teoría, ante los nuevos descubrimientos, al empeño de los defensores del Big Bang en mantener a flote su teoría en la actualidad. En su libro El Universo inteligente escribió: “Los esfuerzos principales de los investigadores se han centrado en dar carpetazo a las contradicciones de la teoría del Big Bang, hasta el punto de construir una idea que ha resultado más compleja y difícil de manejar”. Después de mencionar el sistema de epiciclos de Tolomeo que no pudo salvar su teoría, Hoyle añadió: “No me cabe ninguna duda de que, como resultado de todo ello, sobre la teoría del Big Bang se cierne un negro presagio. Como ya he mencionado más arriba, cuando una serie de hechos entra en confrontación con una teoría, la experiencia indica que ésta ya no se recupera”. (Página 186.)

La revista New Scientist del 22-29 de diciembre de 1990 publicó una idea parecida: “El método tolemaico se ha aplicado profusamente al [...] modelo cosmológico del Big Bang”. Y luego preguntó: “¿Cómo podemos alcanzar verdadero progreso en la física de partículas y la cosmología? [...] Tenemos que ser más honrados y francos en cuanto a la naturaleza meramente especulativa de algunas de nuestras suposiciones más preciadas”. Hoy día llegan de continuo observaciones nuevas.

Preguntas que el Big Bang no responde

Uno de los mayores obstáculos a los que se enfrenta la teoría del Big Bang proviene de los estudios efectuados con el sistema óptico corregido del telescopio espacial Hubble para medir la distancia que nos separa de otras galaxias. Los nuevos datos están consternando a los teóricos.

La astrónoma Wendy Freedman y su equipo utilizaron recientemente el telescopio espacial Hubble para medir la distancia a la que se halla una galaxia del cúmulo de Virgo, y su medición indica que el universo se expande más deprisa de lo que hasta ahora se creía, y por lo tanto, es más joven. De hecho, la nueva medición presupone “una edad del universo muy pequeña: ocho mil millones de años”, decía el pasado mes de agosto la revista Investigación y Ciencia. Aunque ocho mil millones de años parece mucho tiempo, es solo aproximadamente la mitad de la edad que suele atribuirse actualmente al universo, lo que plantea un problema paradójico, pues, como sigue diciendo el artículo de la citada revista, “otros datos indican que ciertas estrellas tienen por lo menos catorce mil millones de años”. Si los cálculos de Freedman son acertados, esas estrellas serían más antiguas que el propio Big Bang.

Otro problema al que se enfrenta la teoría del Big Bang proviene del testimonio cada vez mayor de que en el universo existen “burbujas” de 100.000.000 de años luz de diámetro en cuyo exterior hay galaxias y que por dentro están vacías. Margaret Geller, John Huchra y otros científicos del centro de astrofísica Harvard-Smithsonian han descubierto lo que ellos denominan una “gran muralla” de galaxias que se extiende a lo largo de unos 500.000.000 de años luz en el hemisferio norte. Otro grupo de astrónomos, conocidos como los “siete samuráis”, han encontrado datos que indican la existencia de un conglomerado cósmico distinto, al que denominan el “gran atractor”, situado cerca de las constelaciones de Hydra y Centauro (en el hemisferio sur). Los astrónomos Marc Postman y Tod Lauer creen que más allá de la constelación de Orión tiene que haber algo aún mayor que tira de centenares de galaxias, incluida la nuestra, desplazándolas en esa dirección como si fueran balsas en una especie de “río espacial”.

Toda esta estructura es desconcertante. Los cosmólogos dicen que la onda expansiva del Big Bang fue sumamente lisa y uniforme, según la radiación de fondo que supuestamente dejó detrás. ¿Cómo es posible que de un comienzo tan liso salieran estructuras tan inmensas y complejas? “La última cosecha de murallas y atractores hace más intenso el misterio de la formación de tanta estructura en los quince mil millones de años que tiene el universo”, admite Investigación y Ciencia. Y a medida que Freedman y otros científicos reducen aún más la edad calculada del cosmos, el problema sigue empeorando.

“Estamos olvidando algún elemento fundamental”

Los mapas tridimensionales de Margaret Geller, en los que aparecen miles de aglomeraciones galácticas apiñadas, enredadas y en forma de burbuja, han transformado el concepto que los científicos tenían de la estructura del universo. Geller no pretende entender lo que ve. La gravedad en sí no parece explicar la gran muralla que descubrió. “Muchas veces pienso que al tratar de entender esta estructura estamos olvidando algún elemento fundamental”, admite.

Con relación a sus presentimientos, Margaret Geller añadió: “No sabemos con exactitud cómo interpretar en el contexto del Big Bang la enorme estructuración [de galaxias]”. Las interpretaciones que se hacen de la estructura cósmica, basadas en los mapas actuales de los cielos, distan mucho de ser definitivas. Es como tratar de imaginarse el mundo entero consultando un mapa de Puerto Rico. Geller continuó: “Quizás algún día descubramos que no hemos estado colocando las piezas en su debido lugar, y cuando las coloquemos bien, parecerá tan obvio que nos preguntaremos por qué no se nos había ocurrido colocarlas así mucho antes”.

Eso nos lleva a la pregunta más importante: ¿Qué fue lo que supuestamente dio origen al Big Bang? Andrei Linde, uno de los originadores de la popularísima versión inflacionaria de la gran explosión admite francamente que la teoría convencional no aclara esta pregunta fundamental. “El primer problema, y más importante, es la propia existencia de la gran explosión —dice—. ¿Qué hubo antes? Si el espacio-tiempo no existía, ¿cómo pudo todo aparecer de la nada? [...] Explicar esta singularidad inicial, dónde y cuándo empezó todo, sigue siendo uno de los problemas más arduos de la cosmología moderna.”

Un artículo de la revista Discover concluyó recientemente que “ningún cosmólogo razonable afirmaría que el Big Bang es la teoría definitiva”.

Salgamos ahora al exterior y contemplemos la belleza y el misterio de la bóveda estrellada.

[Nota]

[Recuadro de la página 5]

EL AÑO LUZ: UNIDAD DE MEDIDA CÓSMICA

En vista de la inmensidad del universo, medirlo en millas o kilómetros sería como medir la distancia de Londres a Tokio con un micrómetro. Resulta más conveniente utilizar como unidad de medida el año luz: la distancia que la luz recorre en un año (9,46 billones de kilómetros). Dado que la luz es lo que viaja a mayor velocidad en el universo —para llegar a la Tierra desde la Luna solo tarda 1,3 segundos, y desde el Sol, unos 8 minutos—, el año luz es verdaderamente una unidad astronómica.